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1、第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性9.1 概 述9.1 概 述外观感觉裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，影响使用寿命耐久性心理承受：不安全感，振动噪声对非结构构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等振动、变形过大对其它结构构件的影响影响正常使用：如吊车、精密仪器适用性承载能力极限状态安全性结构 的 功能第九章第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性19.1 概 述对于超过正常使用极限状态的情况，由于其对生命财产的危害 性比超过承载力极限状态要小，因此相应的可靠度水平可比承载力 极限状态低一些。 正常使用极限状态的计算表达式为，Sk：作用效应标准值，如挠度变形和裂缝宽度，
2、应根据荷载标准值 和材料强度标准值确定。 以受弯构件为例，在荷载标准值产生的弯矩可表示为，Mk = CGGk+CQQk由于活荷载达到其标准值Qk的作用时间较短，故Mk称为短期弯矩 ，其值约为弯矩设计值的50%70%。 由于在荷载的长期作用下，构件的变形和裂缝宽度随时间增长，因此 需要考虑长期荷载的影响，长期弯矩可表示为，Mq= CGGk+yqCQQkyq为活荷载准永久值系数（quasi-permanent load）第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性29.2 产生裂缝的原因9.2 产生裂缝的原因 混凝土结构中存在拉应力是产生裂缝的必要条件。 除荷载作用外，结构的不均匀沉降、收缩、温度变化，
3、以及在混凝土凝结、硬化阶段等都会引起拉应力，从而产生裂缝。 结构中主拉应力达到混凝土（当时）的抗拉强度时，并不立即产生裂缝，而是当拉应变达到极限拉应变etu时才出现裂缝。 硬化后的混凝土极限拉应变etu约为15010-6，即10m长的构件，产生1.5mm的很小受拉变形即会产生裂缝。 由于混凝土材料的不均匀性，裂缝首先在强度最小的位置发生。裂缝发生前瞬间的应变分布会产生应变集中。 不同龄期的混凝土，其裂缝断面状况有较大差别。龄期很短的混凝土，裂缝断面较为光滑，两裂缝不能完全闭合。而充分硬化后的混凝土，裂缝断面则呈不规则较为锋锐状态，两断面可以闭合。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性3第九章
4、钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性9.2 产生裂缝的原因49.2 产生裂缝的原因一、材料原因水泥异常凝结引起的裂缝受风化的水泥，其品质很不安定。混凝土浇筑后达到一定强度前，在凝结硬化阶段会产生如图所示的短小的不规则裂缝。随着水泥品质的改善，这种裂缝目前较少见到。1、水泥方面第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性59.2 产生裂缝的原因水泥水化热水泥用量在300kg/m3左右时，温度上升为3040左右。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性69.2 产生裂缝的原因在实际结构中，内部因水化热产生蓄热的同时，构件表面还产生放热，使得构件温度经上升后再下降。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性711.4
5、 产生裂缝的原因9.2 产生裂缝的原因构件的最小尺寸大于800mm时，通常可认为是大体积混凝土 。对于大体积混凝土，内部温度较大，构件外周温度较低， 内外温差很大，引起内外混凝土膨胀变形差异。内部混凝土 膨胀受到外部混凝土的变形约束，而使构件表面产生裂缝。 这种裂缝在构件表面通常呈直交状况。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性811.4 产生裂缝的原因9.2 产生裂缝的原因大型构件与小尺寸构件共同组成的结构（如基础梁与薄墙板、大尺寸梁与薄楼板等），以及梁柱框架结构中均可能因温差的影响产生裂缝。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性911.4 产生裂缝的原因9.2 产生裂缝的原因2、 骨料方面
6、第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性109.2 产生裂缝的原因混凝土下沉和泌水混凝土浇筑后，在凝结过程中会产生下沉和泌水，下沉量 约为浇筑高度的1%。当下沉受到钢筋或周围混凝土的约束也会产生裂缝。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性119.2 产生裂缝的原因二、施工原因(a) 材料混合不均匀(b) 长时间搅拌(c) 快速浇筑(d) 先后浇筑时差过长混合材料不均匀：由于搅拌不均匀，材料的膨胀性和收缩 的差异，引起局部的一些裂缝。长时间搅拌：混凝土运输时间过长，长时间搅拌突然停止后很快硬化产生的异常凝结，引起网状裂缝。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性129.2 产生裂缝的原因(a) 材料
7、混合不均匀(b) 长时间搅拌(c) 快速浇筑(d) 先后浇筑时差过长浇筑速度过快：当构件高度较大，如一次快速浇筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，产生下沉，引起裂缝。交接缝：浇筑先后时差过长，先浇筑的混凝土已硬化，导致交接缝混凝土不连续，这是结构产生裂缝的起始位置，将成为结构承载力和耐久性的缺陷。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性二、施工原因139.2 产生裂缝的原因(e) 模板变形(f) 支撑下沉(g) 支撑下沉第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性149.2 产生裂缝的原因三、荷载产生的裂缝第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性159.2 产生裂缝的原因五、温度裂缝第九章 钢筋砼构件的
8、变形、裂缝及耐久性 四、收缩裂缝(a) 墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形结构干燥收缩变形温度裂缝 (b) 结构干燥收缩变形与墙板裂缝169.2 产生裂缝的原因六、不均匀沉降产生裂缝第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性17(a) 混凝土开裂9.3 产生裂缝的原因七、钢筋锈蚀产生的裂缝第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性(b) 水、CO2侵入(c) 开始锈蚀189.2 产生裂缝的原因七、钢筋锈蚀产生的裂缝使钢筋产生锈蚀的原因有：骨 料中含氯化盐；外部进入氯化 盐；混凝土碳化；保护层不足 ；过大的裂缝宽度。钢筋锈蚀产生体积膨胀可达原 体积的数倍，使钢筋位置处的 混凝土受到内压力而产生裂缝 ，并随之
9、剥落。 这种裂缝沿钢筋方向发展，且 随着锈蚀的发展混凝土剥离产 生空隙，这可从敲击产生的空 洞声得到判别。(d) 钢筋体积膨胀第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性199.2 产生裂缝的原因第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性碳化引起的锈蚀氯离子引起的锈蚀20第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性钢筋阻锈剂形成保护膜在阳极，保护膜阻止铁离子的流失在阴极，保护膜形成对氧的屏障219.2 产生裂缝的原因八、冻结溶解产生的裂缝第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性反复冻融产生的裂缝229.3 裂缝宽度的计算9.3 裂缝宽度计算荷载引起的裂缝宽度一、裂缝控制等级产生裂缝的原因可分为两大类：一是由荷载
10、引起的裂缝； 二是由非荷载引起的裂缝，如施工养护不善、温度变化、基础 不均匀沉降以及钢筋的锈蚀等。对于非荷载原因的裂缝一般通过设置伸缩缝、加强施工养 护以及避免不均匀沉降等措施来避免这类裂缝的出现和减小裂 缝宽度。本节仅就荷载产生的垂直裂缝问题加以讨论，分析其产生 裂缝的机理及计算最大裂缝宽度。对于荷载产生的斜裂缝问题不作计算，一般来说，只要满 足前面有关章节的配筋构造要求，可控制最大裂缝宽度小于 0.2mm。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性239.3 裂缝宽度的计算一、裂缝控制等级裂缝控制划分为3个等级：(1)严格要求不出现裂缝。其具体规定是：在荷载效应的标准组 合作用下，构件上不允许
11、出现拉应力。(2)一般要求不出现裂缝。其具体规定是：在荷载短期效应组合 作用下，构件上拉应力应小于混凝土的抗拉强度，在荷载效应的 准永久组合作用下，构件上不允许出现拉应力。(3)构件在使用阶段允许出现裂缝，但对其裂缝宽度需加以限制 第一种、第二种裂缝控制等级的构件一般属于预应力混凝土 构件。一般来说，普通钢筋混凝土构件在使用中，其受拉区出现 裂缝是难于避免的。然而，过大的裂缝宽度不仅影响结构外观， 同时还会使钢筋锈蚀加快，甚至影响结构的正常使用，因此，必 须对裂缝宽度加以限制。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性249.3 裂缝宽度的计算二、裂缝的出现、分布与开展第九章 钢筋砼构件的变形、裂
12、缝及耐久性259.3 裂缝宽度的计算 在裂缝出现前，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均 匀分布的。 当混凝土的拉应力达到抗拉强度时，首先会在构件最薄弱截面 位置出现第一条（批）裂缝。 裂缝出现瞬间，裂缝截面位置的混凝土退出受拉工作，应力为 零，而钢筋拉应力应力产生突增Dss= ft /r，配筋率越小，Dss就越 大。 由于钢筋与混凝土之间存在粘结，随着距裂缝截面距离的增加 ，混凝土中又重新建立起拉应力sc，而钢筋的拉应力则随距裂缝截 面距离的增加而减小。 当距裂缝截面有足够的长度 l 时，混凝土拉应力sc增大到ft，此 时将出现新的裂缝。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性269.3
13、裂缝宽度的计算 如果两条裂缝的间距小于2 l，则由于粘结应力传递长度不够， 混凝土拉应力不可能达到ft，因此将不会出现新的裂缝，裂缝的间 距最终将稳定在（l 2 l）之间，平均间距可取1.5 l。 从第一条（批）裂缝出现到裂缝全部出齐为裂缝出现阶段，该 阶段的荷载增量并不大，主要取决于混凝土强度的离散程度。 裂缝间距的计算公式即是以该阶段的受力分析建立的。 裂缝出齐后，随着荷载的继续增加，裂缝宽度不断开展。裂缝 的开展是由于混凝土的回缩，钢筋不断伸长，导致钢筋与混凝土之 间产生变形差，这是裂缝宽度计算的依据。 由于混凝土材料的不均匀性，裂缝的出现、分布和开展具有很 大的离散性，因此裂缝间距和宽
14、度也是不均匀的。但大量的试验统 计资料分析表明，裂缝间距和宽度的平均值具有一定规律性，是钢 筋与混凝土之间粘结受力机理的反映。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性279.3 裂缝宽度的计算三、裂缝间距第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性289.3 裂缝宽度的计算 上式表明，当配筋率r 相同时，钢筋直径越细，裂缝间距越小， 裂缝宽度也越小，也即裂缝的分布和开展会密而细，这是控制裂缝 宽度的一个重要原则。 但上式中，当d /r 趋于零时，裂缝间距趋于零，这并不符合实际 情况。 试验表明，当d /r 很大时，裂缝间距趋近于某个常数。该数值与 保护层c 和钢筋净间距有关，根据试验分析，对上式修正如
15、下:第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性299.3 裂缝宽度的计算对于受弯构件，可将受拉区近似作 为一轴心受拉构件，根据粘结力的有效 影响范围，取有效受拉面积 Ate=0.5bh+(bf-b)hf，因此将式中配筋率 r 的用以下受拉区有效配筋率替换后， 即可用于受弯构件采用rte 后，裂缝间距可统一表示为:第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性309.3 裂缝宽度的计算根据试验资料统计分析，并考虑受力特征的影响，对于常用的带肋钢筋，规范给出的平均裂缝间距lm的计算公式为:轴心受拉构件c最外层纵向受拉钢筋外边缘到受拉区底边的距离（mm） ，当c1.0时，取y =1.0； 对直接承受重复荷载作用
16、的构件，取y =1.0。第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性359.3 裂缝宽度的计算近似取hc/h =0.67， h/h0=1.1，第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性369.3 裂缝宽度的计算裂缝截面处的钢筋应力sk第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性受弯构件轴心受拉构件偏心受拉构件式中e轴向拉力作用点至受压区或受拉较小边纵向钢筋合力点的距离，e(e0+yc-as) yc 截面重心至受压或较小受拉边缘的距离。379.3 裂缝宽度的计算裂缝截面处的钢筋应力sk第九章 钢筋砼构件的变形、裂缝及耐久性偏心受压构件式中 Nk按荷载标准组合计算的轴向压力 值；eNk至受拉钢筋As合力点的距离；h0纵向受拉钢筋合力点至受压区合力点的距离，且h00.87；近似地取0.870.12(1f)(h0/e)2当偏心受压构件
