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1、第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,8.1 概 述,第八章钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,8.1 概 述,外观感觉,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,适用性,承载能力极限状态,结构的 功能,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,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,正常使用极限状态的几种荷载：见P48 1、荷载标准值 2、荷载组合值 （用于整体影响或影响较大时的验算） 3、荷载频遇值
2、 时间比值为10%(用于局部影响时的验算） 4、荷载准永久值 时间比值为50（用于长期影响时的验算）,8.1 概 述,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,荷载效应的频遇组合,荷载效应的标准组合,8.1 概 述,荷载效应的准永久组合,8.2 裂缝宽度验算荷载引起的裂缝宽度,验算公式：,裂缝类别：变形裂缝80，荷载裂缝20,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,规范根据结构构件所处环境类别，钢筋种类对腐蚀的敏感性，以及荷载作用时间，将裂缝控制分为三个等级： 一级：严格要求不出现裂缝的构件。按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力; 二级：一般要求不出现裂缝
3、的构件。按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应大于混凝土抗拉强度标准值；而按荷载准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜出现拉应力，有可靠经验时可适当放松; 三级：允许出现裂缝的构件。按荷载标准组合并考虑长期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度应满足表11-6规定的限值。,一、裂缝的出现、分布与开展,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,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D
4、ss= 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。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,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
5、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。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,二、裂缝间距,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,二、裂缝间距,8.2 裂缝宽度验算,
6、第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性, 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，对上式修正如下:,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,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
7、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:,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,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:, 系数，轴心受拉构件取1.1，受弯、偏心受压构件取1.0，偏心受拉构件取1.05; c最外层纵向受拉钢筋外边缘到受拉区底边的距离(mm)， 当20mmc65mm时； deq钢筋等效直径（mm）， v -粘结特征系数，变形钢筋1.0，光面钢筋0.7,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,三、裂缝宽度,平均裂缝宽度,8.2 裂缝宽度验算,第八章
8、 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,钢筋应力的计算,使用阶段（阶段）受拉钢筋应力可按下列公式计算：,轴心受拉构件,受弯构件,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,偏心受压构件,偏心受拉构件,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,钢筋应力不均匀系数,由于钢筋与混凝土间存在粘结应力，随着距裂缝截面距离的增加，裂缝间混凝土逐渐参与受拉工作，钢筋应力逐渐减小，因此钢筋应力沿纵向的分布是不均匀的。 裂缝截面处钢筋应力最大，裂缝中间钢筋应力最小，其差值反映了混凝土参与受拉工作的大小。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,为避免过高估计
9、混凝土协助钢筋抗拉的作用： 当y 1.0时，取y =1.0； 对直接承受重复荷载作用的构件，取y =1.0。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,钢筋应力不均匀系数y 是反映裂缝间混凝土参加受拉工作程度的影响系数,最大裂缝宽度,实测表明，裂缝宽度具有很大的离散性。裂缝间距是随机的，裂缝宽度也是随机的。对一定数量的构件的大量裂缝宽度的统计，裂缝宽度W这个随机变量也符合正态分布，wm是统计平均值，如果也取95%保证，得下式:,式中d 为裂缝宽度变异系数， 对受弯构件，试验统计得d =0.4，故取裂缝扩大系数t s=1.66。 对于轴心受拉和偏心受拉构件，由试验结果统计得最
10、大裂缝宽度的扩大系数为 t s =1.9。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,长期荷载的影响：由于混凝土的滑移徐变和拉应力的松弛，会导致裂缝间混凝土不断退出受拉工作，钢筋平均应变增大，使裂缝随时间推移逐渐增大。 混凝土的收缩也使裂缝间混凝土的长度缩短，也引起裂缝随时间推移不断增大。 荷载的变动，环境温度的变化，都会使钢筋与混凝土之间的粘结受到削弱，也将导致裂缝宽度不断增大。 根据长期观测结果，长期荷载下裂缝的扩大系数为t l =1.5。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,轴心受拉构件 acr =2.7,受弯构件 acr =2.1,偏心受拉
11、构件 acr =2.4,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,产生裂缝的其他原因 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，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。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,产生裂缝的其他原因 由于混凝土材料的不均匀性，裂缝首先
12、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。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,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,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋
13、混凝土的裂缝、变形和耐久性,水泥水化热,水泥用量在300kg/m3左右时，温度上升为3040左右。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,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。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,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。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混
14、凝土的裂缝、变形和耐久性,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。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,2、 骨料方面,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,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。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,3、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
15、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。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,3、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,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。,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土
16、的裂缝、变形和耐久性,(e) 模板变形,(f) 支撑下沉,(g) 支撑下沉,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,三、荷载产生的裂缝,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,四、收缩裂缝,五、温度裂缝,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,六、不均匀沉降产生裂缝,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,七、钢筋锈蚀产生的裂缝,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,七、钢筋锈蚀产生的裂缝,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,七、钢筋锈蚀产生的裂缝,8.2 裂缝宽度验算,第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性,七、钢筋锈蚀产生的裂缝,
