【正文】 第九章 變形和裂縫寬度的計(jì)算 Deformation and Crack Width of RC Beam 概 述 外觀感覺(jué) ? ? ? 裂縫過(guò)寬：鋼筋銹蝕導(dǎo)致承載力降低， 影響使用壽命 耐久性 — 心理承受：不安全感，振動(dòng)噪聲 對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響：門(mén)窗開(kāi)關(guān)，隔墻開(kāi)裂等 振動(dòng)、變形過(guò)大 對(duì)其它結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 影響正常使用：如吊車(chē)、精密儀器 適用性 — 承載能力極限狀態(tài) 安全性 — ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? — 結(jié)構(gòu)的 功能 ? 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài) : 承載能力極限狀態(tài) : 安全性 正常使用極限狀態(tài) : 使用性和耐久性 ? 對(duì)于結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)使用荷載的 標(biāo)準(zhǔn)值和準(zhǔn)永久值 ，材料強(qiáng)度采用 標(biāo)準(zhǔn)值 。 ? 正常使用極限狀態(tài)主要驗(yàn)算構(gòu)件的 裂縫寬度 以及 變形 （剛度）。 ? 驗(yàn)算時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮 短期效應(yīng)組合 以及 長(zhǎng)期效應(yīng)組合 兩種情況。 產(chǎn)生裂縫的原因 ◆ 除荷載作用外，結(jié)構(gòu)的 不均勻沉降 、 收縮 、 溫度變化 ，以及在混凝土 凝結(jié) 、硬化階段等都會(huì)引起拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫。 ◆ 結(jié)構(gòu)中主拉應(yīng)力達(dá)到混凝土（當(dāng)時(shí)）的抗拉強(qiáng)度時(shí)，并不立即產(chǎn)生裂縫，而是當(dāng)拉應(yīng)變達(dá)到 極限拉應(yīng)變 etu時(shí)才出現(xiàn)裂縫。 ◆ 硬化后的混凝土極限拉應(yīng)變 etu約為 150 106，即 10m長(zhǎng)的構(gòu)件，產(chǎn)生 。 ◆ 由于混凝土材料的不均勻性， 裂縫首先在強(qiáng)度最小的位置發(fā)生 。裂縫發(fā)生前瞬間的應(yīng)變分布會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變集中。 ◆ 不同齡期的混凝土，其裂縫斷面狀況有較大差別。齡期很短的混凝土，裂縫斷面較為光滑，兩裂縫不能完全閉合。而充分硬化后的混凝土，裂縫斷面則呈不規(guī)則較為鋒銳狀態(tài)，兩斷面可以閉合。 裂縫寬度計(jì)算 開(kāi)裂位置抗拉強(qiáng)度分布 ft ,min開(kāi)裂前瞬間應(yīng)變開(kāi)裂前應(yīng)變分布彈性受拉應(yīng)變分布短齡期混凝土 完全硬化混凝土(a) 軸向抗拉強(qiáng)度分布( b ) 開(kāi)裂前應(yīng)變分布( c ) 混凝土開(kāi)裂斷面狀況一、材料原因 水泥異常凝結(jié)引起的裂縫 受風(fēng)化的水泥，其品質(zhì)很不安定 。 混凝土澆筑后達(dá)到一定強(qiáng)度前，在凝結(jié)硬化階段會(huì)產(chǎn)生如圖所示的短小的不規(guī)則裂縫。 隨著水泥品質(zhì)的改善，這種裂縫目前較少見(jiàn)到。 水泥方面 水泥水化熱 水泥用量在 300kg/m3左右時(shí)，溫度上升為 30~40℃ 左右。 混凝土在絕熱情況下的溫度上升早強(qiáng)水泥超早強(qiáng)水泥普通水泥單位水泥用量 2 80kg/m3坍落度 10cm骨料最大粒徑 25mm齡期 （日）絕熱溫度上升（℃）水化熱引起構(gòu)件內(nèi)部的溫度變化板① ② ③ ④ 在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部因水化熱產(chǎn)生蓄熱的同時(shí)，構(gòu)件表面還產(chǎn)生放熱，使得構(gòu)件溫度經(jīng)上升后再下降。 變形自由變形實(shí)際變形拉應(yīng)變溫度分布 應(yīng)力分布拉壓大體積混凝土的溫度、應(yīng)力分布和裂縫構(gòu)件的最小尺寸大于 800mm時(shí)，通?？烧J(rèn)為是大體積混凝土。對(duì)于大體積混凝土， 內(nèi)部溫度較大 ， 構(gòu)件外周溫度較低 ，內(nèi)外溫差很大，引起內(nèi)外混凝土膨脹變形差異。內(nèi)部混凝土膨脹受到外部混凝土的變形約束，而使構(gòu)件表面產(chǎn)生裂縫。這種裂縫在構(gòu)件表面通常呈直交狀況， dT約 1mm/ 每 l =10m 、每溫升 10 ℃，但澆筑后 2~3 天恢復(fù) （ dT→ 0 ）水化熱對(duì)框架結(jié)構(gòu)的影響大型構(gòu)件與小尺寸構(gòu)件共同組成的結(jié)構(gòu)（如基礎(chǔ)梁與薄墻板、大尺寸梁與薄樓板等），以及梁柱框架結(jié)構(gòu)中均可能因溫差的影響產(chǎn)生裂縫。 骨料方面 骨料中泥份引起的裂縫 堿骨料反應(yīng)引起的裂縫混凝土下沉和泌水 混凝土澆筑后，在凝結(jié)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生下沉和泌水，下沉量約為澆筑高度的 1%。當(dāng)下沉受到鋼筋或周?chē)炷恋募s束也會(huì)產(chǎn)生裂縫。 鋼筋裂縫水平鋼筋縫隙裂縫1~2mm/1m 高梁墻柱沿高度方向沉降分布混凝土下沉引起的裂縫二、施工原因 (a) 材料混合不均勻 (b) 長(zhǎng)時(shí)間攪拌 (c) 快速澆筑 (d) 先后澆筑時(shí)差過(guò)長(zhǎng) 混合材料不均勻 ：由于攪拌不均勻 ， 材料的膨脹性和收縮的差異 ， 引起局部的一些裂縫 。 長(zhǎng)時(shí)間攪拌 ：混凝土運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng) ， 長(zhǎng)時(shí)間攪拌突然停止后很快硬化產(chǎn)生的異常凝結(jié) ， 引起網(wǎng)狀裂縫 。 (a) 材料混合不均勻 (b) 長(zhǎng)時(shí)間攪拌 (c) 快速澆筑 (d) 先后澆筑時(shí)差過(guò)長(zhǎng) 澆筑速度過(guò)快 ：當(dāng)構(gòu)件高度較大 ， 如一次快速澆筑混凝土 ，因下部混凝土尚未充分硬化 ， 產(chǎn)生下沉 ， 引起裂縫 。 交接縫 ：澆筑先后時(shí)差過(guò)長(zhǎng) ， 先澆筑的混凝土已硬化 ， 導(dǎo)致交接縫混凝土不連續(xù) ， 這是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的起始位置 ， 將成為結(jié)構(gòu)承載力和耐久性的缺陷 。 (e) 模板變形 (f) 支撐下沉 (g) 支撐下沉 三、荷載產(chǎn)生的裂縫 (a) 豎向荷載下的裂縫彎曲裂縫剪切裂縫剪切裂縫( b ) 地震作用下的裂縫( c ) 板在豎向荷載下的裂縫板底裂縫( d ) 剪力墻在地震作用下的裂縫四、收縮裂縫 結(jié)構(gòu)干燥收縮變形溫度裂縫(a) 墻板干燥收縮裂縫與邊框架的變形( b ) 結(jié)構(gòu)干燥收縮變形與墻板裂縫五、溫度裂縫 混凝土澆筑季節(jié)和溫度、干燥收縮使構(gòu)件產(chǎn)生變形六、不均勻沉降產(chǎn)生裂縫 不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫ABDCABD CA39。沉降量AC 節(jié)點(diǎn)間的伸長(zhǎng)2AA=（ = 裂縫總寬度）(a) 墻板的開(kāi)裂 ( b ) 裂縫寬度(a) 混凝土開(kāi)裂 七、鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫 七、鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫 (b) 水、 CO2侵入 七、鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫 (c) 開(kāi)始銹蝕 七、鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫 使鋼筋產(chǎn)生銹蝕的原因有： 骨料中含氯化鹽；外部進(jìn)入氯化鹽；混凝土碳化；保護(hù)層不足；過(guò)大的裂縫寬度 。 鋼筋銹蝕產(chǎn)生 體積膨脹 可達(dá)原體積的數(shù)倍 ， 使鋼筋位置處的混凝土受到內(nèi)壓力而產(chǎn)生裂縫 ，并隨之剝落 。 這種裂縫沿鋼筋方向發(fā)展 ， 且隨著銹蝕的發(fā)展混凝土剝離產(chǎn)生空隙 ， 這可從敲擊產(chǎn)生的空洞聲得到判別 。 (d) 鋼筋體積膨脹 碳化引起的銹蝕 氯離子引起的銹蝕 鋼筋阻銹劑形成保護(hù)膜 在陽(yáng)極，保護(hù)膜阻止鐵離子的流失 在陰極，保護(hù)膜形成對(duì)氧的屏障 八、凍結(jié)溶解產(chǎn)生的裂縫 反復(fù)凍融產(chǎn)生的裂縫青海－鐵路橋基座凍融破壞 吉林省 －某熱電廠滾水壩混凝土 88年使用 96年凍融破壞情況 面板混凝土凍脹破壞細(xì)部情況 吉林?。?基礎(chǔ)結(jié)冰凍脹，面板剪壞，目前未蓄水 荷載引起的裂縫寬度計(jì)算 一、裂縫控制的目的與要求 確定最大裂縫寬度限值 ,主要考慮兩個(gè)方面的原因 : 一是 外觀要求 ；二是 耐久性要求 。 《 規(guī)范 》 對(duì)混凝土構(gòu)件規(guī)定的最大裂縫寬度限值見(jiàn)附表 16, 環(huán)境類別 條件 一 室內(nèi)正常環(huán)境 二 a 室內(nèi)潮濕環(huán)境；非嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無(wú)侵蝕的水或土壤接觸的環(huán)境。 b 嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的露天環(huán)境；與無(wú)侵蝕的水或土壤接觸的環(huán)境。 三 使用除冰鹽的環(huán)境；嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)冬季水位變動(dòng)的環(huán)境；濱海室外環(huán)境。 四 海水環(huán)境 五 受人為自然的侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境 未開(kāi)裂前的受力分析 ?由于混凝土為非勻質(zhì)材料 ,沿構(gòu)件的縱向各截面 ,混凝土的實(shí)際抗拉強(qiáng)度是變化的。 ?假定其中 aa截面處的抗拉強(qiáng)度最小 ,即為最弱的截面。 ?隨著構(gòu)件所受的拉力逐漸增加 ,混凝土進(jìn)入彈塑性