【正文】 第九章 混凝土構(gòu)件的裂縫和 變形驗(yàn)算及耐久性 中南大學(xué)土木工程學(xué)院 建筑工程系劉澍 主要內(nèi)容與要求 1．掌握鋼筋混凝土構(gòu)件在第 Ⅱ 工作階段中的基本品性，包括截面上與截面間的應(yīng)力分布、裂縫開(kāi)展的原理與過(guò)程、截面曲率的變化等以及影響這些性能的主要因素。 2．掌握裂縫寬度、截面受彎剛度的定義與計(jì)算原理以及裂縫寬度與構(gòu)件撓度的驗(yàn)算方法。 3．熟悉混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的意義、主要影響因素、混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕以及耐久性設(shè)計(jì)的一般概念。 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 第九章 混凝土構(gòu)件的裂縫和變形驗(yàn)算及耐久性 概述 裂縫寬度的驗(yàn)算 受彎構(gòu)件的剛度與變形驗(yàn)算 耐久性要求 ?例題 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 概述 一、 引言 一、 裂縫的分類與成因 二、 裂縫的危害 三、 對(duì)裂縫的控制措施 四、 構(gòu)件的變形控制 五、 裂縫和撓度計(jì)算中材料強(qiáng)度及荷載取值 六、 耐久性的問(wèn)題 概述 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 概述 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性 結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)，能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種作用以及在偶然作用發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，應(yīng)能保持整體穩(wěn)定性。 安全性 適用性 耐久性 結(jié)構(gòu)在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過(guò)大的變形和過(guò)大的裂縫寬度 結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過(guò)大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。 返回上級(jí)目錄 返回主目錄 前進(jìn) 后退 概述 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 一、裂縫的分類與成因 1. 分類 施工期間產(chǎn)生的裂縫和使用期間產(chǎn)生的裂縫 按裂縫的產(chǎn)生時(shí)間 龜裂、橫向裂縫（與構(gòu)件軸線垂直）、縱向裂縫、斜裂縫、八字裂縫、 X形交叉裂縫等 按裂縫的產(chǎn)生原因 非荷載因素產(chǎn)生的裂縫和荷載因素產(chǎn)生的裂縫 按裂縫的形態(tài) 返回上級(jí)目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 2. 成因 2. 施工措施不當(dāng) 3. 基礎(chǔ)不均勻沉降 4. 鋼筋銹蝕 引起裂縫的原因很多，主要有： 非荷載因素 荷載因素 返回上級(jí)目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 混凝土收縮或溫度 變形受到約束 產(chǎn)生的裂縫 混凝土收縮或溫度變化時(shí)，體積會(huì)發(fā)生變化，若能自由變形則不會(huì)產(chǎn)生裂縫；但若變形受到約束，則會(huì)在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而引起裂縫。 大體積混凝土水化過(guò)程中發(fā)熱量很大，內(nèi)部溫度較高，混凝土體積膨脹，內(nèi)外溫差很大，內(nèi)部混凝土膨脹受到外部已硬化混凝土的約束，使構(gòu)件表面混凝土受拉產(chǎn)生裂縫。對(duì)于桿件系統(tǒng)，這種裂縫通常與構(gòu)件縱向正交。 返回上級(jí)目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 施工措施不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫 混凝土在澆筑、硬化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生 下沉 和 泌水 ，當(dāng)下沉受到阻擋時(shí)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部的泌水，干燥后就會(huì)成為裂縫。 返回上級(jí)目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 施工措施不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫 大風(fēng)、高溫使水分從混凝土表面快速蒸發(fā)引起的（龜裂） 返回上級(jí)目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫 基礎(chǔ)不均勻下沉?xí)r會(huì)迫使墻體一起變形，在主拉應(yīng)力作用下混凝土墻體也會(huì)開(kāi)裂。 基礎(chǔ)下沉 返回上級(jí)目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 鋼筋銹蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程 (b) 水、 O2 、 CO2侵入 （ d）保護(hù)層劈裂 鋼筋銹蝕后 體積會(huì)膨脹 3～ 4倍 ！ 使混凝土保護(hù)層劈裂。 鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫 返回上級(jí)目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) Ns Ns Ns Ns Ns Ns e 0 e 0 Ts T (a) (b) (c) (d) (e) 荷載產(chǎn)生的裂縫 目前，只有在拉、彎狀態(tài)下混凝土橫向裂縫寬度的計(jì)算理論比較成熟。這也是下面所要介紹的主要內(nèi)容 返回上級(jí)目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 二、裂縫的危害 ?引起鋼筋銹蝕，導(dǎo)致構(gòu)件強(qiáng)度降低 ?外觀給人不安全感 ?冰凍、風(fēng)化影響耐久性 ?影響使用功能（如：水池） 返回上級(jí)目錄 概述 二、裂縫的危害 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 三、對(duì)裂縫的控制措施 ?為防止溫度應(yīng)力過(guò)大引起的開(kāi)裂， 規(guī)定了最大伸縮縫之間的間距。 ?為防止由于鋼筋周圍砼過(guò)快的碳化失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，出現(xiàn)銹脹引起的沿鋼筋縱向的裂縫， 規(guī)定了鋼筋的混凝土保護(hù)層的最小厚度 。 非 荷 載 引 起 的 裂 縫 返回上級(jí)目錄 概述 三、對(duì)裂縫的控制措施 （ 80%） ? 為防止混凝土干縮龜裂，加強(qiáng)施工階段養(yǎng)護(hù)。 ? 避免不均勻沉降。 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 裂縫的控制等級(jí) 嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 一級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 允許 出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 荷載引起的橫向裂縫裂縫 返回上級(jí)目錄 概述 三、對(duì)裂縫的控制措施 按荷載效應(yīng) 標(biāo)準(zhǔn)組合 進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣 混凝土不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力 按荷載效應(yīng) 標(biāo)準(zhǔn)組合 驗(yàn)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝土 拉應(yīng)力不應(yīng)大于軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ft k ；而按荷載效應(yīng) 準(zhǔn)永久值組合 驗(yàn)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣 混凝土不宜產(chǎn)生拉應(yīng)力 按荷載效應(yīng) 標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮荷載長(zhǎng)期作用影響 驗(yàn)算時(shí)，構(gòu)件的最大裂縫寬度 Wmax不應(yīng)超過(guò)最大裂縫寬度限值 Wlim， 即： Wmax≤W lim （ 20%） 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 四、構(gòu)件的變形控制 變形控制的目的 返回上級(jí)目錄 返回主目錄 后退前進(jìn) 概述 四、構(gòu)件的變形控制 保證結(jié)構(gòu)的使用功能要求。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生過(guò)大的變形將影響甚至喪失其使用功能，如支承精密儀器設(shè)備的樓蓋產(chǎn)生過(guò)大的撓度或震動(dòng)將降低儀器的精度；屋面結(jié)構(gòu)撓度過(guò)大會(huì)造成積水，產(chǎn)生滲漏；吊車梁和橋梁的過(guò)大變形會(huì)妨礙吊車和車輛的正常運(yùn)行； 防止對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。 如支承在磚墻上的梁端產(chǎn)生過(guò)大轉(zhuǎn)角將使支承面積減小、反力偏心，引起墻體開(kāi)裂； 防止對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。 結(jié)構(gòu)變形過(guò)大會(huì)使門(mén)窗等不能正常開(kāi)關(guān)，甚至導(dǎo)致隔墻、天花板和飾面的開(kāi)裂或損壞。 滿足觀瞻和使用者的 心理要求。 構(gòu)件變形過(guò)大，有礙觀瞻，還會(huì)引起使用者明顯的不安感。 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 變形控制的要求 主要介紹受彎構(gòu)件： 控制撓度。 m a x limff? 主要依據(jù)控制目標(biāo)和工程經(jīng)驗(yàn)確定，與結(jié)構(gòu)類別有關(guān)。由不同的 《 規(guī)范 》根據(jù)具體的情況確定。 P371附表 計(jì)算確定 返回上級(jí)目錄 概述 四、構(gòu)件的變形控制 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 五、裂縫和撓度計(jì)算中材料強(qiáng)度及荷載取值 荷載取值 ： 荷載組合： 標(biāo)準(zhǔn)組合 準(zhǔn)永久組合 12nk G k Q k c i Q i kiS S S S??? ? ? ?1nG k q i Q i kiS S S???? ?材料強(qiáng)度取值 取標(biāo)準(zhǔn)值 用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值 活荷載的組合系數(shù) 活荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù) 返回上級(jí)目錄 概述 五、裂縫和撓度計(jì)算中材料強(qiáng)度及荷載取值 裂縫和變形 驗(yàn)算 屬 正常使用極限狀態(tài) （即：第二極限狀態(tài)），通常在承載力計(jì)算后進(jìn)行。其可靠度也相對(duì)較低一些，應(yīng)采用荷載及強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 進(jìn)行驗(yàn)算。 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 六、耐久性的控制 耐久性概念設(shè)計(jì)的 目的 是指在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在正常維護(hù)下，必須保持適合于使用，滿足既定功能的要求。 耐久性設(shè)計(jì) 主要是根據(jù) 結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別 、 設(shè)計(jì)使用年限提出了為了 滿足耐久性要求的相應(yīng)規(guī)定 。 返回上級(jí)目錄 概述 六、耐久性的控制 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 裂縫特性 由于混凝土的不均勻性、荷載的可變性以及截面尺寸偏差等因素的影響，裂縫的出現(xiàn)、分布和開(kāi)展寬度具有很大的隨機(jī)性。但它們又具有一定的規(guī)律，從平均意義上講，裂縫間距和寬度具有以下特性： ① 裂縫寬度與裂縫間距密切相關(guān) 。 裂縫間距大裂縫寬度也大 。裂縫間距小 ， 裂縫寬度也 小 。 而裂縫間距與鋼筋表面特征有關(guān) ，變形鋼筋裂縫密而窄 ， 光圓鋼筋裂縫疏而寬 。 在鋼筋面積相同的情況下 ， 鋼筋直徑細(xì)根數(shù)多 ， 則裂縫密而窄 ， 反之裂縫疏而寬； ② 裂縫間距和寬度隨受拉區(qū)混凝土有效面積增大而增大，隨混凝土保護(hù)層厚度增大而增大； ③ 裂縫寬度隨受拉鋼筋用量增大而減小 ； ④ 裂縫寬度與荷載作用時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。 返回上級(jí)目錄 返回主目錄 后退 END 前進(jìn) 一、 裂縫的出現(xiàn)、分布與發(fā)展 二、 橫向受力裂縫寬度的計(jì)算理論 三、 裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 四、 影響裂縫寬度