【正文】 第九章 混凝土構(gòu)件的裂縫和 變形驗算及耐久性 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、裂縫開展的原理與過程、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算原理以及裂縫寬度與構(gòu)件撓度的驗算方法。 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)計的一般概念。 返回主目錄 后退 END 前進 第九章 混凝土構(gòu)件的裂縫和變形驗算及耐久性 概述 裂縫寬度的驗算 受彎構(gòu)件的剛度與變形驗算 耐久性要求 ?例題 返回主目錄 后退 END 前進 概述 一、 引言 一、 裂縫的分類與成因 二、 裂縫的危害 三、 對裂縫的控制措施 四、 構(gòu)件的變形控制 五、 裂縫和撓度計算中材料強度及荷載取值 六、 耐久性的問題 概述 返回主目錄 后退 END 前進 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大的變形和過大的裂縫寬度 結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護條件下，結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時間有過大的降低，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。 返回上級目錄 返回主目錄 前進 后退 概述 返回主目錄 后退 END 前進 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) 返回上級目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進 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 返回上級目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進 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，體積會發(fā)生變化，若能自由變形則不會產(chǎn)生裂縫；但若變形受到約束，則會在混凝土中產(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。對于桿件系統(tǒng)，這種裂縫通常與構(gòu)件縱向正交。 返回上級目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進 施工措施不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫 混凝土在澆筑、硬化過程中會產(chǎn)生 下沉 和 泌水 ，當(dāng)下沉受到阻擋時會產(chǎn)生內(nèi)部的泌水，干燥后就會成為裂縫。 返回上級目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進 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） 返回上級目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進 基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫 基礎(chǔ)不均勻下沉?xí)r會迫使墻體一起變形，在主拉應(yīng)力作用下混凝土墻體也會開裂。 基礎(chǔ)下沉 返回上級目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進 鋼筋銹蝕是一個電化學(xué)過程 (b) 水、 O2 、 CO2侵入 （ d）保護層劈裂 鋼筋銹蝕后 體積會膨脹 3～ 4倍 ！ 使混凝土保護層劈裂。 鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫 返回上級目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進 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 返回上級目錄 概述 一、裂縫的分類與成因 返回主目錄 后退 END 前進 二、裂縫的危害 ?引起鋼筋銹蝕，導(dǎo)致構(gòu)件強度降低 ?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） 返回上級目錄 概述 二、裂縫的危害 返回主目錄 后退 END 前進 三、對裂縫的控制措施 ?為防止溫度應(yīng)力過大引起的開裂， 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快的碳化失去對鋼筋的保護作用，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層的最小厚度 。 非 荷 載 引 起 的 裂 縫 返回上級目錄 概述 三、對裂縫的控制措施 （ 80%） ? 為防止混凝土干縮龜裂，加強施工階段養(yǎng)護。 ? 避免不均勻沉降。 返回主目錄 后退 END 前進 裂縫的控制等級 嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 一級 二級 三級 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 返回上級目錄 概述 三、對裂縫的控制措施 按荷載效應(yīng) 標(biāo)準(zhǔn)組合 進行驗算時，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 驗算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土 拉應(yīng)力不應(yīng)大于軸心抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值 ft k ；而按荷載效應(yīng) 準(zhǔn)永久值組合 驗算時，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)組合并考慮荷載長期作用影響 驗算時，構(gòu)件的最大裂縫寬度 Wmax不應(yīng)超過最大裂縫寬度限值 Wlim， 即： Wmax≤W lim （ 20%） 返回主目錄 后退 END 前進 四、構(gòu)件的變形控制 變形控制的目的 返回上級目錄 返回主目錄 后退前進 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)生過大的撓度或震動將降低儀器的精度；屋面結(jié)構(gòu)撓度過大會造成積水，產(chǎn)生滲漏；吊車梁和橋梁的過大變形會妨礙吊車和車輛的正常運行； 防止對結(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)生過大轉(zhuǎn)角將使支承面積減小、反力偏心，引起墻體開裂； 防止對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。 結(jié)構(gòu)變形過大會使門窗等不能正常開關(guān)，甚至導(dǎo)致隔墻、天花板和飾面的開裂或損壞。 滿足觀瞻和使用者的 心理要求。 構(gòu)件變形過大，有礙觀瞻，還會引起使用者明顯的不安感。 返回主目錄 后退 END 前進 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 計算確定 返回上級目錄 概述 四、構(gòu)件的變形控制 返回主目錄 后退 END 前進 五、裂縫和撓度計算中材料強度及荷載取值 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) 返回上級目錄 概述 五、裂縫和撓度計算中材料強度及荷載取值 裂縫和變形 驗算 屬 正常使用極限狀態(tài) （即：第二極限狀態(tài)），通常在承載力計算后進行。其可靠度也相對較低一些，應(yīng)采用荷載及強度的標(biāo)準(zhǔn)值 進行驗算。 返回主目錄 后退 END 前進 六、耐久性的控制 耐久性概念設(shè)計的 目的 是指在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)，在正常維護下，必須保持適合于使用，滿足既定功能的要求。 耐久性設(shè)計 主要是根據(jù) 結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別 、 設(shè)計使用年限提出了為了 滿足耐久性要求的相應(yīng)規(guī)定 。 返回上級目錄 概述 六、耐久性的控制 返回主目錄 后退 END 前進 橫向受力裂縫寬度的計算 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)、分布和開展寬度具有很大的隨機性。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間長短有關(guān)。 返回上級目錄 返回主目錄 后退 END 前進 一、 裂縫的出現(xiàn)、分布與發(fā)展 二、 橫向受力裂縫寬度的計算理論 三、 裂縫寬度的實用計算方法 四、 影響裂縫寬度