钢筋混凝土结构的裂缝、变形和耐久性分析

1、钢筋混凝土结构的裂缝、变形和耐久性分析引言结构构件的可靠性本章的主要内容具有足够的承载力和变形能力安全性适用性耐久性在使用荷载下不产生过大的裂缝和变形在一定时期内维持其安全性和适用性的能力一、裂缝的分类及其产生的原因施工期间产生的裂缝和使用期间产生的裂缝按裂缝的产生时间龟裂、横向裂缝（与构件轴线垂直）、纵向裂缝、斜裂缝、八字裂缝、X形交叉裂缝等按裂缝的产生原因非受力因素产生的裂缝和受力因素产生的裂缝按裂缝的形态8.1 裂缝产生的原因与计算要求1.裂缝的分类2.裂缝的成因因施工程序不当而造成的受力裂缝施工中的受力裂缝（1）施工期间的裂缝楼板裂缝固体下沉，表面泌水而引起的。大风、高温使水分从混凝土

2、表面快速蒸发引起的（龟裂）。塑性裂缝混凝土的收缩受到约束后产生的裂缝温度裂缝大体积混凝土中由于混凝土水化作用产生的水化热使内外混凝土产生温度差。约束收缩裂缝（1）施工期间的裂缝(非受力裂缝）（2）使用期间的裂缝-钢筋锈蚀引起的裂缝2.裂缝的成因（2）使用期间的裂缝-温度（气温）变化引起的裂缝温度区段气温升高时T2.裂缝的成因（2）使用期间的裂缝-地基不均匀沉降引起的裂缝2.裂缝的成因（2）使用期间的裂缝-外部环境引起的裂缝冻融循环作用碱骨料反应盐类腐蚀外部环境酸类腐蚀2.裂缝的成因2. 裂缝的成因（2）使用期间的裂缝-荷载引起的裂缝斜裂缝！垂直裂缝！纵向裂缝！拉、弯、剪、扭、粘结等引起的裂缝目

3、前，只有在拉、弯状态下混凝土横向裂缝宽度的计算理论比较成熟。这也是下面所要介绍的主要内容二、构件裂缝的计算要求1.严格要求不出现裂缝（一级）荷载效应标准组合下（短期效应）混凝土中不产生拉应力正截面抗裂度验算- 以混凝土结构设计规范GB50010-2010为例2.一般要求不出现裂缝（二级）荷载效应标准（短期）组合下混凝土中可有拉力但应小于混凝土抗拉强度标准值3.允许出现裂缝（三级）允许出现裂缝，但应限制其宽度，见教材（附表16）钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度可按荷载准永久组合并考虑长期作用影响的效应计算；预应力混凝土构件的最大裂缝宽度可按荷载标准组合并考虑长期作用影响的效应计算；对环境类别为二a

4、类的预应力混凝土构件，在荷载准永久组合下，受拉边缘应力尚应符合下列规定：注意的问题1.粘结滑移理论以轴心受拉为例C*基本假定就是：开裂后，裂缝处混凝土退出工作，钢筋和混凝土之间发生滑移，混凝土回缩至图中虚线的位置*裂缝宽度=裂缝间钢筋和混凝土之间的变形差值先求出裂缝间距8.2 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算裂缝的平均间距s （ s ）smc（ c ）cmAs粘结应力的传递长度裂缝数量增加至一定数量时不再增加，但宽度不断变化ll裂缝的平均间距l（s+ s）AssAsc=ftl（s+ s）AssAsmsmcmll s (s)c(c)裂缝的平均间距smcmll s (s)c(c)l（s+ s）AssAs

5、c=ftl（s+ s）AssAsm裂缝的平均间距裂缝的平均间距bhbfbfbh0.5hhfhf为了和受弯构件相统一，定义：有效配筋率有效受拉面积于是，对轴拉和受弯构件，平均裂缝间距的公式可统一写成：裂缝的平均宽度裂缝处钢筋的应变C设 称为裂缝间钢筋应力不均匀系数，则有裂缝处钢筋的应力构件受力特征系数2. 无滑移理论认为混凝土开裂后，混凝土与钢筋之间无相对滑移，裂缝的发展宽度与裂缝量测点距最近一根钢筋表面的距离cs直接相关。*Broms（美）Base（英）等人通过试验得出：C1. 粘接滑移与无滑移理论的结合上述两种理论和实际情况均有一定的差距，为此将二者结合起来，按下述公式进行计算分析：C各系数

6、由试验分析确定二、裂缝宽度的实用计算方法混凝土结构设计规范（GB50010）水工钢筋混凝土结构设计规范所采用的方法2. 半理论半经验的方法（1）平均裂缝间距te时，取tecs65时，取cs=65根据国内统计资料一般取：kl；光圆，取；变形，取（2）平均裂缝宽度（3）最大裂缝宽度1.受弯构件：2.轴心受拉构件：3.偏心受拉构件：4.偏心受压构件：最外侧受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离三、裂缝宽度的控制C由不同的规范根据具体的情况确定1.裂缝的控制要求选直径小的变形钢筋2.减小裂缝宽度的措施：加大截面尺寸或提高混凝土强度等级的效果非常有限。增加配筋；习题一矩形截面简支梁，截面尺寸作用于截面上按荷载

7、效应准永久标准组合计算的弯矩值是混凝土强度等级C20，钢筋用HRB335级，共2B20+2B16该梁时允许出现裂缝的构件，裂缝宽度限制试验算最大裂缝宽度8.3 钢筋混凝土构件的变形计算钢筋混凝土纯弯段截面抗弯刚度的特点 ：M012IIIIII*随着弯矩增大B不断降低*短期荷载效应时的挠度对应短期刚度Bs*长期荷载效应时的挠度对应长期刚度Bl(徐变、裂缝的不断发展等等)恒+活恒+活载中的恒载部分与荷载形式、支承条件有关的系数1.截面抗弯刚度的特点2.短期刚度Bs解析刚度法MkMklm-cm lmlm+sm lmrlm( cm +sm)lmMkMkh0就平均应变而言符合平截面假定短期荷载效应解析刚度法裂