钢筋混凝土的变形与裂缝

第十一章变变形和裂缝宽宽度的计算11.1概述第十章钢钢筋混凝土的的变形与裂缝缝DeformationandCrackWidthofRCBeam§10.1概述外观感觉îíì裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，影响使用寿命耐久性—心理承受：不不安全感，振振动噪声对非结构构件件的影响：门门窗开关，隔隔墙开裂等振动、变形过过大对其它结构构构件的影响ïïïîïïïíì影响正常使用：如吊车、精密仪器适用性—承载能力极限限状态安全性—ïïïïïïïïîïïïïïïïïíì—结构的功能第十一章变变形和裂缝宽宽度的计算11.1概述对于超过正常使用极限限状态的情况，由于于其对生命财财产的危害性性比超过承载载力极限状态态要小，因此此相应的可靠靠度水平可比比承载力极限限状态低一些些。正常使用极限限状态的计算算表达式为，Sk：作用效应标准准值，如挠度度变形和裂缝缝宽度，应根根据荷载标准值和材料强度标准准值确定。以受弯构件为为例，在荷载载标准值产生生的弯矩可表表示为，Mk=CGGk+CQQk由于活荷载达达到其标准值值Qk的作用时间较较短，故Mk称为短期弯矩，其值约为弯弯矩设计值的的50%~70%。由于在荷载的的长期作用下下，构件的变变形和裂缝宽宽度随时间增增长，因此需需要考虑长期期荷载的影响响，长期弯矩可表示为，Mq=CGGk+yqCQQkyq为活荷载准永久久值系数（quasi-permanentload）第十章钢筋筋混凝土构件件的变形和裂裂缝10.2裂缝宽度的验验算§10.2钢筋混凝土构构件裂缝宽度度验算10.2.1裂缝及裂缝控控制等级裂缝及裂缝宽宽度裂缝的开展是由于于混凝土的回回缩，钢筋的的伸长，导致致混凝土与钢钢筋之间产生生相对滑移的的结果。裂缝宽度等于混凝土在在开裂截面的的回缩量。当荷载长期作作用时，由于于混凝土的滑移移徐变和拉应应力的松弛，将导致裂缝缝间受拉混凝凝土不断退出出工作，使裂裂缝开展宽度度增大；混凝土的收缩缩使裂缝间混凝凝土的长度缩缩短，这也会会引起裂缝的的进一步开展展；由于荷载的变动使钢筋时而被被拉长时而又又回缩，其直直径也时胀时时缩，将引起起粘结强度的的降低，导致致裂缝宽度的的增大。三、荷载产生生的裂缝裂缝形成的原原因荷载形成的裂裂缝第十章钢筋筋混凝土构件件的变形和裂裂缝10.2裂缝宽度的验验算第十章钢筋筋混凝土构件件的变形和裂裂缝裂缝控制等级级《规范》将裂缝控制分分为三个等级级：一级：严格要要求不出现裂裂缝的构件。。要求：按荷载效应标标准组合计算算时，构件受受拉边缘混凝凝土的拉应力力。二级：一般要要求不再现裂裂缝的构件。。要求：按荷载效应准准永久组合计计算时，构件件受拉边缘混混凝土的拉应应力。三级：允许出出现裂缝的构构件。10.2裂缝宽度的验验算第十章钢筋筋混凝土构件件的变形和裂裂缝10.2.2裂缝的出现、、分布与开展展10.2裂缝宽度的验验算★在裂缝出现前前，混凝土和钢钢筋的应变沿沿构件的长度度基本上是均均匀分布的。。★当混凝土的拉拉应力达到抗抗拉强度时，首先会在构构件最薄弱截截面位置出现现第一条（批批）裂缝。★裂缝出现瞬间间，裂缝截面位位置的混凝土土退出受拉工工作，应力为为零，而钢筋筋拉应力应力力产生突增Dss=ft/r，配筋率越小，，Dss就越大。★由于钢筋与混混凝土之间存存在粘结，随着距裂缝缝截面距离的的增加，混凝凝土中又重新新建立起拉应应力sc，而钢筋的拉应应力则随距裂裂缝截面距离离的增加而减减小。★当距裂缝截面面有足够的长长度l时，混凝土拉拉应力sc增大到ft，此时将出现新新的裂缝。第十章钢筋筋混凝土构件件的变形和裂裂缝10.2裂缝宽度的验验算★如果两条裂缝缝的间距小于于2l，则由于粘结应应力传递长度度不够，混凝凝土拉应力不不可能达到ft，因此将不会出出现新的裂缝缝，裂缝的间间距最终将稳稳定在（l~2l）之间，平均间距可取取1.5l。★从第一条（批批）裂缝出现现到裂缝全部部出齐为裂缝出现阶段段，该阶段的荷荷载增量并不不大，主要取取决于混凝土土强度的离散散程度。裂缝数量最终终趋于稳定。。★裂缝间距的计算公式即即是以该阶段段的受力分析析建立的。★裂缝出齐后，随着荷载的的继续增加，，裂缝宽度不不断开展。裂裂缝的开展是是由于混凝土土的回缩，钢钢筋不断伸长长，导致钢筋筋与混凝土之之间产生变形形差，这是裂缝宽度度计算的依据据。★由于混凝土材材料的不均匀匀性，裂缝的出现现、分布和开开展具有很大大的离散性，，因此裂缝间间距和宽度也也是不均匀的的。但大量的的试验统计资资料分析表明明，裂缝间距和宽宽度的平均值值具有一定规律律性，是钢筋筋与混凝土之之间粘结受力力机理的反映映。第十章钢筋筋混凝土构件件的变形和裂裂缝10.2裂缝宽度的验验算10.2.3平均裂缝缝间距第十章钢钢筋混混凝土构构件的变变形和裂裂缝10.2裂缝宽度度的验算算第十章钢钢筋混混凝土构构件的变变形和裂裂缝10.2.3平均裂缝缝间距10.2裂缝宽度度的验算算◆上式表明明，当配配筋率rte相同时，，钢筋直径径越细，，裂缝间间距越小小，裂缝缝宽度也也越小，，也即裂裂缝的分分布和开开展会密密而细，，这是控制制裂缝宽宽度的一一个重要要原则。◆但上式中中，当d/r趋于零时时，裂缝缝间距趋趋于零，，这并不不符合实实际情况况。◆试验表明明，当d/r很大时，，裂缝间间距趋近近于某个个常数。。该数值与与保护层层c和钢筋净净间距有有关。第十章钢钢筋混混凝土构构件的变变形和裂裂缝10.2裂缝宽度度的验算算◆用带肋变变形钢筋筋比用光光圆钢筋筋的平均均裂缝间间距要小小些，即即钢筋表表面特征征同样影影响平均均裂缝间间距，对对此可用用钢筋的的等效直直径deq代替d。第十章钢钢筋混混凝土构构件的变变形和裂裂缝根据试验验分析，，对上式式修正如如下：10.2裂缝宽度度的验算算对于受弯弯、偏心心受压和和偏心受受拉构件件，可将受受拉区近近似作为为一轴心心受拉构构件，根根据粘结结力的有有效影响响范围，，取有效受拉拉面积Ate=0.5bh+(bf-b)hf。对于轴心心受拉构构件：第十章钢钢筋混混凝土构构件的变变形和裂裂缝10.2裂缝宽度度的验算算根据试验验资料统统计分析析，并考考虑受力力特征的的影响，，对于常常用的带肋钢筋筋，《规范》给出的平平均裂缝缝间距lm的计算算公式式为，，c——最外层层纵向向受拉拉钢筋筋外边边缘到到受拉拉区底底边的的距离离（mm），当当c<20mm时，取取c=20mm；β——经验系系数，，对轴轴心受受拉构构件，，β=1.1；对其其他受受力构构件，，均取取β=1。第十章章钢钢筋混混凝土土构件件的变变形和和裂缝缝10.2裂缝宽宽度的的验算算◆平均裂缝宽度第十章章钢钢筋混混凝土土构件件的变变形和和裂缝缝10.2.４平平均均裂缝缝宽度度10.2裂缝宽宽度的的验算算钢筋应应力不不均匀匀系数数由于钢钢筋与与混凝凝土间间存在在粘结结应力力，随随着距距裂缝缝截面面距离离的增增加，，裂缝缝间混混凝土土逐渐渐参与与受拉拉工作作，钢钢筋应应力逐逐渐减减小，，因此此钢筋筋应力力沿纵纵向的的分布布是不不均匀匀的。。裂缝截截面处处钢筋筋应力力最大大，裂裂缝中中间钢钢筋应应力最最小，，其差差值反反映了了混凝土土参与与受拉拉工作作的大小小。钢筋应应力不不均匀匀系数数y是反映映裂缝缝间混混凝土土参加加受拉拉工作作程度度的影影响系系数第十章章钢钢筋混混凝土土构件件的变变形和和裂缝缝10.2裂缝宽宽度的的验算算第十章章钢钢筋混混凝土土构件件的变变形和和裂缝缝随着荷荷载的的增大大，εsm与εsk间的差差距逐逐渐减减小，，亦即即ψ值逐渐渐变大大，而而此时时随着着荷载载的增增大，，裂缝缝间受受拉混混凝土土是逐逐渐退退出工工作的的，说说明混混凝土土参与与工作作的程程度越越小。。反之之，ψ值越小小，说说明混混凝土土参与与工作作的程程度越越大；；如果果ψ＝１，，表明明与时时裂缝缝间受受拉混混凝土土全部部退出出工作作。因因此，，系数数ψ的物理理意义义就是是反映裂裂缝间间受拉拉区混混凝土土对纵纵向受受拉钢钢筋应应变的的影响响程度度。10.2裂缝宽宽度的的验算算★当y<0.2时，取取y=0.2；当y>1.0时，取y=1.0；★对直接承承受重复复荷载作作用的构构件，取取y=1.0。第十章钢钢筋混混凝土构构件的变变形和裂裂缝10.2裂缝宽度度的验算算第十章钢钢筋混混凝土构构件的变变形和裂裂缝裂缝截面面处的钢钢筋应力力σsk◆轴心受拉拉构件◆受弯构件件10.2裂缝宽度度的验算算由于混凝凝土质量量的不均均匀性，，，裂缝缝宽度具具有很大大的离散散性。在构件中中的最大大裂缝宽宽度要比比平均裂裂缝宽度度大得多多。考虑到裂缝宽度度的不均均匀性，最大裂裂缝宽度度可由平平均裂缝缝宽度乘乘以扩大大系数τs求得。对受弯构构件，取取裂缝扩扩大系数数ts=1.66。对于轴心心受拉和和偏心受受拉构件件，由试试验结果果统计得得最大裂裂缝宽度度的扩大大系数为为τs=1.9。第十章钢钢筋混混凝土构构件的变变形和裂裂缝10.2.５最最大裂缝缝宽度及及其验算算最大裂缝缝宽度10.2裂缝宽度度的验算算长期荷载载的影响响：由于混凝凝土的滑移徐变变和拉应力的的松弛，会导致致裂缝间间混凝土土不断退退出受拉拉工作，，钢筋平平均应变变增大，，使裂缝缝随时间间推移逐逐渐增大大。混凝土的的收缩也使裂缝缝间混凝凝土的长长度缩短短，也引引起裂缝缝随时间间推移不不断增大大。荷载的变变动，环境温度度的变化，，都会使使钢筋与与混凝土土之间的的粘结受受到削弱弱，也将将导致裂裂缝宽度度不断增增大。根据长期期观测结结果，长期荷载载下裂缝缝的扩大大系数为tl=1.5。第十章钢钢筋混混凝土构构件的变变形和裂裂缝10.2裂缝宽度度的验算算轴心受拉拉构件acr=1.5×1.9×0.85×1.1=2.7受弯构件件acr=1.5×1.66××0.85=2.1第十章钢钢筋混混凝土构构件的变变形和裂裂缝10.2裂缝宽度度的验算算第十章钢钢筋混混凝土构构件的变变形和裂裂缝最大裂缝缝宽度限限值确定最大大裂缝宽宽度限值值，主要要考虑两两个方面面：外观要求求：从外观要要求考虑虑，裂缝缝过宽将将给人以以不安全全感，同同时也影影响对结结构质量量的评价价。耐久性要要求：裂缝对结结构的耐耐久性是是非常不不利的。。处于室内内正常环环境，裂缝宽宽度限值值可放宽宽些，但但应按构构件的工工作条件件加以区区分:直接受雨雨淋的构构件，无无围护结结构的房房屋中经经常受雨雨淋的构构件，经经常受蒸蒸汽或凝凝结水作作用的室室内构件件（如浴浴室等）），以及及与土壤壤直接接接触的构构件（如如基础等等），都具备钢钢筋锈蚀蚀的必要要和充分分条件，，因而都都应严格格限制裂裂缝宽度度。10.2裂缝宽度度的验算算第十章钢钢筋混混凝土构构件的变变形和裂裂缝最大裂缝缝宽度限限值环境类别