钢筋混凝土构件裂缝宽度计算研究.pdf

第 3 8卷第 3期 2 0 1 2年 6月 四川建筑 科学 研究 S i c h u a n Bu i l d i n g S c i e n c e 5 5 钢筋混凝土构件裂缝宽度计算研究 党玲博 ， 付立彬 ， 刘立新 ( 1 黄河科技学院， 河南 郑州4 5 0 0 6 3 ； 2 郑州大学工学院， 河南 郑州4 5 0 ( 0 2 ) 摘要： 因我国G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 ( 混凝土结构设计规范中尚未列入 H R B 5 0 0级钢筋， 规范尚未给出 HR B 5 0 0级 钢筋混凝土受弯构件的裂缝宽度验算方法。为尽快在我国工程领域推广这种新型钢筋， 需对 H R B 5 0 0级钢筋混凝 土构件的裂缝宽度进行研究。本文在学习参考国外裂缝宽度控制措施的基础上， 探讨了 H R B 5 0 0级钢筋混凝土受 弯构件裂缝宽度计算问题。 关键词 ： 混凝土构件； 裂缝； 宽度 中图分类号 ： T U 3 7 5 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) O 30 5 50 4 Ca l c u l a t i o n o f c r a c k wi d t h o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e r e s e a r c h DANG L i n g b o 。 F U L i b i n L I U L i x i n ( 1 H u a n g h e U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 6 3 ， C h i n a ； 2 I n s t i t u t e o f Z h e n g z h o u U n i v e r s i ty， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：B e c a u s e o f t h e me t h o d t o c o mp u t e c r a c k w i d t h o f t h e me mb e rs h a s n o t b e e n s t i p u l a t e d i n t h e C h i n e s e De s i g n C o d e“ Code f o r D e s i g n o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s ” ( G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 ) I n o r d e r t o t a k e t h e i n t e r n a t i o n al i z a t i o n i n t o r e a l i t y a s s o o n as p o s s i b l e a n d po p u l a r i z e t h i s n e w k i n d of s t e e l b a r s i n t h e e n g i n e e ri n g a r e a i n C h i n a I t i s u r g e n t tha t t h e r e s e a r c h o n c r a c k wi d t h o f t h e c o n c r e t e fl e x u r a l me mb e rs r e i n f o r c e d b y t h e HR B 5 0 0 s t e e l b a r sT h e me tho d t O c o mp u t e c r a c k w i d t h o f t h e me mb e rs w i l l b e d i s c u s s e d i n t his a r t i c l e o n t h e b asi s o f t h e s t u d y o f c r a c k wi d t h a b r o a d Ke y wo r d s ： c o n c r e t e ： c r a c k； wi d t h _ -_ _ 一 U 刖 昌 目前在国外发 达国家， 5 0 0 MP a级钢筋 已经大 面积、 大规模的推广应用 ， 4 0 0 M P a以下钢筋用量很 少， 4 0 06 0 0 MP a级钢筋用量达到 9 5 以上 ； 而 我国， 2 0 0 8年全国 HR B 4 0 0钢筋的用量 占建筑钢筋 总用量 2 0 左右， 在北京、 上海、 广州等发达地区 H R B 4 0 0钢筋的应用 比例也只有 4 0 。造成高强 钢筋在我国建设行业未能得到普及的原因是多方面 的， 为尽快实现与国际接轨 ， 在我国工程领域推广这 种新型钢筋 ， 很多学者和研究人员对 HR B 5 0 0级钢 筋及其混凝土构件进行了大量的试验研究。对钢筋 混凝土受弯构件裂缝宽度的试验 剖说明， 对于荷载 作用引起的裂缝 ， 大多数情况下 H R B 5 0 0级钢筋混 收稿 日期 ： 2 0 1 0 o 4 0 6 作者简介： 党玲博 ( 1 9 7 8 一) ， 女， 河南唐河人， 讲师， 主要从事建筑与 土木工程专业方向的教学与研究。 基金项目： 国家自然科学基金资助课题( 5 0 5 7 8 1 4 8 ) E m a il ： d l b t h e 0 1 6 3 c o m 凝土受弯构件的裂缝宽度实测比按现行规范公式计 算的裂缝宽度值小， 且大于规范的限值。本文在学 习参考 国外裂缝宽度控制措施的基础上 ， 探讨我国 混凝土结构设计规范中钢筋混凝土受弯构件裂缝宽 度计算 问题。 1 我国现行规范裂缝宽度控制过 于 严格 1 1 取 计算不完全合理 徐有邻、 周氐 指出， 荷载效应的标准组合是 恒载标准值和活载标准值产生效应之和， 为使用状 态下可能达到的较大值， 准永久组合只考虑恒载及 活载中长期作用的那一部分的影响， 是恒载标准值 加上活载的标准值应乘以准永久系数， 对构件裂缝 宽度和刚度计算 ， 考虑长期效应进行验算比较合理 。 文献 1 0 指 出： 对挠度和裂缝宽度而言， 建筑 物 良好性能的安全程度不是 以最大荷载 ( 自重 g+ 最大有效荷载 P+附加荷载) 来衡量的， 而是以静荷 载 g+经常出现或长期 作用的有效荷载来确定 的。 2 0 1 2 N o 3 党玲博， 等： 钢筋混凝土构件裂缝宽度计算研究 5 7 3 2 按本文建议公式进行系列裂缝宽度计算分析 3 2 1 理论 分析 现将分别以 H R B 4 0 0 ， H R B 5 0 0为配筋的， 其他 条件均相 同的单筋矩形截面受弯构件 ， 分别按 现行 规范裂缝公式计算结果和建议裂缝公式计算结果进 行 比较分析 ， ( 设配筋率 PA s b h为变量 ， 钢筋强度 为 H R B 4 0 0， HR B 5 0 0， 混凝土强度分别为 C 3 0 ， C 4 0 ， C 5 0 ， 纵筋直径 d为 2 0 m m， 混凝 土保护层厚度取 2 5 mm) 按现行规范公式进行 系列计算 ， 计算结果如图 2 4所示 。 图2 p一 一曲线 Fi g 2 P 1 ， “ c u r v e +4 0 0 a 钢 筋 ， 现行规范计算 +5 0 0 MP a 筋， 一 、 建议公式计算 一 。 。、 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 p = A 。 b h ( ) 图 3 P一 一 曲线 F i g 3 P 一1 ， c u r v e C5 0 d=2 Oram, c= 25 ram 一 4 0 0 MP a 钢筋， 按现行规范计算 +5 0 0 MP a 钢筋 ， 按建议公式计算 一- _- _ I 。 0 0 5 l 1 5 2 2 5 3 p = A 。 b h ( 图4 P一埘 一曲线 Fi g 4 P W “ c u r ve 由图 2 4分析可知 ： 1 ) 对 HR B 4 0 0级钢筋混凝土受弯构件 ， 按现行 规范公式计算 的最大裂缝宽度要高于 HR B 5 0 0级钢 筋混凝土受弯构件按建议公式计算的最大裂缝宽 度。 2 ) 在大多数情况下 ， H R B 4 0 0级钢筋混凝土受 弯构件 ， 按现行规范公式计算 的最大裂缝宽 度满足 裂缝限值的要求， 因 H R B 5 0 0级钢筋混凝土受弯构 件按荷载准永久值组合计算的最大裂缝宽度小于 H R B 4 0 0级钢筋混凝土受弯构件按现行规范公式计 算的最大裂缝宽度， 因此， 按建议公式计算 ， 可以大 大降低高强度钢筋混凝土受弯构件由正常使用极限 状态控制 的可能性 。 3 2 2试验分析 本文采用文献 1 3 中的 8根长期荷载作用下 的 5 0 0 MP a钢筋混凝土梁的试验数据 ， 按建议 的裂 缝宽度计算公式进行计算分析 ， 见表 2 ， 将表 2更直 观的用图 5来表示。 表 2 按本文建议的裂缝公式进行的计算分析 T a b l e 2 T h e t a b l e t o c a l c u l a t e t h e c r a c k o f t h e f o r mu l a i s s u g ge s t e d 塞 量塞 A O 41 2 0 31 5 0 4 O 3 3 4 1 0 2 9 O 7 8 8 0 8 3 4 B O 3 8 5 0 2 7 1 O 3 8 O 28 7 1 0 1 2 0 7 1 4 0 7 5 7 C O 4 0 8 0 3l 5 O 2 8 O 3 3 4 1 4 5 8 1 1 26 1 1 9 2 D O 3 81 O 2 7 1 O 4 4 0 28 7 0 8 6 7 0 6 1 6 0 6 5 3 E O 3 9 2 O 3 01 O 4 0 31 6 0 9 7 9 0 7 5 3 0 78 9 F O 3 2 O 2 3 7 O 3 2 0 2 4 8 1 o o 1 0 7 4 0 7 7 5 G 0 3 o 4 O 2 2 3 0 2 4 0 23 3 1 2 6 8 0 9 2 8 0 9 7 3 旦 旦 ： 坠 ： ! ： ： ! ! ： ! ! ： ： 注 ： 1 e l按本文建议公式取实测 材料强度计 算 的最大裂 缝宽 度 ； 2 按本文建议公式取材料强度设计值 = 4 2 0 M P a 计算 的最大裂缝宽度 ； 3 一文献 1 3 实测的长期最大裂缝宽度； 4 按本文建议公式取材料强度设计值 = 4 3 5 M P a 计算 的最大裂缝宽度。 按文献【 8 】 建议公式计算的最大 一 裂 缝宽度 按本文建议公式取实测材料强 度计算的最大裂缝宽度 照 文献 1 3 l 实测的长期裂缝宽度 X 按本文建议公式ly - - 4 2 0 MP a 计算的最大裂缝宽度 X ” 按本文建议公式l f y - 4 3 5 MP a 计算的最大裂缝宽度 图 5 计算分析曲线 Fi g 5 Ca l c ul at e d c ur ve s 分析曲线表明， 5 0 0 MP a钢筋混凝 土梁在长期 荷载作用下的实测裂缝宽度大多数情况下超过现行 规范的限值， 比值 c 2 一1平均值 =1 1 4 0 ， 比值 e2 w 平均值 = 1 1 1 2 ， = 0 1 7 9 ， 可见， 取实测 o g、 6 4 2 O 0 0 0 l、l 5 8 四川建筑科学研究 第 3 8卷 的混凝土强度和实测的钢筋屈服强度按本文建议公 式计算的最大裂缝宽度与试 验结果符合 较好 ； 当取 = 4 2 0 M P a时， 比值 加 平均值 = 0 8 2 1 ， 6 = 0 1 9 4 ； 当取 = 4 3 5 MP a时 ， 比值 c 4 加 1 平 均 值 = 0 8 6 6 ， 6 ： 0 1 9 4 ， 说明按建议公式取 = 4 3 5 MP a计算最大裂缝宽度与试验结果符合较好 。 4 结论与建议 1 ) 通过分析， 提出我国现行规范在裂缝宽度计 算中的两个问题 ， 采用荷载的标准组合不太合理 ， 短 期裂缝宽度要求过于严格， 建议在裂缝宽度计算中 降低裂缝宽度保证率， 且采用荷载的准永久组合。 2 ) 提出了 H R B 5 0 0级钢筋混凝土受弯构件裂缝 宽度计算的建议公式 ， 并通过试验资料的计算分析 ， 说明本文建议公式与试验结果符合较好 。 3 ) 由于裂缝宽度 的离散性大 ， 且国内外长期荷 载作用下的裂缝宽度试验研究资料很少， 本文建议 的公式也有待更多的试验资料去验证 。裂缝宽度的 研究尚需更 多的学者 和研究者进行更 多的长期试 验 ， 积累更多的试验资料和数据 ， 为 HR B 5 0 0级钢筋 的工程应用和我 国混凝土结构设计规范修订时列入 H R B 5 0 0级钢筋提供参考依据 。 参 考 文 献 ： 1 裴智， 王友权， 王学忠 H R B 5 0 0 钢筋的研究开发与应用 J 建筑结构学报 ， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 8 ) ： 2 8 - 2 9 2 周建 民， 王 眺，赵勇，等 高 强钢筋混 凝土受弯构件裂缝 宽度计算方法的研究 J 土木工程学报， 2 0 1 0 ， 9 ( 4 3 ) ： 6 9 - 7 6 3 李志华 ， 苏小卒 ， 赵勇 配 置 5 0 0 MP a钢筋 的混凝 土梁受 弯 性能试验研究 J 南昌大学学报： 工学版， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 1 ) ： 4 0 4 4 4 王全凤， 刘凤谊， 杨勇新， 等 H R B 5 0 0级钢筋混凝土连续梁抗 弯试验研究 J 四川建筑科学研究， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 4 ) ： 1 4 1 7 5 王命平， 张自 琼 ， 耿树江 5 0 0 M P a 级带肋碳素钢筋混凝土简支 梁的受弯试验 J 工业建筑， 2 0 0 7 ， 3 7 ( 8 ) ： 3 9 - 4 2 【 6 王全凤 ， 刘凤谊 ， 杨 勇新 ， 等 H RB 5 0 0级钢筋混凝 土筒支 梁受 弯试验 J 华侨大学学报： 自然科学版， 2 0 0 7 ， 2 8 ( 3 ) ： 3 0 0 3 0 3 7 高瑞平， 邱洪兴， 胡涛， 等 H R B 5 0 0级钢筋混凝土梁裂缝宽 度试验研究 J 工业建筑， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 3 ) ： 6 6 - 7 0 8 刘立新 ， 张艇 ， 毛达岭 H R B 5 0 0级钢筋混凝土梁受 弯及受剪 性能的试验研究 c 第八届全国混凝土结构基本理论及工 程应 用学术会议论文集 重庆 ， 2 0 0 4 9 徐有邻 ， 周氐 混凝土结构设计规 范理解 与应 用 M 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 2 1 O 混凝土专业委员会高强与高性能混凝土专业委员会 混凝土 结构裂缝控制指南 M 北京： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 4 1 1 G B 5 0 0 6 8 -2 0 0 1 建筑结构可靠度设计统一标准 s 1 2 B S E N 1 9 9 2 ， E u r o c o d e 2 ： D e s i g n o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s - P a r t 1 1 ： G e n e r a l r u l e s a n d r u l e s f o r b u i l d i n g s S B r i t i s h S t a n d a r d s l n s t i t u t i o n， 2 0 0 4， l 1 9 1 3 杨平安 长期 荷载作用下配置 5 0 0 MP a级钢筋混凝土受 弯构件 裂缝宽度及挠度 D 重庆： 重庆大学， 2 0 0 9 1 4 徐克利 混凝土构件的荷载裂缝控制问题探讨 c 中国预应 力技术五十年及第九届后 张预应力学术交流会 论文 集 北京 ， 2 0 0 6： 2 21 - 2 2 6 本 刊 启 事 为适应信息化时代的需求， 四川建筑科学研究 杂志已加入 C N K I 、 万方、 维普等 期刊数据库。凡被本刊正式录用的稿件， 本刊 皆认为 已取得相关的著作权使 用许可， 以及作者允许本刊编辑部向第三方授权使用作品内容的许可。其著作权使用报酬( 即 f l7 ,$ 1 、 光盘版、 网络版使用方式的报酬) 已纳入本刊应付给作者的稿酬之中。作者如 有异议， 敬请另投它刊。 四川建筑科学研究 编辑部