第九章钢筋混凝土构件的变形裂缝及混凝土结构的耐久性.pptx

第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性第十一章 变形和裂缝宽度的计算外观感觉外观感觉裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，影响使用寿命影响使用寿命耐久性耐久性耐久性耐久性心理承受：不安全感，振动噪声心理承受：不安全感，振动噪声对非结构构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等对非结构构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等振动、变形过大振动、变形过大对其它结构构件的影响对其它结构构件的影响 影响正常使用：如吊车、精密仪器影响正常使用：如吊车、精密仪器适用性适用性适用性适用性承载能力极限状态承载能力极限状态安全性安全性安全性安全性 结结构构的的功功能能9-0 9-0 概概 述述第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性11.1 概 述 对于超过对于超过正常使用极限状态正常使用极限状态的情况，对生命财产的危害性比超的情况，对生命财产的危害性比超过承载力极限状态要小，相应的可靠度水平可比承载力极限状态过承载力极限状态要小，相应的可靠度水平可比承载力极限状态低一些。低一些。正常使用极限状态的计算表达式正常使用极限状态的计算表达式为，为，S Sk k：作用效应标准值，如挠度变形和裂缝宽度，根据作用效应标准值，如挠度变形和裂缝宽度，根据荷载标准值荷载标准值荷载标准值荷载标准值和和材料强度标准值材料强度标准值材料强度标准值材料强度标准值确定。确定。以受弯构件为例，荷载标准值产生的弯矩可表示为，以受弯构件为例，荷载标准值产生的弯矩可表示为，Msk=CGGk+CQQk因活荷载达到标准值因活荷载达到标准值Qk的作用时间较短，故的作用时间较短，故MMsksk称为称为短期弯矩短期弯矩短期弯矩短期弯矩，其值约为弯矩设计值的其值约为弯矩设计值的50%70%。在荷载的长期作用下，混凝土构件的变形和裂缝宽度随时间增在荷载的长期作用下，混凝土构件的变形和裂缝宽度随时间增长，因此需要考虑荷载长期作用的影响，长，因此需要考虑荷载长期作用的影响，长期弯矩长期弯矩长期弯矩长期弯矩：Mlk=CGGk+y yqCQQky yq为为活荷载准永久值系数活荷载准永久值系数活荷载准永久值系数活荷载准永久值系数（quasi-permanent load）第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性11.1 概 述 对于超过对于超过正常使用极限状态正常使用极限状态的情况，对生命财产的危害性比超的情况，对生命财产的危害性比超过承载力极限状态要小，相应的可靠度水平可比承载力极限状态过承载力极限状态要小，相应的可靠度水平可比承载力极限状态低一些。低一些。正常使用极限状态的计算表达式正常使用极限状态的计算表达式为，为，Sk：作用效应标准值，如挠度变形和裂缝宽度，根据作用效应标准值，如挠度变形和裂缝宽度，根据荷载标准值荷载标准值荷载标准值荷载标准值和和材料强度标准值材料强度标准值材料强度标准值材料强度标准值确定。确定。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性991 1 钢筋混凝土受弯构件的挠度验算钢筋混凝土受弯构件的挠度验算二、截面弯曲刚度的概念及定义二、截面弯曲刚度的概念及定义三、短期刚度三、短期刚度B BS S四、参数四、参数、和和的表达式的表达式五、受弯构件刚度五、受弯构件刚度B B一、变形限值一、变形限值七、对受弯构件挠度验算的讨论七、对受弯构件挠度验算的讨论六、最小刚度原则与挠度计算六、最小刚度原则与挠度计算第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性一、变形限值一、变形限值f f f为挠度变形限值。主要从以下几个方面考虑：为挠度变形限值。主要从以下几个方面考虑：1、保证结构的使用功能要求保证结构的使用功能要求。结构构件产生过大的变形将影响。结构构件产生过大的变形将影响甚至丧失其使用功能，如支承精密仪器设备的梁板结构挠度甚至丧失其使用功能，如支承精密仪器设备的梁板结构挠度过大，将难以使仪器保持水平；屋面结构挠度过大会造成积过大，将难以使仪器保持水平；屋面结构挠度过大会造成积水而产生渗漏；吊车梁和桥梁的过大变形会妨碍吊车和车辆水而产生渗漏；吊车梁和桥梁的过大变形会妨碍吊车和车辆的正常运行等。的正常运行等。2、防止对结构构件产生不良影响防止对结构构件产生不良影响。如支承在砖墙上的梁端产生。如支承在砖墙上的梁端产生过大转角，将使支承面积减小、支承反力偏心增大，并会引过大转角，将使支承面积减小、支承反力偏心增大，并会引起墙体开裂。起墙体开裂。3、防止对非结构构件产生不良影响防止对非结构构件产生不良影响。结构变形过大会使门窗等。结构变形过大会使门窗等不能正常开关，也会导致隔墙、天花板的开裂或损坏。不能正常开关，也会导致隔墙、天花板的开裂或损坏。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性第十一章 变形和裂缝宽度的计算4、保证使用者的感觉在可接受的程度之内保证使用者的感觉在可接受的程度之内。过大振动、变形。过大振动、变形会引起使用者的不适或不安全感。会引起使用者的不适或不安全感。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性二、截面弯曲刚度的概念及定义二、截面弯曲刚度的概念及定义材料力学中，匀质弹性材料梁的跨中挠度为 20EIMlSf=式中 S 与荷载类型和支承条件有关的系数；EI梁截面的抗弯刚度。由于是匀质弹性材料，所以当梁截面的尺寸确定后，其抗弯刚度即可确定且为常量，挠度f与M成线性关系。对钢筋混凝土构件，由于材料的非弹性性质和受拉区裂缝的开展，梁的抗弯刚度不是常数而是变化的，其主要特点如下：第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性 随荷载的增加而减少，即M越大，抗弯刚度越小。验算变形时，截面抗弯刚度选择在曲线第阶段（带裂缝工作阶段）确定；随配筋率 的降低而减少。对于截面尺寸和材料都相问的适筋梁，小，变形大些；截面抗弯刚度小些；沿构件跨度，弯矩在变化，截面刚度也在变化，即使在纯弯段刚度也不尽相同，裂缝截面处的小些，裂缝间截面的大些；随加载时间的增长而减小。构件在长期荷载作用下，变形会加大，在变形验算中，除了要考虑短期效应组合，还应考虑荷载的长期效应的影响，故有长期刚度Bs 和短期刚度Bl。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性三、短期刚度三、短期刚度B BS S（一）钢筋混凝土梁抗弯刚度的特点（一）钢筋混凝土梁抗弯刚度的特点（二）短期刚度公式的建立（二）短期刚度公式的建立第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性（一）钢筋混凝土梁抗弯刚度的特点（一）钢筋混凝土梁抗弯刚度的特点截面截面抗弯刚度抗弯刚度EI 体现了截面抵抗弯曲变形的能力，同时也反映体现了截面抵抗弯曲变形的能力，同时也反映了截面弯矩与曲率之间的物理关系。了截面弯矩与曲率之间的物理关系。对于弹性均质材料截面，对于弹性均质材料截面，EI为常数，为常数，M-f f 关系为直线。关系为直线。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性=（两端刚接）水平力-侧移：d312hEIV=（集中荷载）荷载-挠度：48f3lEIP=弯矩-曲率：fEIM=应力-应变：esE刚度是反映力与变形之间的关系：刚度是反映力与变形之间的关系：第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性 由于混凝土开裂、弹塑性应力由于混凝土开裂、弹塑性应力-应变关系和钢筋屈服等影响，应变关系和钢筋屈服等影响，钢筋混凝土钢筋混凝土适筋梁适筋梁的的M-f f 关系不再是直线关系不再是直线，而是随弯矩增大，而是随弯矩增大，截面曲率呈曲线变化。截面曲率呈曲线变化。短期弯矩短期弯矩Msk一般处于第一般处于第阶段，阶段，刚度计算需要研究构件带裂缝刚度计算需要研究构件带裂缝时的工作情况时的工作情况。该阶段裂缝基本等间距分布，钢筋和混凝土的。该阶段裂缝基本等间距分布，钢筋和混凝土的应变分布具有以下特征：应变分布具有以下特征：第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性短期刚度是指钢筋混凝土受弯构件在荷载短期效应组合下的刚度值（以Nmm2计）。材料力学中曲率与弯矩关系的推导材料力学中曲率与弯矩关系的推导几何关系几何关系物理关系物理关系平衡关系平衡关系（二）短期刚度公式的建立（二）短期刚度公式的建立第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性1、几何关系、几何关系：2、物理关系、物理关系：3、平衡关系、平衡关系：根据裂缝截面的应力分布根据裂缝截面的应力分布第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性3、平衡关系、平衡关系：根据裂缝截面的应力分布根据裂缝截面的应力分布第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性四、参数四、参数、和和的表达式的表达式1 1、开裂截面的内力臂系数、开裂截面的内力臂系数2 2、受压区边缘混凝土平均应变综合系数、受压区边缘混凝土平均应变综合系数3 3、钢筋应变不均匀系数、钢筋应变不均匀系数第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性 试验和理论分析表明，在短期弯矩试验和理论分析表明，在短期弯矩Msk=（0.50.7）Mu范围，范围，裂缝截面的相对受压区高度裂缝截面的相对受压区高度x x 变化很小，内力臂的变化也不变化很小，内力臂的变化也不大。大。一般情况下，一般情况下，h h 值在值在0.830.93之间波动。之间波动。规范规范为简化计算，取为简化计算，取h h=0.87。x h0ssAsChh01 1、开裂截面的内力臂系数、开裂截面的内力臂系数第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性受压翼缘加强系数受压翼缘加强系数 根据试验实测受压边缘混凝土的平均压应变，可以得到根据试验实测受压边缘混凝土的平均压应变，可以得到系数系数z z 的试验值。的试验值。在在短期弯矩短期弯矩Msk=（0.50.7）Mu范围，范围，系数系数z z 的变化很小，仅的变化很小，仅与配筋率有关。与配筋率有关。规范规范根据试验结果分析给出，根据试验结果分析给出，2、受压区边缘混凝土平均应变综合系数、受压区边缘混凝土平均应变综合系数第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性 钢筋的弹性模量Es和混凝土Ec弹性模量的比值；纵向受拉钢筋的配筋率，；式中 f受压翼缘面积与腹板有效面积的比值；当hf0.2h0时，取hf0.2h0。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性 r rte为以有效受拉混凝土截面面积为以有效受拉混凝土截面面积计算的受拉钢筋配筋率。计算的受拉钢筋配筋率。Ate为有效受拉混凝土截面面积，对为有效受拉混凝土截面面积，对受弯构件取受弯构件取3 3、钢筋应变不均匀系数、钢筋应变不均匀系数第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性3、钢筋应变不均匀系数、钢筋应变不均匀系数y y r rte为以有效受拉混凝土截面面积为以有效受拉混凝土截面面积计算的受拉钢筋配筋率。计算的受拉钢筋配筋率。Ate为有效受拉混凝土截面面积，对为有效受拉混凝土截面面积，对受弯构件取受弯构件取当当y y 1.0时，取时，取y y=1.0；对直接承受重复荷载作对直接承受重复荷载作用的构件，取用的构件，取y y=1.0。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性n在短期弯矩在短期弯矩Msk=（0.50.7）Mu范围，三个参数范围，三个参数h h、z z 和和y y 中，中，h h 和和z z 为常数，为常数，而而y y 随弯矩增长而增大随弯矩增长而增大。n该参数反映了裂缝间混凝土参与受拉工作的情况该参数反映了裂缝间混凝土参与受拉工作的情况n随着弯矩增加，由于裂缝间粘结力的逐渐破坏，混凝土参与随着弯矩增加，由于裂缝间粘结力的逐渐破坏，混凝土参与受拉的程度减小，平均应变增大，受拉的程度减小，平均应变增大，y y 逐渐趋于逐渐趋于1.0，抗弯刚，抗弯刚度逐渐降低。度逐渐降低。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性反映了混凝土对反映了混凝土对钢筋的刚化作用钢筋的刚化作用se ftet0反过来，受拉区混反过来，受拉区混凝土仍然有拉应力，凝土仍然有拉应力，钢筋对混凝土受拉钢筋对混凝土受拉应力应变关系有强应力应变关系有强化作用化作用第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性五、受弯构件长期刚度五、受弯构件长期刚度B在长期荷载作用下，由于混凝土的在长期荷载作用下，由于混凝土的徐变徐变，会使梁的挠度随时间增长。，会使梁的挠度随时间增长。此外，钢筋与混凝土间此外，钢筋与混凝土间粘结滑移徐变粘结滑移徐变、混凝土、混凝土收缩收缩等也会导致梁的等也会导致梁的挠度增大。根据长期试验观测结果，长期挠度与短期挠度的比值挠度增大。根据长期试验观测结果，长期挠度与短期挠度的比值q q 可按下式计算可按下式计算:长期抗弯刚度长期抗弯刚度式中 分别为受压及受拉钢筋的配筋率。此处反映了在受压区配置受压钢筋对混凝土受压徐变和收缩起到一定约束作用，能够减少构件在长期荷载作用下的变形。上述适用于一般情况下的矩形、T形、工字形截面梁，值与温湿度有关，对干燥地区，值应酌情增加1525。对翼缘位于受拉区的T形截面，值应增加20。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性六、最小刚度原则与挠度计算六、最小刚度原则与挠度计算 为了简化计算，规范在挠度计算时采用了“最小刚度原则最小刚度原则”，即：在同号弯矩区段采用最大弯矩处的截面抗弯刚度（即最小刚度）作为该区段的抗弯刚度，对不同号的弯矩区段，分别取最大正弯矩和最大负弯矩截面的刚度作为正负弯矩区段的刚度。由于弯矩沿梁长是变化的，由于弯矩沿梁长是变化的，抗弯刚抗弯刚度沿梁长也是变化的度沿梁长也是变化的。但按变刚度。但按变刚度梁来计算挠度变形很麻烦。梁来计算挠度变形很麻烦。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性 理论上讲，按Bmin计算会使挠度值偏大,但实际情况并不是这样。因为在剪跨区段还存在着剪切变形，甚至出现斜裂缝，它们都会使梁的挠度增大，而这是在计算中没有考虑到的，这两方面的影响大致可以相互抵消，亦即在梁的挠度计算中除了弯曲变形的影响外，还包含了剪切变形的影响。“最小刚度刚度原则最小刚度刚度原则”第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性受弯构件变形验算按下列步骤进行：计算荷载短期效应组合值Ms和荷载长期效应组合值Ml；按下列式子计算:计算长期刚度Bl按式：计算短期刚度Bs按式:第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性用Bl代替材料力学位移公式 中的EI，计算出构件的最大挠度，并按式 进行验算。f f 若验算结果 ，从短期刚度计算公式可知，增大截面高度是提高截面抗弯刚度、减小构件挠度的最有效措施；若构件截面受到限制不能加大时，可考虑增大纵向受拉钢筋的配筋率或提高混凝土强度等级，但作用并不显著，对某些构件还可以充分利用纵向受压钢筋对长期刚度的有利影响，在受压区配置一定数量的受压钢筋，另外，采用预应力混凝土构件也是提高受弯构件刚度的有效措施。实际工程中，往往采用控制跨高比的方法来满足变形条件的要求。f f 第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性七、对受弯构件挠度验算的讨论七、对受弯构件挠度验算的讨论 其主要从以下几个方面考虑：1)保证结构的使用功能要求；2)防止对结构构件产生不良影响；3)防止对非结构构件产生不良影响；4)保证使用者的感觉在可接受的程度之内。因此，对受弯构件在使用阶段产生的最大变形值f必须加以限制，即 受弯构件变形验算目的主要是用以满足适用性适用性。f f 其中 f 为挠度变形限值。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性 混凝土结构构件变形和裂缝宽度验算属于正常使用极限状态的验算，与承载能力极限状态计算相比，正常使用极限状态验算具有以下二个特点：考虑到结构超过正常使用极限状态对生命财产的危害远比超过承载能力极限状态的要小，因此其目标可靠指标值要小一些，故规范规定变形及裂缝宽度验算均采用荷载标准值和材料强度的标准值。由于可变荷载作用时间的长短对变形和裂缝宽度的大小有影响，故验算变形和裂缝宽度时应按荷载短期效应组合值并考虑荷载长期效应的影响进行。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性二、裂缝宽度验算的目的和要求二、裂缝宽度验算的目的和要求992 2 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算钢筋混凝土构件裂缝宽度验算三、裂缝的出现、分布和开展三、裂缝的出现、分布和开展四、平均裂缝间距四、平均裂缝间距五、平均裂缝宽度五、平均裂缝宽度七、最大裂缝宽度及其验算七、最大裂缝宽度及其验算一、裂缝产生的原因一、裂缝产生的原因六、裂缝特性六、裂缝特性第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性一、裂缝产生的原因一、裂缝产生的原因 裂缝是工程结构中常见的一种作用效应，裂缝按其形成的原因可分为两大类：一类是由荷载作用引起的裂缝；另一类是由变形因素引起的裂缝，如温度变化、材料收缩以及地基不均匀沉降引起的裂缝，由于变形因素引起的裂缝计算因素很多，不易准确把握，故此处裂缝宽度计算的裂缝主要是指荷载原因引起的裂缝。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性二、裂缝宽度验算的目的和要求二、裂缝宽度验算的目的和要求 构件裂缝控制等级共分为三级：一级为严格要求不出现裂缝，二级为一般要求不出现裂缝，三级为允许出现裂缝。一级和二级抗裂要求的构件，一般要采用预应力；而普通的钢筋混凝土构件抗裂要求为三级，阶段都是带裂缝工作的。当裂缝宽度较大时，一是会引起钢筋锈蚀，二是使结构刚度减少、变形增加，在使用从而影响结构的耐久性和正常使用，同时给人不安全感。因此，对允许出现裂缝的钢筋混凝土构件，裂缝宽度必须加以限制，要求使用阶段最大裂缝宽度小于允许裂缝宽度。即 第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性二、裂缝宽度验算的目的和要求（续）二、裂缝宽度验算的目的和要求（续）而且，沿裂缝深度裂缝宽度不相等，要验算的裂缝宽度则是指受拉钢筋重心水平处构件侧表面上的混凝土的裂缝宽度。需要进行裂缝宽度验算的构件包括：受弯构件、轴心受拉构件、偏心受拉构件、的大偏心受压构件。结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值环境类别环境类别钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土结构裂缝控制等级lim(mm)裂缝控制等级lim(mm)一三0.3(0.4)三0.2二三0.2二-三三0.2一-第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性三、裂缝的出现、分布和开展三、裂缝的出现、分布和开展第一批裂缝第一批裂缝第二批裂缝第二批裂缝裂缝出齐稳定裂缝出齐稳定第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性 裂缝出现前裂缝出现前，混凝土和钢筋的应变沿构件长度基本均匀分布，混凝土和钢筋的应变沿构件长度基本均匀分布 当混凝土的当混凝土的拉应力拉应力达到达到抗拉强度抗拉强度时，首先会在构件时，首先会在构件最薄弱截最薄弱截面面位置出现位置出现第一条第一条（批）裂缝。（批）裂缝。裂缝出现瞬间裂缝出现瞬间，裂缝截面的混凝土退出受拉工作，应力降为，裂缝截面的混凝土退出受拉工作，应力降为零，而钢筋拉应力突增零，而钢筋拉应力突增DsDss=ft/r r，配筋率越小，配筋率越小，DsDss越大。越大。由于钢筋与混凝土之间存在由于钢筋与混凝土之间存在粘结粘结粘结粘结，随着距裂缝截面距离的增，随着距裂缝截面距离的增加，混凝土中又重新建立起拉应力，而钢筋的拉应力则随距加，混凝土中又重新建立起拉应力，而钢筋的拉应力则随距裂缝截面距离的增加而减小。裂缝截面距离的增加而减小。当距裂缝截面当距裂缝截面有足够长度有足够长度有足够长度有足够长度 l l 时，时，混凝土拉应力混凝土拉应力s sc又可增大到又可增大到ft，此时将会出现此时将会出现新新的一条（批）裂缝。的一条（批）裂缝。如果两条裂缝的间距如果两条裂缝的间距小于小于2 2 l l，由于粘结应力传递长度不够，由于粘结应力传递长度不够，混凝土拉应力不可能再达到混凝土拉应力不可能再达到ft，因此将不会出现新的裂缝。，因此将不会出现新的裂缝。裂缝间距最终将稳定在（裂缝间距最终将稳定在（l 2 l）之间，）之间，平均间距平均间距平均间距平均间距可取可取1.51.5 l l第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性 从第一条（批）裂缝出现到裂缝全部出齐为从第一条（批）裂缝出现到裂缝全部出齐为裂缝出现阶段裂缝出现阶段裂缝出现阶段裂缝出现阶段，该阶段荷载增量并不大，主要取决于混凝土强度的离散程度该阶段荷载增量并不大，主要取决于混凝土强度的离散程度 裂缝间距裂缝间距的计算公式就是以该阶段的受力分析建立的。的计算公式就是以该阶段的受力分析建立的。裂缝出齐后裂缝出齐后，随着荷载的继续增加，裂缝宽度不断开展，为，随着荷载的继续增加，裂缝宽度不断开展，为裂缝开展阶段裂缝开展阶段裂缝开展阶段裂缝开展阶段。裂缝开展是由于混凝土的回缩，钢筋不断伸长，导致钢筋与裂缝开展是由于混凝土的回缩，钢筋不断伸长，导致钢筋与混凝土之间产生变形差，混凝土之间产生变形差，这是裂缝宽度计算的依据这是裂缝宽度计算的依据。由于混凝土的不均匀性由于混凝土的不均匀性，裂缝的出现、分布和开展具有很大，裂缝的出现、分布和开展具有很大的离散性，因此裂缝间距和宽度也是不均匀的。的离散性，因此裂缝间距和宽度也是不均匀的。大量的试验统计资料分析表明，大量的试验统计资料分析表明，裂缝间距和宽度的平均值裂缝间距和宽度的平均值具具有一定规律性，是钢筋与混凝土间的有一定规律性，是钢筋与混凝土间的粘结传力机理粘结传力机理粘结传力机理粘结传力机理的反映。的反映。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性四、平均裂缝间距四、平均裂缝间距第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性 上式表明，当配筋率上式表明，当配筋率r r 相同时，相同时，钢筋直径越细，裂缝间距越小，裂缝宽度钢筋直径越细，裂缝间距越小，裂缝宽度也越小，也即裂缝的分布和开展会密而细，也越小，也即裂缝的分布和开展会密而细，这是控制裂缝宽度的一个重要原这是控制裂缝宽度的一个重要原则则。但上式中，当但上式中，当d/r r 趋于零时，裂缝间距趋于零，这并不符合实际情况。趋于零时，裂缝间距趋于零，这并不符合实际情况。试验表明，当试验表明，当d/r r 很大时，裂缝间距趋近于某个常数。很大时，裂缝间距趋近于某个常数。该数值与保护层该数值与保护层c 和和钢筋净间距有关钢筋净间距有关，根据试验分析，对上式修正如下，根据试验分析，对上式修正如下:第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性对于受弯构件对于受弯构件，可将受拉区近似作为一，可将受拉区近似作为一轴心受拉构件，根据粘结力的有效影响轴心受拉构件，根据粘结力的有效影响范围，取范围，取有效受拉面积有效受拉面积Ate=0.5bh+(bf-b)hf，因此将式中配筋率，因此将式中配筋率r r 的用以下受拉的用以下受拉区有效配筋率替换后，即可用于受弯构区有效配筋率替换后，即可用于受弯构件件采用采用r rte 后，裂缝间距可统一表示为后，裂缝间距可统一表示为:第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性第十一章 变形和裂缝宽度的计算根据试验资料统计分析，并考虑受力特征的影响，对于常用的根据试验资料统计分析，并考虑受力特征的影响，对于常用的带肋钢筋带肋钢筋，规范规范给出的平均裂缝间距给出的平均裂缝间距lm的计算公式为的计算公式为:受弯构件受弯构件轴心受拉构件轴心受拉构件c最外层纵向受拉钢筋外边缘到受拉区底边的距离（最外层纵向受拉钢筋外边缘到受拉区底边的距离（mm），），当当c20mm时，取时，取c=20mm；d钢筋直径（钢筋直径（mm），当用不同直径的钢筋时，），当用不同直径的钢筋时，d改用换算直改用换算直径径4As/u，u为纵向钢筋的总周长。为纵向钢筋的总周长。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性五、平均裂缝宽度五、平均裂缝宽度平均裂缝宽度平均裂缝宽度第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性钢筋应力不均匀系数钢筋应力不均匀系数 由于钢筋与混凝土间存在粘结应力，随着距裂缝截面距离的增由于钢筋与混凝土间存在粘结应力，随着距裂缝截面距离的增加，裂缝间混凝土逐渐参与受拉工作，钢筋应力逐渐减小，因此加，裂缝间混凝土逐渐参与受拉工作，钢筋应力逐渐减小，因此钢筋应力沿纵向的分布是不均匀的。钢筋应力沿纵向的分布是不均匀的。裂缝截面处钢筋应力最大，裂缝中间钢筋应力最小，其差值反映裂缝截面处钢筋应力最大，裂缝中间钢筋应力最小，其差值反映了了混凝土参与受拉工作混凝土参与受拉工作的大小。的大小。钢筋应力不均匀系数钢筋应力不均匀系数y y 是反映是反映裂缝间混凝土参加受拉工作程裂缝间混凝土参加受拉工作程度的影响系数度的影响系数第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性当当y y 1.0时，取时，取y y=1.0；对直接承受重复荷载作用的构件，取对直接承受重复荷载作用的构件，取y y=1.0。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性近似取近似取h hc/h h=0.67，h/h0=1.1，第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性 由于混凝土的不均匀性、荷载的可变性以及截面尺寸偏差等因素的影响，裂缝的出现、分布和开展宽度具有很大的随机性。但它们又具有一定的规律，从平均意义上讲，裂缝间距和宽度具有以下特性：裂缝宽度与裂缝间距密切相关。裂缝间距大裂缝宽度也大。裂缝间距小，裂缝宽度也小。而裂缝间距与钢筋表面特征有关，变形钢筋裂缝密而窄，光圆钢筋裂缝疏而宽。在钢筋面积相同的情况下，钢筋直径细根数多，则裂缝密而窄，反之裂缝疏而宽；裂缝间距和宽度随受拉区混凝土有效面积增大而增大，随混凝土保护层厚度增大而增大；裂缝宽度随受拉钢筋用量增大而减小；裂缝宽度与荷载作用时间长短有关。六、裂缝特性六、裂缝特性 第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性七、最大裂缝宽度及其验算七、最大裂缝宽度及其验算实测表明，裂缝宽度具有很大的离散性。实测表明，裂缝宽度具有很大的离散性。规范采用了一个半理论半经验的方法，即根据裂缝出现和开展的机理，先确定具有一定规律性的平均裂缝间距和平均裂缝宽度，然后对平均裂缝宽度乘以根据统计求得的扩大系数来确定最大裂缝宽度max。对“扩大系数”，主要考虑两种情况，一是荷载短期效应组合下裂缝宽度的不均匀性；二是荷载长期效应组合的影响下，最大裂缝宽度会进一步加大。规范要求计算的max具有95的保证率。取实测裂缝宽度取实测裂缝宽度wt与上述计算的平均裂缝宽度与上述计算的平均裂缝宽度wm的比值为的比值为t。大量裂缝量测结果统计表明，大量裂缝量测结果统计表明，t 的概率密度分布基本为正态。的概率密度分布基本为正态。取超越概率为取超越概率为5%的最大裂缝宽度可由下式求得的最大裂缝宽度可由下式求得:第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性长期荷载的影响：长期荷载的影响：由于混凝土的由于混凝土的滑移徐变滑移徐变和和拉应力的松弛拉应力的松弛，会导致裂缝间混凝土不断退出受拉工作，钢筋平均应变增大，会导致裂缝间混凝土不断退出受拉工作，钢筋平均应变增大，使裂缝随时间推移逐渐增大。使裂缝随时间推移逐渐增大。混凝土的收缩混凝土的收缩也使裂缝间混凝土的长度缩短，也引起裂缝随时也使裂缝间混凝土的长度缩短，也引起裂缝随时间推移不断增大。间推移不断增大。荷载的变动，荷载的变动，环境温度环境温度的变化，都会使钢筋与混凝土之间的粘的变化，都会使钢筋与混凝土之间的粘结受到削弱，也将导致裂缝宽度不断增大。结受到削弱，也将导致裂缝宽度不断增大。根据长期观测结果，根据长期观测结果，长期荷载下裂缝的扩大系数长期荷载下裂缝的扩大系数为为t t l=1.5。式中式中d d 为裂缝宽度变异系数，为裂缝宽度变异系数，对受弯构件，试验统计得对受弯构件，试验统计得d d=0.4，故取裂缝扩大系数，故取裂缝扩大系数t t=1.66。对于轴心受拉和偏心受拉构件，由试验结果统计得最大裂缝宽对于轴心受拉和偏心受拉构件，由试验结果统计得最大裂缝宽度的扩大系数为度的扩大系数为t t=1.9。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性轴心受拉构件轴心受拉构件a acr=1.51.90.851.1=2.7受弯构件受弯构件a acr=1.51.660.85=2.1第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性式中 符号意义同前，当裂缝宽度演算时 0.01时,取 =0.01；构件受力特征系数；c c混凝土保护层厚度，当c65时，取c65mm。deq纵向受拉钢筋的等效直径 （mm）,其值为：轴心受拉构件：偏心受拉构件：受弯构件：di第i种纵向受拉钢筋的公称直径（mm）ni第i种纵向受拉钢筋的根数i第i种纵向受拉钢筋的相对粘结特征系数，带肋钢筋i1.0，光圆钢筋i0.7，第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性裂缝截面处钢筋应力裂缝截面处钢筋应力sk的计算的计算 受弯构件sk计算按式：轴心受拉构件 式中 Ns、As分别为按荷载短期效应组合计算的轴向拉力值和受拉钢筋总截面面积。偏心受拉构件。大小偏心受拉构件sk按下式计算:式中 e轴向拉力作用点至受压区或受拉较小边纵筋合力点的距离，yc 截面重心至受压或较小受拉边缘的距离。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性偏心受压构件。偏心受压构件sk按下式计算:式中 h0纵向受拉钢筋合力点至受压区合力点的距离，h00.87，近似取 eNs至受拉钢筋As合力点的距离，e=sh0+ys，此处ys为截面重心至纵向受拉筋合力点的距离，s是指第阶段的偏心距增大系数，近似取f意义同前。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性 裂缝宽度的验算是在满足构件承载力前提下进行的，因而截面尺寸、配筋率等均已确定，验算中可能会出现裂缝宽度不能满足规范要求的情况，此时可采取的措施是选择直径较小的钢筋，或宜采用变形钢筋，必要时还可适当增加配筋率。由公式可知，max主要与钢筋应力sk，有效配筋率te及钢筋直径有关，根据sk，te及d三者的关系，规范给出了钢筋混凝土构件不需作裂缝宽度验算的最大钢筋直径图表，通常裂缝宽度的控制在实际工程中是用控制钢筋最大直径来满足。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性993 3 混凝土构件的截面延性混凝土构件的截面延性一、延性的概念一、延性的概念二、受弯构件的截面曲率延性系数二、受弯构件的截面曲率延性系数三、偏心受压构件截面曲率延性的分布三、偏心受压构件截面曲率延性的分布第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性一、延性的概念一、延性的概念结构、构件或截面延性是指从屈服开始至达到最大承载力或达到以后而承载力还没有显著下降期间的变形能力。即延性是反映构件的后期变形能力。“后期”是指从钢筋开始屈服进入破坏阶段直到最大承载能力（或下降到最大承载能力的 85）时的整个过程。在结构设计时，要求其具有一定的延性目的：（1）有利于吸收和耗散地震能量，满足抗震方面的要求；（2）防止发生脆性破坏，以确保生命和财产的安全；（3）在超静定结构中，能更好的适应外界的变化；（4）使超静定结构能充分的进行内力重分布。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性二、受弯构件的截面曲率延性系数二、受弯构件的截面曲率延性系数1、截面的延性用延性系数来表达，计算时采用平截面假平截面假设设。延性系数表达式：2、延性系数的影响因素（1）纵向受拉钢筋配筋率增大，延性系数减小；（2）受压钢筋配筋率增大，延性系数增大；（3）混凝土极限压应变cu增大，延性系数提高；（4）混凝土强度等级提高，延性系数提高。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性二、受弯构件的截面曲率延性系数（续）二、受弯构件的截面曲率延性系数（续）3、提高截面曲率延性系数的措施有：（1）限制纵向受拉钢筋的配筋率，一般不应大于2.5，受压区高度x（0.250.35）h0；（2）规定受压钢筋和受拉钢筋的最小比例，一般使AS/AS保持为0.3 0.5；（3）在弯矩较大的区段适当加密箍筋。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性三、偏心受压构件截面曲率延性的分布三、偏心受压构件截面曲率延性的分布 偏心受压构件截面曲率延性系数的两个综合因素是和受弯构件相同的，其差别主要是偏心受压构件存在轴向压力，致使受压区高度增大，截面曲率延性系数降低较多。其影响因素如下：（1）轴压比nN/fC A是影响偏心受压构件截面曲率延性系数的主要原因之一，轴压比越大，截面曲率延性系数越小；（2）配箍率（含箍特征值）越大，截面曲率延性系数越大；（3）采用密排的封闭箍筋或在矩形、方形箍内附加其它形式的箍筋或采用螺旋箍筋，能增大截面延性系数；在工程中，常采取一些抗震构造措施以保证地震区的框架柱等具有一定的延性。这些措施中最主要的是综合考虑不同抗震等级对延性的要求，确定箍筋轴压比限值，规定加密箍筋的要求及区段。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性994 4 混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性一、耐久性的概念与主要影响因素一、耐久性的概念与主要影响因素二、混凝土的碳化二、混凝土的碳化三、钢筋的锈蚀三、钢筋的锈蚀四、耐久性设计四、耐久性设计第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性一、耐久性的概念与主要影响因素一、耐久性的概念与主要影响因素第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性二、二、混凝土的碳化混凝土的碳化这部分内容自学。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性三、钢筋的锈蚀三、钢筋的锈蚀这部分内容自学。第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构耐久性四、耐久性设计四、耐久性设计这部分内容自学。