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钢筋混凝土结构辅导资料十五

主 题：课件 第九章 钢筋混凝土构件的变形和裂缝计算 ——钢筋混凝土受弯构件挠度验算；钢筋混凝土构件裂缝宽度验算。
学习时间： 2013年7月8日－7月14日
内 容：
这周我们学习第九章的第二部分，学习本章时，重要的是一些基本概念和原理，而对一些公式，例如截面弯曲刚度和裂缝最大宽度的计算公式以及一些系数的计算公式是不要求背的，但对这些系数的物理意义是要知道的。
一、学习要求
1．对裂缝出现和开展的机理、平均裂缝间距、平均裂缝宽度的计算原理以及影响裂缝开展宽度的主要因素等有一定的了解；
2．掌握轴心受拉构件和受弯构件裂缝宽度的验算方法
3．对混凝土结构耐久性的概念、主要影响因素、混凝土的碳化、钢筋的锈蚀以及耐久性设计有一定的了解。
基本内容:
钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性
截面弯曲刚度的概念和定义
短期刚度Bs，裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，截面弯曲刚度B
最小刚度原则与挠度验算，影响Bs的主要因素
裂缝出现、分布和开展的机理
平均裂缝间距和平均裂缝宽度
最大裂缝宽度及其验算方法，影响裂缝宽度的主要因素
混凝土构件截面延性的概念
受弯构件的截面曲率延性系数，偏心受压构件截面曲率延性的分析
混凝土结构耐久性的概念及其主要影响因素
混凝土的碳化，钢筋的锈蚀，耐久性设计

二主要内容
钢筋混凝土构件裂缝宽度验算
（一）平均裂缝间距
裂缝的分布规律与钢筋和混凝土之间的粘结应力有着密切的关系。如下图1所示，

图1 受弯构件即将出现第二条裂缝时钢筋、混凝土及其粘结应力

取段的钢筋为脱离体，a截面处为第一条裂缝截面；b截面为即将出现第二条裂缝截面。设平均裂缝间距为，按内力平衡条件，有
（9-22）
式中——钢筋与混凝土之间粘结应力的最大值；
——钢筋与混凝土之间粘结应力图形丰满系数；
——受拉钢筋截面周长总和。
截面a、b承担的弯矩均为。截面a上，钢筋的应力为。截面b上的由两部分组成，一部分是由混凝土承担的，另一部分是由钢筋承担的，即。钢筋的应力为。
忽略截面a、b上的钢筋所承担内力内力臂的差异，取，将、代入公式（9-22）整理得

即 （9-23）
按公式（9-7）计算，则
（9-24）
式中d——受拉钢筋直径。
受拉区混凝土和钢筋之间是相互制约和影响的，参与作用的混凝土只包括钢筋周围一定距离范围内受拉区混凝土的有效面积，对于离钢筋较远的受拉区混凝土对钢筋基本不起影响作用。受拉混凝土有效面积越大，所需传递粘结力的长度就越长，裂缝间距就越大。试验表明，混凝土和钢筋之间的粘结强度大约与混凝土的抗拉强度成正比，将取为常数同时也可近似取为常数、考虑钢筋表面粗糙情况对粘结力的影响，可得
（9-25）
式中——经验系数（常数）；
——纵向受拉钢筋相对粘结特征系数。
公式（9-25）表明，与成正比，这与试验结果不能很好地符合，当很大时，实际的裂缝间距并不是趋近与零。因此，需要对公式（9-25）进一步的修正。
由于混凝土和钢筋的粘结，钢筋对受拉张紧的混凝土的回缩有约束作用，随着混凝土保护层厚度的增大，外表混凝土较靠近钢筋内芯混凝土受到的约束作用小，所以当出现第一条裂缝后，只有离该裂缝较远处的外表混凝土才有可能达到混凝土抗拉强度，在此处才会出现第二条裂缝。试验证明，混凝土的保护层厚度从30mm降到15mm时，平均裂缝间距减小30%。在确定平均裂缝间距时，适当考虑混凝土保护层厚度的影响，对公式（9-25）的修正是必要的、合理的。
可在公式（9-25）中引入以考虑混凝土保护层厚度的影响。平均裂缝间距可按下式计算
（9-26）
式中——最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离（mm）：当时，取；
当时，取；
——经验系数（常数）。
根据试验资料的分析并参考以往的工程经验，取，。将公式（9-25）中的值以纵向受拉钢筋的等效直径代入，则有的计算公式为
（9-27）
（9-28）
式中——受拉区纵向钢筋的等效直径（mm）；
——受拉区第种纵向钢筋的根数；
——受拉区第种纵向钢筋的公称直径(mm)；
——受拉区第种纵向钢筋的相对粘结特征系数，对带肋钢筋，取；对光面圆钢筋，取。
公式（9-27）包含了粘结滑移理论中重要的变量以及无滑移理论中的重要变量的影响，实质上是把两种理论结合在一起的综合理论计算的裂缝间距的公式。
粘结应力传递长度短，则裂缝分布密些。裂缝间距与粘结强度及钢筋表面面积大小有关，粘结强度高，裂缝间距小；钢筋面积相同，使用小直径钢筋时，裂缝间距小。裂缝间距也与配筋率有关，低配筋率情况下裂缝间距较长。

（二）平均裂缝宽度
1．受弯构件平均裂缝宽度
裂缝宽度的离散性比裂缝间距更大，平均裂缝宽度的计算必须以平均裂缝间距为基础。平均裂缝宽度等于两条相邻裂缝之间（计算取平均裂缝间距）钢筋的平均伸长与相同水平处受拉混凝土平均伸长的差值，见图2，即

图2 梁纯弯段内各截面应变及裂缝分布
（9-29）
式中——平均裂缝宽度；
——纵向受拉钢筋的平均拉应变；
——与纵向受拉钢筋相同水平处受拉混凝土的平均应变。
令，又，则平均裂缝宽度为
（9-30）
为考虑裂缝间混凝土自身伸长对裂缝宽度的影响系数。其值与配筋率、截面形状及混凝土保护层厚度有关，但其变化幅度较小。通过对试验资料分析，对受弯、轴心受拉、偏心受力构件，取。
这样，在荷载效应标准组合作用下平均裂缝宽度的计算公式为
（9-31）
这里按式（9-5）计算裂缝截面处的按荷载效应标准组合下纵向受拉钢筋应力，钢筋应力不均匀系数按式（9-9）计算。
2．轴心受拉构件的平均裂缝宽度
轴心受拉构件的裂缝机理与受弯构件基本相同。根据试验资料，平均裂缝间距公式为
（9-32）
平均裂缝宽度计算公式按（9-30）计算，其中荷载效应标准组合计算的混凝土构件裂缝截面处纵向受拉钢筋应力为
（9-33）
式中——纵向受拉钢筋配筋率。；是全部纵向受拉钢筋的截面面积，是构件截面面积。当时，取。
——按荷载效应标准组合计算的轴向力值；
钢筋应力不均匀系数采用式（9-9）计算。
3．偏心受力构件的平均裂缝宽度
偏心受力构件平均裂缝间距的计算公式和平均裂缝宽度计算公式分别按受弯构件的、计算，钢筋应力不均匀系数按式（9-9）计算。但偏心受力构件在标准轴向压（拉）力作用下裂缝截面的钢筋应力需分别按下列公式计算。
（1）对偏心受压构件
裂缝截面的应力图如图3所示。

图3 偏心受压构件受力简图
对受压区合力点取矩得
（9-34）
（9-35）
（9-36）
式中——按荷载效应标准组合计算的轴向力值；
——轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离；
——截面重心至纵向受拉钢筋合力点的距离；
——使用阶段的轴向压力偏心距增大系数，当时，取；
——轴向压力作用点至截面重心的距离；
——纵向受拉钢筋合力点至受压区合力点之间的距离，，是内力臂系数。
对于偏心受压构件，的计算较麻烦，根据电算分析结果，适当考虑受压区混凝土的塑性影响，为简便起见，近似取为
（9-37）
和受弯构件一样，如果，按计算。
（2）对偏心受拉构件
裂缝截面的应力图如图4所示。

图4 偏心受拉构件裂缝截面处应力图形

按荷载效应标准组合计算的轴向力拉力，无论其作用在纵向钢筋及之间、还是作用在纵向钢筋及之外时，认为都存在有受压区，受压区合力点近似位于受压钢筋合力点处。轴向力拉力对受压区合力点取矩，可得
（9-38）
式中——轴向拉力作用点至受压区或受拉较小边纵向钢筋合力点的距离，；
——截面重心至受压或较小受拉边缘的距离。
（三）最大裂缝宽度及其验算
最大裂缝宽度由平均裂缝宽度乘以“扩大系数”得到。“扩大系数”主要考虑以下两种情况：一是考虑在荷载标准组合下裂缝的不均匀性；二是考虑在荷载长期作用下的混凝土进一步收缩、受拉混凝土的应力松弛以及混凝土和钢筋之间的滑移徐变等因素，裂缝间受拉混凝土不断退出工作，使裂缝宽度加大。最大裂缝宽度的计算按下式计算
（9-39）
式中——裂缝宽度不均匀扩大系数；
——荷载长期作用的对裂缝的影响系数。
值可根据试验，按统计方法求得。根据我国的短期荷载作用下的试验，得出受弯、偏压构件的计算值为1.66，轴心受拉、偏心受拉构件的计算值为1.9，根据试验观测结果，的平均值可取1.66，同时考虑荷载的组合系数0.9则取的计算值为1.5。
我国《规范》规定在矩形、T形、倒T形和工字形截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件中，按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响下的最大裂缝宽度（mm）可按下式计算
（9-40）
式中——构件受力特征系数。对钢筋混凝土构件，轴心受拉构件，；偏心受拉构件，；受弯和偏心受压构件，；
直接承受吊车的受弯构件主要承受短期荷载，卸载后裂缝可部分闭合。同时吊车满载的可能性也不大，最大裂缝宽度是按计算的。《规范》规定，对承受吊车荷载但不需要作疲劳验算的受弯构件，可将计算求得的最大裂缝宽度乘以系数0.85。
构件在正常使用状态下，裂缝宽度应满足
（9-41）
式中——《规范》规定的允许最大裂缝宽度。
对于的小偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。
由裂缝宽度的计算公式可知，影响荷载裂缝宽度的主要因素是钢筋应力，裂缝宽度与钢筋应力近似成线性关系。钢筋的直径，外形，混凝土保护层厚度以及配筋率等也是比较重要的影响因素，混凝土强度对裂缝宽度并无显著影响。
由于钢筋应力是影响裂缝宽度的主要因素，为了控制裂缝，在普通钢筋混凝土结构中，不宜采用高强度钢筋。带肋钢筋的粘结强度较光面钢筋大得多，故采用带肋钢筋是减少裂缝宽度的一种有力措施。采而细而密的钢筋，因表面积大而使粘结力增大，可使裂缝间距及裂缝宽度减小，只要不给施工造成较大困难，应尽可能选用较细直径的钢筋，这种方法是行之有效而且最为方便的。但对于带肋钢筋而言，因粘结强度很高，钢筋直径已不再影响裂缝宽度的重要因素了。
混凝土保护层越厚，裂缝宽度越大，但混凝土碳化区扩展到钢筋表面所需的时间就越长，从防止钢筋锈蚀的角度出发，混凝土保护层宜适当加厚。
解决荷载裂缝问题的最有效办法是采用预应力混凝土结构，它能使结构不发生荷载裂缝或减少裂缝宽度。
钢筋混凝土构件的截面延性
（一）延性的概念
在设计钢筋混凝土结构构件时，不仅要满足承载力、刚度及稳定性的要求，而且应具有一定的延性。
结构、构件或截面的延性是指进入屈服阶段，达到最大承载力及以后，在承载力没有显著下降的情况下承受变形的能力。是反映它们耐受后期变形的能力。“后期”指的是从钢筋开始屈服进入破坏阶段直到最大承载力（或下降到最大承载力的85%）时的整个过程。构件或结构的破坏可以归结为两种情况，一是脆性破坏；二是延性破坏。
延性较大，说明构件延性好，当达到最大承载力后，发生较大的后期变形才破坏，破坏时有一定的安全感。反之，延性差，达到承载力后，容易产生突然的脆性破坏，破坏时缺乏明显的预兆。
设计时，要求结构构件具有一定的延性，其目的在于：
（1）破坏前有明显的预兆，破坏过程缓慢，因而可采用偏小的计算可靠度，相对经济；
（2）对出现非预计荷载，如偶然超载、温度升高、基础沉降引起附加内力、荷载反向等情况下，有较强的承受和抗衡力；
（3）有利于实现超静定结构的内力充分重分布，节约钢材；
（4）承受动力作用（如震动、地震、爆炸等）情况下，减小惯性力，吸收更大的动能，减轻破坏程度，有利于修复。
（二）受弯构件的截面曲率延性系数
为了度量和比较结构或构件的延性，一般用延性系数来表达。延性系数的表达式为
（9-42）
式中——构件或结构保持承载力情况下的极限变形；
——构件或结构初始屈服变形。
可见，延性系数反映了构件或结构截面在破坏阶段的变形能力。
构件或结构存在多种力—变形曲线。对受弯构件梁而言，其力—变形曲线可为荷载—跨中挠度曲线；荷载—支座转角曲线；截面弯矩—曲率曲线等，相对应的可为梁构件的挠度延性系数；构件转角延性系数；梁构件的截面曲率延性系数。
受弯构件的截面曲率延性系数表示为
（9-43）
式中——截面最大承载力时的截面曲率；
——截面上内纵向受拉钢筋开始屈服时的截面曲率。

图5 适筋梁截面受拉钢筋开始屈服和截面最大承载力时的截面应力及应变图。

采用平截面假定，截面曲率可为
（9-44）
（9-45）
截面曲率延性系数
（9-46）
式中——受压区边缘混凝土极限压应变；
——钢筋开始屈服时的钢筋应变，；
——钢筋开始屈服时的截面受压区混凝土相对高度；
——达到截面最大承载力时混凝土受压区高度。
计算可以采用简化的方法，将图5中的混凝土压应力分布简化成直线分布，如虚线所示。根据平衡条件有
对于单筋截面梁
（9-47）
式中——混凝土的弹性模量；
——截面的宽度。
又，将；；关系式代入式9-47，同时考虑；，整理得到关于的一元二次方程，解方程得
（9-48
式中——受拉钢筋的配筋率；
——钢筋与混凝土的弹性模量之比。
同理可以得到双筋截面梁
（9-49）
式中——受压钢筋的配筋率，。
达到截面最大承载力时的混凝土受压区高度，可用承载力计算中采用的混凝土受压区高度来表示，见下式
（9-50）
将式（9-50）代入（9-45）得
（9-51）
将（9-49）和（9-51）代入（9-46）可得截面曲率延性系数
（9-52）
影响受弯构件的截面曲率延性系数的主要因素是纵向钢筋配筋率、钢筋的屈服强度、混凝土强度和混凝土的极限压应变等。
（1）纵向受拉钢筋配筋率增大，延性系数减小。如图9-16由于高配筋率时和均增大，致使增大、减小。

图6 不同配筋率的矩形截面关系曲线

（2）纵向受压钢筋配筋率增大，延性系数可增大。在这时和均减小，致使减小，由于受压区混凝土的塑性发展，使受压钢筋与受压区的混凝土进行内力重分布，同时受压区混凝土自身进行的内力重分布深度发展，使增大。
（3）混凝土极限压应变增大，延性系数提高。试验表明，采用密置箍筋可以加强对受压混凝土的约束，使混凝土的极限压应变值增大，提高延性系数。
（4）混凝土强度等级提高，适当减低钢筋屈服强度，也可以提高延性系数。
影响截面曲率延性系数的综合因素实质上是混凝土的极限压应变和钢筋屈服时受压区高度。在实际应用中，采用双筋截面梁。往往在受压区配置受压钢筋的提高延性系数效果要好于箍筋加密的效果；双筋截面梁的曲率延性系数比单筋T形截面梁大，这是因为T形截面梁的翼缘延性不好。
在结构设计中采用的手段通常有：
（1）限制纵向受拉钢筋的配筋率，一般不大于2.5%；
（2）限制纵向受压钢筋和受拉钢筋的最小比例，根据抗震设计要求，一般保持在0.25—0.5；
（3）受压区高度；
（4）在弯矩较大的区段内适当加密箍筋，来提高混凝土的极限压应变。
增强结构的延性，在一定程度上意味着增加了结构的使用年限，这在结构抗震设计中，显得更为重要。
（三）偏心受压构件截面曲率延性的分析
影响偏心受压构件截面曲率延性系数的综合因素与受弯构件相同，但偏心受压构件存在轴向压力，会使截面受压区的高度增大，截面曲率延性系数降低很大。
试验研究表明，轴压比是影响偏心受压构件截面曲率延性系数的主要因素之一。在相同混凝土极限压应变值的情况下，轴压比越大，截面受压区高度越大，截面曲率延性系数越小。为了防止出现小偏心受压破坏形态，保证偏心受压构件截面具有一定的延性，应限制轴压比，《规范》规定，考虑地震作用组合的框架柱，根据不同的抗震等级，轴压比限值为0.7～0.9。
偏心受压构件配箍率的大小，对截面曲率延性系数的影响较大。图7为一组配箍率不同的混凝土棱柱体应力-应变曲线。在图中，配箍率以含箍特征值表示，可见对于的提高作用不是十分明显，但对破坏阶段的应变影响较大。当较高时，下降段平缓，混凝土极限压应变值增大，使截面曲率延性系数提高。

图7 配箍率对棱柱体试件曲线的影响

试验还表明，如采用密置的封闭箍筋或在矩形、方行箍内附加其它形式的箍筋（如螺旋形、井字形等）构成复合箍筋，都能有效地提高受压区混凝土的极限压应变值，增大截面曲率延性系数。
在实际工程中，常采用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结构构件延性的要求。确定轴压比限值，规定加密箍筋的要求及区段等。
混凝土结构的耐久性
（一）耐久性的概念与主要影响因素
1．混凝土结构的耐久性
混凝土结构应满足安全性、适用性和耐久性的要求。混凝土结构的耐久性是指在设计使用年限内，结构和结构构件在正常维护条件下应能保持其使用功能，而不需要进行大修加固。设计使用年限按现行国家标准《建筑结构可靠度设计同一标准》GB50068确定，设计使用年限对临时性结构是5年；易于替换的结构构件为25年；普通房屋和构筑物为50年；纪念性建筑和特别重要的建筑结构为100年及以上。若建设单位提出更高要求，也可按建设单位的要求确定。
混凝土结构耐久性可以归结为混凝土材料和钢筋材料的耐久性。材料的耐久性是指它暴露在使用环境下，抵抗各种物理和化学作用的能力。混凝土表面暴露在大气中，特别是在恶劣的环境中时，长期到有害物质的侵蚀，以及外界温、湿度等不良气候环境往复循环的影响，使混凝土随使用时间的增长而质量劣化，钢筋发生锈蚀等，致使结构物承载能力降低。
混凝土结构的耐久性问题表现为，混凝土损伤（裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等）；钢筋的锈蚀、疲劳等；以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的削弱三方面。从短期效应看，影响结构的外观及使用功能，从长远看降低了结构的可靠度。因此，建筑物在承载能力设计同时，应根据其所处环境，重要性程度和设计使用年限的不同，进行必要耐久性设计，这是保证结构安全，延长使用年限的重要条件。
2．影响材料耐久性的因素
钢筋混凝土结构长期暴露在使用环境中，使材料的耐久性降低，其影响因素较多。内部因素主要有混凝土的强度、密实性、水泥用量、氯离子及碱含量、外加剂用量、混凝土保护层厚度；外部因素主要是环境条件，包括温度、CO2的含量、侵蚀性介质等。出现耐久性能下降的问题，往往是内、外部因素综合作用的结果。此外，设计不周、施工质量差或在使用中维修不当等也会影响混凝土的耐久性能。综合内外因素有以下几个具体方面。
（1）材料的质量
（2）混凝土的碳化
（3）钢筋的锈蚀
（4）碱—集料反应
（5）混凝土的抗渗性及抗冻性
（二）混凝土的碳化
混凝土的碳化是指大气中的CO2不断向混凝土孔隙中渗透，并与孔隙中碱性物质Ca(OH)2溶液发生中和反应，生成碳酸钙(CaCO3)使混凝土孔隙内碱度(pH值)降低的现象。二氧化硫（SO2）、硫化氢(H2S)也能与混凝土中的碱性物质发生类似的反应，使碱度下降。碳化对混凝土本身是无害的，使混凝土变得坚硬，但对钢筋是不利的。
混凝土孔隙中存在碱性溶液，钢筋在这种碱性介质条件下，生成一层厚度很薄的氧化膜Fe2O3·nH2O，氧化膜牢固吸附在钢筋表面，氧化膜是稳定的，它保护钢筋不锈蚀。然而由于混凝土的碳化，使钢筋表面的介质转变为呈弱酸性状态，氧化膜遭到破坏。钢筋表面在混凝土孔隙中的水和氧共同作用下发生化学反应，生成氧化物Fe(OH)3(铁锈),这种氧化物生成后体积增大（最大可达5倍），使其周围混凝土产生拉应力直到引起混凝土的开裂和破坏；同时会加剧混凝土的收缩，导致混凝土开裂。
影响混凝土碳化的因素很多，归结为外部环境因素和材料本身的性质。
（1）材料自身的影响
混凝土胶结料中所含的能与CO2反应的CaO总量越高，碳化速度越慢；混凝土强度等级愈高，内部结构愈密实，孔隙率愈低，孔径也愈小，碳化速度越慢。施工中水灰比愈大、混凝土孔隙率越大，孔隙中游离水增多，使碳化速度加快；混凝土振捣不密实，出现蜂窝、裂纹等缺陷，使碳化速度加快。
（２）外部环境的影响
当混凝土经常处于饱和水状态下，CO2气体在孔隙中没有通道，碳化不易进行，若混凝土处于干燥条件下，CO2虽能经毛细孔道进入混凝土，但缺少足够的液相进行碳化反应，一般在相对湿度70%～85%时最容易碳化。温度交替变化有利于CO2的扩散，可加速混凝土的碳化。
研究分析表明，混凝土的碳化深度（mm）与暴露在大气中结构表面碳化时间（年）的大致成正比。混凝土的保护层厚度越大，碳化至钢筋表面的时间越长，混凝土表面设有覆盖层，可以提高抗碳化的能力。
解决混凝土碳化的问题，实质就是解决混凝土的密实度的问题，具体措施有
（1）设计合理的混凝土配合比，限制水泥的最低用量，合理采用掺合料；
（2）保证混凝土保护层的最小厚度；
（3）施工时保证混凝土的施工质量，以提高混凝土的密实性；
（4）使用覆盖面层（水泥砂浆或涂料等）。
（三）钢筋的锈蚀
在自然状态下的钢筋的表面从空气中吸收溶有CO2、O2、或SO2的水分，形成一种电解质的水膜时，会在钢筋的表面层的晶体界面或组成钢筋的成分之间构成无数微电池。阴极与阳极反应，形成电化学腐蚀，生成的Fe(OH)2在空气中进一步氧化成Fe(OH)3（铁锈）。铁锈是疏松、多孔、非共格结构，极易透气和渗水。
混凝土中钢筋的锈蚀是一个相当长的过程。混凝土对钢筋具有保护作用，同时钢筋表面有层稳定的氧化膜，若氧化膜不遭到破坏，则钢筋不会锈蚀。
钢筋混凝土结构构件在正常使用的过程，一般都是带裂缝工作的，在个别裂缝处，氧化膜遭到破坏后，在此处的钢筋就会锈蚀；进而向着钢筋的环向、纵向发展这个情况将不断进行下去，严重时，导致沿钢筋长度的混凝土出现纵向裂缝。根据钢筋的锈蚀机理，一旦锈蚀开始，与横向裂缝及裂缝的宽度没有多大关系。
当混凝土不密实或保护层过薄时，容易使钢筋在顺筋方向发生锈蚀引起体积膨胀而导致产生顺筋纵向裂缝，并使锈蚀进一步恶性发展，甚至造成混凝土保护层的剥落，截面承载力下降，结构构件失效。
由于混凝土的碳化，破坏了钢筋表面的氧化膜，致使钢筋锈蚀。
当钢筋表面的混凝土孔隙溶液中氯离子浓度超过某一定值时，也能破坏钢筋表面氧化膜，使钢筋锈蚀。混凝土中氯离子的来源于混凝土所用的拌和水和外加剂中，此外不良环境中氯离子逐渐扩散和渗透进入了混凝土的内部。
防止钢筋锈蚀的主要措施有
（1）降低水灰比，增加水泥用量，加强混凝土的密实性。要有足够的混凝土保护层厚度。严格控制氯离子的含量
（2）使用覆盖层，防止CO2、O2和Cl的渗入。
（四）耐久性设计
由于影响混凝土结构耐久性的因素及规律研究尚欠深入，难以达到进行定量设计的程度。《规范》采用了宏观控制的方法，以概念设计为主。根据环境类别和设计使用年限对结构混凝土提出了相应的限制和要求，以保证结构的耐久性。基本上能保证在结构规定的设计使用年限内应有的使用性能和安全储备。对临时性混凝土结构，可不考虑混凝土的耐久性的要求。
《规范》对混凝土耐久性要求的具体规定
1．使用环境的分类
混凝土结构的耐久性应根据表9-1的环境类别和设计使用年限进行设计。
表9-1 混凝土结构的环境类别
环境类别
条件
一
室内正常环境
二
a
室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
b
严寒和寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
三
使用除冰盐的环境；严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境；滨海室外环境
四
海水环境
五
受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境
注：严寒和寒冷地区的划分应符合国家现行标准《民用建筑热工设计规程》JGJ24的规定
2．当处于一类，二类和三类环境中时，设计使用年限为50年的结构混凝土耐久性设计，应符合表9-2的规定
表9-2 不同环境类别下混凝土结构的限制
环境类别
最大水灰比
最小水泥用量（kg/m3）
最低混凝土强度等级
最大氯离子含量(%)
最大碱含量（kg/m3）
一
0.65
225
C20
1.0
不限制
二
a
0.60
250
C25
0.3
3.0
b
0.55
275
C30
0.2
3.0
三
0.50
300
C30
0.1
3.0
注：（1）氯离子含量按水泥重量的百分率计算；
（2）预应力混凝土构件中的氯离子含量不超过0.06%；
（3）当混凝土中加入活性掺合料或能提高耐久性的外加剂时，可适当减低水泥用量；
（4）当有可靠的工程经验时处于一类和二类环境中的混凝土强度等级可以降低一级；
（5）当使用非碱性活性骨料时，对混凝土中的碱含量可不作限制。
3．设计使用年限为100年的结构混凝土耐久性符合下列规定，
（1）当处于一类环境时
1）钢筋混凝土结构的最低混凝土强度等级为C30，预应力混凝土结构最低混凝土强度等级为C40。
2）混凝土中的最大氯离子含最为0.06%。
3）宜使用非碱活性集料；当使用碱活性集料后，混凝土中的最大碱含量为3.0kg/m3。
4）混凝土保护层厚度应按附表（1.16）的规定增加40%；当采取有效的表面防护措施时，混凝土保护层厚度可适当减少；
5）在使用过程中应定期维护。
（2）当处于二类，三类环境中，设计使用年限为100年的混凝土结构，应采取专门有效措施。
三、典型习题
计算题
1、已知某屋架下弦杆截面，纵向受拉钢筋416，，混凝土强度等级为C30，，混凝土保护层厚度c
=25mm，在荷载效应的标准组合下，此下弦杆的轴向拉力，最大裂缝宽度限值，试验算裂缝宽度是否满足要求。
【解】：因是轴心受拉构件，，，HRB335级钢筋为带肋钢筋，其相对粘结特征系数，故。

因为，故取进行计算。
最大裂缝宽度

满足要求。
2、有一短期加载的单筋矩形截面简支试验梁，跨度，在跨度的三分点处各施加一个相等的集中荷载，梁截面，纵向受拉钢筋216，，当加载至时，在纯弯区段的750mm长度内测得纵向受拉钢筋的总伸长为1.05mm，受压区边缘混凝土的总压缩变形为0.49mm，求该试验梁纯弯区段的短期截面弯曲刚度试验值。
【解】：
1、求截面弯矩试验值

2、求平均曲率试验值

3、求短期截面弯曲刚度试验值