钢筋混凝土构件裂缝宽度计算中荷载取值讨论.pdf

第 3 2卷 1 2期 2 0 1 0年 1 2月 人民黄河 YE L L OW R I VE R Vo 1 3 2， No 1 2 De c 2 0 l 0 【 水利水 电工程 】 钢筋混凝土构件裂缝宽度计算中荷载取值讨论 党玲博 ， 李文霞 ， 刘立新。 ( 1 黄 河科技 学院 ， 河南 郑州 4 5 0 0 6 3 ； 2 郑州华信学院， 河 南 郑州 4 5 1 1 5 0 3 郑州大学 ， 河 南 郑州 4 5 0 0 0 2 ) 摘要： 对于荷载引起的混凝土裂缝， 世界各国规范计算公式和方法各不相同， 计算公式中荷载取值也各不相同。在参 考国外裂缝宽度控制措施的基础上， 探讨了我国混凝土结构设计规范中钢筋混凝土构件裂缝宽度计算中荷载取值问题， 指出： 长期作用在结构上并对裂缝有长期影响的是考虑可变荷载准永久值组合的荷载长期效应组合； 对 H R B 5 0 0级钢筋 混凝土构件裂缝宽度进行计算 时， 建议采 用可 变荷载准永久值 组合 的荷载长期效应组合进行 计算。 关键词 ：混凝 土构件 ；裂缝宽度 ；荷载取值 中图分类号：T V 3 1 4 文献标识码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 0 1 2 0 7 9 通常把关于裂缝的预测、 预防和处理工作， 统称为“ 建筑物 的裂缝控制” 。对于建筑结构变形引起的裂缝问题， 有些国 家的设计规范规定得很灵活， 没有验算裂缝的明确规定， 设计 人员可以自由处理设计方法， 如1 3 本、 英国、 美国等； 有些国家 的设计规范明确规定了荷载裂缝的计算公式， 并有严格的允许 宽度限制， 但裂缝计算公式和方法各不相同， 计算公式 中荷载 取值也各不相同， 如前苏联 、 德国、 东欧一些国家和我国。对于 荷载 作 用 引起 的 裂 缝， 我 国 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 ( G B 5 0 0 1 0 -2 0 0 2 ) 中未给出HR B 5 0 0级钢筋混凝土构件裂缝宽 度的验算方法。为尽快实现与国际接轨， 我国在工程领域推广 这种 H R B 5 0 0级新型钢筋。笔者在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 计算中的荷载取值问题。 1 我国规范关于裂缝宽度计算不完全合理 我国 建筑结构荷载规范 指出： 组合值， 对可变荷载， 使组合后 的荷载效应在设 计基准 期 内的超越概 率能与该 荷载 单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值， 或使组合后的结构 具有统一规定的可靠指标的荷载值 ； 频遇值， 对可变荷载， 在设 计基准期内， 其超越的总时间为规定的较小比率或超越频率为 规定频率的荷载值； 准永久值， 对可变荷载， 在设汁基准期内， 其超越的总时间约为设计基准期一半的荷载值。 徐有邻等 指出： 荷载效应的标准组合为使用状态下可能 达到的较大值， 它是恒载标准值和活载标准值产生的效应之 和， 不考虑荷载分项系数， 准永久组合 即原规范中的长期效应 组合 ， 它只考虑恒载及活载中长期作用的那部分影响， 对相应 的活载标准值乘以准永久系数。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 4 中提出： 钢筋混凝土构件因裂缝过大、 变形过大等 而受到损害时， 为了保证可用性 ， 必须确定和保持承重结构可 】 8 8 用性的极限值。对可用性的验算 ， 过去多采用最大使用荷载 ( 自重g+最大有效荷载P+附加荷载) ， 在地面建筑中， 有时用 g+0 7 P 。 经验表明： 就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 ， 而这部分有效荷 载常常 远小于 0 7 P 。 由此可见， 可变荷载标准值在整个设计基准期内出现的概 率是比较小的， 对裂缝的影响是短期的； 即使偶尔出现， 构件产 生大于0 3 m m的裂缝也会 自然愈合； 我国现行规范对裂缝计 算取用荷载标准组合要求太严， 限制了5 0 0 MP a钢筋高强度的 充分发挥； 现行规范的裂缝宽度按考虑可变荷载标准值的短期 效应组合 计算不完全合理。 混凝土构件在正常使用过程中常常是带裂缝工作的， 据我 国 工程结构可靠度设计统一标准 可知， 混凝土构件的裂 缝宽度属于持久设计状况 ， 应进行正 常使用极限状态设 计。混 凝土构件的裂缝宽度随时间的延长会有所增大 ， 而且 当产生超 越正常使用极限状态的作用卸除后， 该作用产生的超越状态有 部分可恢复， 但不能完全恢复， 属于部分可逆正常使用极限状 态， 长期效应对裂缝宽度是重要的决定性因素， 进行正常使用 极限状态设计时， 可采用下列作用组合： 标准组合， 宜用于不 可逆正常使用极限状态设计； 频遇组合， 宜用于可逆正常使 用极限状态； 准永久值组合， 宜用于长期效应是决定性因素 的正常使用极限状态设计。笔者认为， 裂缝宽度验算时宜采用 准永久组合 。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 5 1 2 基金项目： 国家自 然科学基金资助项目( 5 0 5 7 8 1 4 8 ) 。 作者简介 ： 党玲博( 1 9 7 8 一 ) ， 女 ， 河 南唐 河人 ， 讲 师， 主要 研 究方向为土 木与结 构 工程 E ma il ! d l b th e 0 1 6 3 c o rn 人 民 黄 河2 0 1 0年第 1 2期 2 国外裂缝控制规范 2 1欧洲规 范 我国的裂缝宽度验算与欧洲规范裂缝宽度计算方法相 近 J 。欧洲规范” 混凝土结构设计( E N 1 9 9 21 1 ： 2 0 0 4) 规定： 对暴露等级 X 0 、 X C 1的钢筋混凝土 和无 粘结预应力构 件， 按荷载准永久组合计算的最大裂缝宽度不应超过 0 4 m m； 对暴露等级 X C 2 、 X C 3 、 X C 4、 X D 1 、 X D 2 、 X S 1 、 X S 2 、 X S 3的钢筋混 凝土和无粘结预应力构件， 按荷载准永久组合计算的最大裂缝 宽度不应超过0 3 m m； 对暴露等级 X 0、 X C 1的构件， 裂缝宽度 不影响其耐久性。这些限制只是为了满足外观要求 ， 当无外观 要求时可以放松限制。可见， 欧洲规范取荷载作用的准永久组 合对钢筋混凝土构件裂缝宽度进行计算。 2 2美 国规 范 关于荷载造成混凝土结构的裂缝， 美国早期的 A C I 3 1 8规 范同我国和欧洲规范一样 ， 也是直接对裂缝宽度进行计算的， 并与允许裂缝宽度进行 比较。由于混凝土开裂和裂缝宽度具 有随机性， 无法准确计算裂缝的实际宽度， 因此在美国 A C I 3 1 8 一 O 2规范 中， 不再直接计算钢筋混凝土构件的裂缝宽度， 而 是通过控制钢筋间距来控制裂缝。裂缝间距计算公式中用参 数 表示使用荷载下钢筋的计算应力 ， 在 A C I 3 1 8 0 2规范中， 取 为规定屈服强度的6 0 。在 A C I 3 1 80 5规范 中 近 似取 3 。 从 A C I 一 0 2 、 A C I 一 0 5规范关于使用荷载下钢筋计算应力 的取值可以看出， A C I 一 0 2 、 A C I 一0 5规范也考虑了长期荷载作 用对裂缝宽度的影响， 并在裂缝验算公式中以使用荷载下钢筋 应力取值来反映钢筋应力变化对裂缝宽度的影响。 以上分析说明， 长期作用在结构上并对裂缝有长期影响的 是考虑可变荷载准永久值组合的荷载长期效应组合。裂缝宽 度按考虑可变荷 载准 永久值 组合 的荷 载长 期效应 组合 进行 计 算 ， 考虑了恒载及活载中长期作用的那部分影响， 既满足了结 构或构件的可用性， 又有利于高强度钢筋经济效益的发挥。 3 S q 、 S 的比较 现参照荷载规范， 取宿舍 、 办公楼等常见结构可变荷载的 准永久值系数 。 ， 考虑永久荷 载与 可变荷 载的 比值 ， 得 到钢筋 混凝土构件荷载效应的准永久组合与标准组合比值 s s 的 变化范围， 作为裂缝宽度计算中荷载取值的基础。 考虑仅有一个可变荷载时， 在正常使用极限状态下， 钢筋 混凝土构件荷载效应的准永久组合为 S =S G k+ S Q k ( S G k为 永久荷载作用效应的标准值， 。 为可变荷载作用效应的标准 值) ， 荷载效应的标准组合为 S =S 。 +S 。 k ， 则 一 s 1+ ck 取 =0 4 和 ：0 5 分别计算比值s 5 随s Q k S G k 的 变化情况， 变化曲线见图 】 。 l 2 1 0 0 嚣 0 6 0 4 0 2 0 图 1 S q S k随 S Q k S G k 的变化情况 由图 l可 知：随 Q k 。 增 大，比值 s 5 k逐 渐 减 小； 当 |s Q k S c k= 0 15时 ， 随 s Q k |s G k 增 大 ， S s k 在 0 50 9 5 范 围内变化。 当S Q k S c k5 时， 比值 s s k 变化不大； 当s o k S G k= 0 5时， s 。 S =0 8 。 因此 ， 在裂缝宽度验算中可偏于安全地取 s 。 S =0 8 ， 采用按荷载效应准永久组合对高强度钢筋混凝 土受弯构件的裂缝宽度进行验算。 4 结语 ( 1 ) 可变荷载标准值在整个设计基准期内出现的概率比较 小 ， 对裂缝的影响是短期的； 而长期作用在结构上并对裂缝有 长期影响的是考虑可变荷载准永久值组合的荷载长期效应组 合 S 。 ( 2 ) 按照欧洲规范， 在计算裂缝宽度时取考虑可变荷载准 永久值组合的荷载长期效应组合 S 比较合理； 美国规范在裂 缝控制 时也考虑 了长期作用效应的影响 。 ( 3 ) 对 H R B S O 0级钢筋混凝土构件裂缝宽度进行计算时 ， 建议采用可变荷载准永久值组合的荷载长期效应组合 S 计 算， 可偏于安全地取 |s S =0 8对裂缝宽度进行验算。 参考文献： 1 王铁梦 工程结构裂缝控制 M 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 7 2 中华人民共和国建设部 G B 5 0 0 0 9 -2 0 0 1 建筑结构荷载规范 S 北京： 中 国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 2 3 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 4 中国土木工程学会 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 5 中国建筑科学研究院 G B S 0 1 5 3 -2 0 0 8工程结构可靠度设计统一标准 s 北京 ： 中国建筑 工业出版社 ， 2 0 0 9 6 贡金鑫 ， 魏 巍巍 ， 胡家顺 中美欧混凝土结构设计 M 北京 ： 中国建筑 _- I 2 k 出版社 ， 2 0 0 7 7 E u mp e a n C o m m i tt e e f o r S t a n d a r d iz a t i o n E N 1 9 9 21 1 ： 2 0 0 4 ， E u r o e o d e 2 ： D e s i g n o f c o n c r e te s tr u c t u r e s - P a r t l一1 ： Ge n e r a l r u l e s a n d r u le s for b u i l d i n g s S L o n d o n ： E u r o p e a n C o m m i tt e e fo r S t a n d a r d iz a t i o n ， 2 0 0 4 8 A C I C o m m i tt e e 3 1 8 A C I 3 1 8 0 2 B u i l d i n g C o d e R e q u i r e m e n t s fo r S t ru c t u r a l C o n c r e te ( A C I 3 1 8 0 2 ) a n d C o m m e n t a r y ( A C I 3 1 8 R一 0 2 ) S F a r m i n g t o n Hi ll s ，MI ： Ame r i c a n C o n c r e t e I n s t it u t e ，2 0 0 2 9 A C I C o m m i t t e e 3 1 8 A C 1 3 1 8 0 5 B u i l d i n g( ； o d e R e q u ir e m e n t s fo r S t r u c t u r a l C o n c r e t e ( A C I 3 1 8 0 5 ) a n d C o m m e n ta r y ( A C I 3 1 8 R一0 5 ) S D e tr o i t： A me r i c a n Co n c r e t e I ns t i t u t e， 2 0 05 【 责任编辑张华岩】 1 8 9