1、9 钢筋混凝土构件的变形、裂缝和耐久性,1,9.1 变形和裂缝的计算要求9.2 变形验算9.3 裂缝宽度验算9.4 混凝土结构的耐久性,2,3,4,5,(1)控制挠度的4个理由,A.挠度过大会损坏使用功能,屋面积水,渗漏,影响精密仪器正常使用,影响吊车正常行走,9.1 变形和裂缝验算,6,(1)控制挠度的4个理由,B.挠度过大会破坏非结构构件,装修脱落,装修脱落,墙体开裂,墙体压碎,墙体开裂,7,(1)控制挠度的4个理由,C.挠度过大会引起用户不安,8,(1)控制挠度的4个理由,D.挠度过大会改变支承条件、产生稳定、裂缝和振动等问题,支承面积及作用位置发生改变,危及墙体稳定,墙体产生沿楼板的水
2、平裂缝,在可变荷载下发生颤动、动力效应及共振破坏,9,(2)限制裂缝宽度的2个理由,A.有损外观，引起不安,10,(2)限制裂缝宽度的2个理由,B.引起钢筋锈蚀，影响耐久性,11,截面抗弯刚度的概念,由材料力学知，匀质弹性材料梁的跨中挠度可以表示为,或,在材料力学中，当梁的截面形状、尺寸和材料已知时，梁的截面抗弯刚度EI是常数。,9.2 变形验算,在钢筋混凝土受弯构件中，由于混凝土的裂缝和塑性变形影响，其刚度是变化的。由EI=M/知，截面抗弯刚度就是使截面产生单位曲率需要施加的弯矩值。混凝土受弯构件的刚度等于弯矩M和曲率的比值。,12,在使用荷载作用下，处于带裂缝工作状态。由于钢筋混凝土是不匀
3、质的非弹性材料，从图9-8中可以看出，该阶段,M与间为非线性关系，即曲率比M增加的快。故刚度随M增大而降低。,而且沿构件的截面抗弯刚度也是不均匀分布的。,此时，构件截面短期刚度与用材料力学弹性体公式表达的抗弯刚度EI已大不相同。,13,荷载长期作用时，由于受压混凝土的徐变和收缩，使混凝土的压应变随时间的增长而增大；,裂缝间受拉区混凝土的应力松弛，受拉区混凝土与钢筋之间的粘结滑移徐变，裂缝向上延伸，导致受拉混凝土随时间不断退出工作，钢筋拉应变随时间增大，构件的挠度也就不断地增长，也就是说，截面的刚度将随荷载的长期作用而降低。,验算变形时，应按荷载效应的标准组合并考虑长期作用的影响计算。用长期刚度
4、B代替，可得钢筋混凝土简支梁跨中挠度验算公式,14,荷载效应的标准组合作用下受弯构件的截面抗弯刚度，简称为短期刚度，记作Bs。,短期刚度,混凝土结构设计中，用到截面抗弯刚度的有两种情况。,是指预应力混凝土受弯构件，它包括要求不出现裂缝的构件(可近似地把混凝土开裂前的M-曲线视为直线，,是指带裂缝工作的钢筋混凝土受弯构件。此处主要讲述钢筋混凝土受弯构件的截面抗弯刚度。,15,16,17,这种各截面刚度的不均匀分布给挠度计算带来了困难。,此中的关键是得出平均曲率的表达式,由于构件的挠度是反映沿构件跨长变形的综合效应，因此，可以通过平均刚度加以表征。,截面抗弯刚度是使截面产生单位曲率需要施加的弯矩值
5、，利用平均曲率有,18,几何关系,在平均裂缝间距内，各水平纤维的平均应变沿梁截面高度的变化符合平截面假定,OABCDE：,的表达式？,19,物理关系,工作在第阶段的受弯构件，钢筋采用钢筋的弹性模量，而混凝土采用其变形模量。,钢筋应变：,裂缝处,的表达式！,混凝土应变：,平均裂缝间距内,钢筋：,混凝土：,引入应变不均匀系数,20,平衡关系,对受压区合力点取矩，得,裂缝处,受拉钢筋的重心取矩，得,受压面积为bx0=0bh0，平均压应力ck,21,为了简化计算，令,22,短期刚度Bs的一般表达式,取,23,受弯构件刚度B,计算挠度时必须采用按荷载效应的标准组合并考虑荷载效应的长期作用影响的长期刚度B
6、。,对翼缘位于受拉区的倒T形截面，规范建议应增大20%。,24,表中l0为构件的计算跨度,计算悬臂构件的挠度限值时，其计算跨度l0按实际悬臂长度的2倍取用。,表中括号内数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件,对于简支梁，跨间为同号弯矩，可采用材料力学公式计算。对于连续梁或框架梁，其跨间弯矩变号，可按弹性结构力学方法计算,混凝土构件的变形限值,25,裂缝,裂缝,微观裂缝,宏观裂缝,变形引起的裂缝,荷载引起的裂缝,裂缝宽度验算主要指的是荷载引起的裂缝,26,裂缝宽度,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。,试验量测表明，沿裂缝深度，裂缝宽度是不相等的，由于受到钢筋的约束，近钢筋处回
7、缩变形小，构件表面处回缩大,27,裂缝特点,1在使用荷载作用下，对于工作在正常使用阶段的受弯构件来讲，处于受弯全过程的第阶段，此时:,裂缝基本“出齐”，即裂缝的分布处于稳定状态。,由于材料的不均匀性以及截面尺寸的偏差等因素的影响，裂缝的出现具有某种程度的偶然性，因而裂缝出现的间距和宽度是不均匀的。,平均裂缝间距和平均裂缝宽度是有规律性的，平均裂缝宽度与最大裂缝宽度之间也具有一定的规律性。,28,裂缝控制等级,结构构件正截面的裂缝控制分为三级。裂缝控制等级的划分应符合下列规定：,一级 严格要求不出现裂缝的构件，按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力；,二级 一般要求不出现裂缝
8、的构件，按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土抗拉强度标准值；而按荷载效应准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力；,三级 允许出现裂缝的构件，按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度不应超过表4-3规定的最大裂缝宽度限值。,29,对于预应力混凝土结构构件，处于一类环境时，可允许开裂，应进行最大裂缝宽度的验算；处于二、三类环境时，不允许出现裂缝，应分别以二级及一级裂缝控制等级验算；,钢筋混凝土构件的裂缝控制等级均为三级，即钢筋混凝土构件均需进行裂缝宽度验算予以保证。,30,平均裂缝间距,裂缝出现后，开裂截面混凝土向裂缝两侧回缩，在回缩的
9、那一段长度l中，混凝土与钢筋之间有相对滑移，产生粘结应力。通过粘结应力的作用，随着离裂缝截面距离的增大，钢筋拉应力逐渐减小；混凝土拉应力由零逐渐增大，距离裂缝l处，粘结应力消失图(9-2(c)，混凝土和钢筋又具有相同的拉伸应变，各自的应力又趋于均匀分布。,31,平均裂缝宽度,裂缝宽度为裂缝出现后钢筋与外围混凝土在裂缝间距之间的相对滑移总和。故wm等于平均裂缝间距内钢筋与相应水平处构件侧表面混凝土伸长的差值,设裂缝间纵向受拉钢筋的拉应变不均匀系数为，在荷载效应的标准组合下，钢筋并未达到屈服，采用其弹性模量。,32,令,分析表明，c与配筋率te、混凝土保护层厚度c等有关，但变化幅度不大。为简化计算
10、，对轴心受拉、受弯及偏心受力构件，可统一取c=0.85。,33,最大裂缝宽度的计算,综合参数c、s、l、的影响，引入构件受力特征系数cr=csl表示。,规范规定对矩形、T形、倒T形和I形截面的受拉、受弯和偏心受压构件，按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度可按下列公式计算,34,最大裂缝宽度验算,应满足：,对于直接承受吊车荷载但不需作疲劳验算的吊车梁,可将计算出的最大裂缝宽度乘以系数0.85。,对于由荷载以外诸因素引起的裂缝，都不包括在内。,对e0/h00.55的偏心受压构件，均能符合wlim的要求，规定不必验算。,对于斜裂缝宽度，当配置受剪承载力所需的腹筋后，使用阶段的裂缝宽度
11、一般小于0.2mm，故不必验算。,最大裂缝宽度均系指受拉钢筋截面重心水平处的构件侧表面裂缝宽度。,35,9.4混凝土结构的耐久性,混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理作用下，满足在规定的设计工作寿命内不出现无法接受的承载力减小、使用功能降低和不能接受的外观破损等的耐久性要求。耐久性是指结构在预定设计工作寿命期内，在正常维护条件下，不需要进行大修和加固满足，而满足正常使用和安全功能要求的能力。对于一般建筑结构，设计工作寿命为50年，重要的建筑物可取100年。近年来，随着建筑市场化的发展，业主也可以对建筑的寿命提出更高要求。对于其它土木工程结构，根据其功能要求，设计工作寿命也有差别，如桥梁工程一般要求在100年以上。,36,37,
