钢筋混凝土构件裂缝变形和耐久性.ppt

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1、第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性8.1 概 述第八章第八章钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性8.1 概 述外观感觉裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，影响使用寿命耐久性耐久性心理承受：不安全感，振动噪声对非结构构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等振动、变形过大对其它结构构件的影响影响正常使用：如吊车、精密仪器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结构的结构的功能功能第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性 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，由于其对生命财产的危害的情况，由于其对生命财产的危害性比超过承载力极限状态要小，因此相应的可

2、靠度水平可比承载性比超过承载力极限状态要小，因此相应的可靠度水平可比承载力极限状态低一些。力极限状态低一些。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正常使用极限状态的几种荷载：见正常使用极限状态的几种荷载：见P481、荷载标准值、荷载标准值2、荷载组合值、荷载组合值 （用于整体影响或影响较大时的验算）（用于整体影响或影响较大时的验算）3、荷载频遇值、荷载频遇值 时间比值为时间比值为10%(用于局部影响时的验算）用于局部影响时的验算）4、荷载准永久值、荷载准永久值 时间比值为时间比值为50（用于长期影响时的验算）（用于长期影响时的验算）8.1 概 述第八章 钢筋混凝土的裂缝、

3、变形和耐久性 荷载效应的频遇组合荷载效应的频遇组合荷载效应的标准组合荷载效应的标准组合 8.1 概 述荷载效应的准永久组合荷载效应的准永久组合 8.2 裂缝宽度验算荷载引起的裂缝宽度荷载引起的裂缝宽度验算公式：验算公式：裂缝类别：变形裂缝裂缝类别：变形裂缝80，荷载裂缝，荷载裂缝208.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性规范规范根据结构构件所处环境类别，钢筋种类对腐蚀的敏感根据结构构件所处环境类别，钢筋种类对腐蚀的敏感性，以及荷载作用时间，将裂缝控制分为三个等级：性，以及荷载作用时间，将裂缝控制分为三个等级：一级：一级：严格要求不出现裂缝的构件严格要求不出现裂缝的构件。按荷

4、载标准组合计算时，。按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力;二级：二级：一般要求不出现裂缝的构件一般要求不出现裂缝的构件。按荷载标准组合计算时，。按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应大于混凝土抗拉强度标准值；而按荷构件受拉边缘混凝土不应大于混凝土抗拉强度标准值；而按荷载准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜出现拉应力，载准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜出现拉应力，有可靠经验时可适当放松有可靠经验时可适当放松;三级：三级：允许出现裂缝的构件允许出现裂缝的构件。按荷载标准组合并考虑长期作用。按荷载标准组合并考虑长期作用影响计算时，构

5、件的最大裂缝宽度应满足表影响计算时，构件的最大裂缝宽度应满足表11-6规定的限值。规定的限值。一、裂缝的出现、分布与开展一、裂缝的出现、分布与开展8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性在裂缝出现前在裂缝出现前，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀分布的。均匀分布的。当混凝土的拉应力达到抗拉强度时当混凝土的拉应力达到抗拉强度时，首先会在构件最薄弱截，首先会在构件最薄弱截面位置出现第一条（批）裂缝。面位置出现第一条（批）裂缝。裂缝出现瞬间裂缝出现瞬间，裂缝截面位置的混凝土退出受拉工作，应力，裂缝截面位置的混凝土退出受拉工作，应力为零

6、，而钢筋拉应力应力产生突增为零，而钢筋拉应力应力产生突增DsDss=ft/r r，配筋率越小，配筋率越小，DsDss就越大。就越大。由于钢筋与混凝土之间存在粘结由于钢筋与混凝土之间存在粘结，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加，混凝土中又重新建立起拉应力s sc，而钢筋的拉应力则随距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。当距裂缝截面有足够的长度当距裂缝截面有足够的长度 l 时，混凝土拉应力时，混凝土拉应力s sc增大到增大到ft，此时将出现新的裂缝。此时将出现新的裂缝。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形

7、和耐久性如果两条裂缝的间距小于如果两条裂缝的间距小于2 l，则由于粘结应力传递长度不够，则由于粘结应力传递长度不够，混凝土拉应力不可能达到混凝土拉应力不可能达到ft，因此将不会出现新的裂缝，裂缝的因此将不会出现新的裂缝，裂缝的间距最终将稳定在（间距最终将稳定在（l 2 l）之间，之间，平均间距可取平均间距可取1.5 l。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，该，该阶段的荷载增量并不大，主要取决于混凝土强度的离散程度。阶段的荷载增量并不大，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即是以该阶段的受力分析建立的。的计算

8、公式即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。裂缝，随着荷载的继续增加，裂缝宽度不断开展。裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋不断伸长，导致钢筋与混凝的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，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。由于混凝土材料的不均匀性由于混凝土材料的不均匀性，裂缝的出现、分布和开展具有很，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。但大量的试大的离散性，因此裂缝间距和宽度也是不均匀的。但大量的试验统计资料分析表明，验统计资料分析表明，裂缝间距和宽

9、度的平均值裂缝间距和宽度的平均值具有一定规律具有一定规律性，是钢筋与混凝土之间粘结受力机理的反映。性，是钢筋与混凝土之间粘结受力机理的反映。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性二、裂缝间距二、裂缝间距8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性二、裂缝间距二、裂缝间距8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性 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，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，裂缝宽度也越小，也即裂缝的分布和开展会密而细，这是控制这是控制裂缝宽度的一

10、个重要原则裂缝宽度的一个重要原则。但上式中，当但上式中，当d/r r 趋于零时，裂缝间距趋于零，这并不符合实际趋于零时，裂缝间距趋于零，这并不符合实际情况。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。该数值与该数值与保护层保护层c 和钢筋净间距有关和钢筋净间距有关，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:8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和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轴，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范围，心受拉构件，根据粘结力的有效影响范围，取取有

11、效受拉面积有效受拉面积Ate=0.5bh+(bf-b)hf，因此因此将式中配筋率将式中配筋率r r 的用以下受拉区有效配筋的用以下受拉区有效配筋率替换后，即可用于受弯构件率替换后，即可用于受弯构件采用采用r rte 后，裂缝间距可统一表示为后，裂缝间距可统一表示为:8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性根据试验资料统计分析，并考虑受力特征的影响，对于常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:系数，轴心受拉构件取系数，轴心受拉构件取1.1，受弯、偏心受压构件取，受弯、

12、偏心受压构件取1.0，偏，偏心受拉构件取心受拉构件取1.05;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20mmc65mm时；时；deq钢筋等效直径（钢筋等效直径（mm），），v-粘结特征系数，变形钢筋粘结特征系数，变形钢筋1.0，光面钢筋，光面钢筋0.78.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性三、裂缝宽度三、裂缝宽度平均裂缝宽度平均裂缝宽度8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性钢筋应力的计算钢筋应力的计算 使用阶段（使用阶段（阶段）受拉钢筋应力可按下列公式计算：阶段）受拉钢筋应力可按下列公式计算：

13、轴心受拉构件轴心受拉构件 受弯构件受弯构件8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性 偏心受压构件偏心受压构件 偏心受拉构件偏心受拉构件8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和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

14、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。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性为避免过高估计混凝土协助钢筋抗拉的作用：为避免过高估计混凝土协助钢筋抗拉的作用：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。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性钢筋应力不均匀系数钢筋应力不均匀系数y y 是反映裂缝间混凝土参加受拉工是反映裂缝间混凝土参加受拉工作程度的影响系数作程度的影响系数最大裂缝宽度最大裂缝宽度实测表明，裂缝宽度具有

15、很大的离散性。裂缝间距是随机的，实测表明，裂缝宽度具有很大的离散性。裂缝间距是随机的，裂缝宽度也是随机的。对一定数量的构件的大量裂缝宽度的统裂缝宽度也是随机的。对一定数量的构件的大量裂缝宽度的统计，裂缝宽度计，裂缝宽度W这个随机变量也符合正态分布，这个随机变量也符合正态分布，wm是统计平均是统计平均值，如果也取值，如果也取95%保证，得下式保证，得下式: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 s=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

16、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 s=1.9。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和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

17、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。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性轴心受拉构件轴心受拉构件a acr=2.7受弯构件受弯构件a acr=2.1偏心受拉构件偏心受拉构件a acr=2.48.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性 产生裂缝的其他原因产生裂缝的其他原因 混凝土结构中存在拉应力是产生裂缝的必要条件。混凝土结构中存在拉应力是产生裂缝的必要条件。除

18、荷载作用外，结构的除荷载作用外，结构的不均匀沉降不均匀沉降、收缩收缩、温度变化温度变化，以及，以及在混凝土在混凝土凝结凝结、硬化阶段等都会引起拉应力，从而产生裂缝。、硬化阶段等都会引起拉应力，从而产生裂缝。结构中主拉应力达到混凝土（当时）的抗拉强度时，并不立结构中主拉应力达到混凝土（当时）的抗拉强度时，并不立即产生裂缝，而是当拉应变达到即产生裂缝，而是当拉应变达到极限拉应变极限拉应变e etu时才出现裂缝。时才出现裂缝。硬化后的混凝土极限拉应变硬化后的混凝土极限拉应变e etu约为约为15010-6，即，即10m长的构件，长的构件，产生产生1.5mm的很小受拉变形即会产生裂缝。的很小受拉变形即

19、会产生裂缝。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性 产生裂缝的其他原因产生裂缝的其他原因 由于混凝土材料的不均匀性，由于混凝土材料的不均匀性，裂缝首先在强度最小的位置发裂缝首先在强度最小的位置发生生。裂缝发生前瞬间的应变分布会产生应变集中。裂缝发生前瞬间的应变分布会产生应变集中。不同龄期的混凝土，其裂缝断面状况有较大差别。龄期很短不同龄期的混凝土，其裂缝断面状况有较大差别。龄期很短的混凝土，裂缝断面较为光滑，两裂缝不能完全闭合。而充的混凝土，裂缝断面较为光滑，两裂缝不能完全闭合。而充分硬化后的混凝土，裂缝断面则呈不规则较为锋锐状态，两分硬化后的混凝土，裂缝断面则呈不规则较为

20、锋锐状态，两断面可以闭合。断面可以闭合。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性一、材料原因一、材料原因水泥异常凝结引起的裂缝水泥异常凝结引起的裂缝受风化的水泥，其品质很受风化的水泥，其品质很不安定不安定。混凝土浇筑后达到一定强混凝土浇筑后达到一定强度前，在凝结硬化阶段会度前，在凝结硬化阶段会产生如图所示的短小的不产生如图所示的短小的不规则裂缝。规则裂缝。随着水泥品质的改善，这随着水泥品质的改善，这种裂缝目前较少见到。种裂缝目前较少见到。1、水泥方面、水泥方面8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性水

21、泥水化热水泥水化热水泥用量在水泥用量在300kg/m3左右时，温度上升为左右时，温度上升为3040左右。左右。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性在实际结构中，内部因水化热产生蓄热的同时，构件表面还在实际结构中，内部因水化热产生蓄热的同时，构件表面还产生放热，使得构件温度经上升后再下降。产生放热，使得构件温度经上升后再下降。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性构件的最小尺寸大于构件的最小尺寸大于800mm时，通常可认为是大体积混凝土。时，通常可认为是大体积混凝土。对于大体积混凝土，对于大体积混凝土，内部温度较大内部温度较大，构件外周温度较低构件外周温

22、度较低，内，内外温差很大，引起内外混凝土膨胀变形差异。内部混凝土膨外温差很大，引起内外混凝土膨胀变形差异。内部混凝土膨胀受到外部混凝土的变形约束，而使构件表面产生裂缝。这胀受到外部混凝土的变形约束，而使构件表面产生裂缝。这种裂缝在构件表面通常呈直交状况。种裂缝在构件表面通常呈直交状况。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性大型构件与小尺寸构件共同组成的结构（如基础梁与薄墙板、大型构件与小尺寸构件共同组成的结构（如基础梁与薄墙板、大尺寸梁与薄楼板等），以及梁柱框架结构中均可能因温差的大尺寸梁与薄楼板等），以及梁柱框架结构中均可能因温差的影响产生裂缝。影响产生裂缝。8.2 裂缝

23、宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性2、骨料方面骨料方面8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性混凝土下沉和泌水混凝土下沉和泌水混凝土浇筑后，在凝结过程中会产生下沉和泌水，下沉量约为混凝土浇筑后，在凝结过程中会产生下沉和泌水，下沉量约为浇筑高度的浇筑高度的1%。当下沉受到钢筋或周围混凝土的约束也会产。当下沉受到钢筋或周围混凝土的约束也会产生裂缝。生裂缝。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性3、施工原因、施工原因(a)材料混合不均匀(b)长时间搅拌(c)快速浇筑(d)先后浇筑时差过长混混合合材材料料不不均均匀匀：由由于于搅搅拌拌不不均均匀匀，材材

24、料料的的膨膨胀胀性性和和收收缩缩的差异，引起局部的一些裂缝的差异，引起局部的一些裂缝。长长时时间间搅搅拌拌：混混凝凝土土运运输输时时间间过过长长，长长时时间间搅搅拌拌突突然然停停止止后很快硬化产生的异常凝结，引起网状裂缝后很快硬化产生的异常凝结，引起网状裂缝。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性3、施工原因、施工原因(a)材料混合不均匀(b)长时间搅拌(c)快速浇筑(d)先后浇筑时差过长浇浇筑筑速速度度过过快快：当当构构件件高高度度较较大大，如如一一次次快快速速浇浇筑筑混混凝凝土土，因下部混凝土尚未充分硬化，产生下沉，引起裂缝因下部混凝土尚未充分硬化，产生下沉，引起裂缝。

25、交交接接缝缝：浇浇筑筑先先后后时时差差过过长长，先先浇浇筑筑的的混混凝凝土土已已硬硬化化，导导致致交交接接缝缝混混凝凝土土不不连连续续，这这是是结结构构产产生生裂裂缝缝的的起起始始位位置置，将将成成为结构承载力和耐久性的缺陷。为结构承载力和耐久性的缺陷。8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性(e)模板变形(f)支撑下沉(g)支撑下沉8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性三、荷载产生的裂缝三、荷载产生的裂缝8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性四、收缩裂缝四、收缩裂缝五、温度裂缝五、温度裂缝8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、

26、变形和耐久性六、不均匀沉降产生裂缝六、不均匀沉降产生裂缝8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性(a)混凝土开裂混凝土开裂七、钢筋锈蚀产生的裂缝8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性七、钢筋锈蚀产生的裂缝(b)水、水、CO2侵入侵入8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性七、钢筋锈蚀产生的裂缝(c)开始锈蚀开始锈蚀8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性七、钢筋锈蚀产生的裂缝使使钢钢筋筋产产生生锈锈蚀蚀的的原原因因有有：骨骨料料中中含含氯氯化化盐盐；外外部部进进入入氯氯化化盐盐；混混凝凝土土碳碳化化；保保护护层层不不足足

27、；过大的裂缝宽度过大的裂缝宽度。钢钢筋筋锈锈蚀蚀产产生生体体积积膨膨胀胀可可达达原原体体积积的的数数倍倍，使使钢钢筋筋位位置置处处的的混混凝凝土土受受到到内内压压力力而而产产生生裂裂缝缝，并随之剥落。并随之剥落。这这种种裂裂缝缝沿沿钢钢筋筋方方向向发发展展，且且随随着着锈锈蚀蚀的的发发展展混混凝凝土土剥剥离离产产生生空空隙隙，这这可可从从敲敲击击产产生生的的空空洞声得到判别。洞声得到判别。(d)钢筋体积膨胀钢筋体积膨胀8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性碳化

28、引起的锈蚀碳化引起的锈蚀8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性氯离子引起的锈蚀氯离子引起的锈蚀8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性钢筋阻锈剂形成保护膜钢筋阻锈剂形成保护膜在阳极，保护膜阻止铁离子的流失在阴极，保护膜形成对氧的屏障8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性八、冻结溶解产生的裂缝8.2 裂缝宽度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性8.3 受弯构件挠度验算一、变形限值一、变形限值 挠度变形限值。主要从以下几个方面考虑：挠度变形限值。主要从以下几个方面考虑：1、保证

29、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

30、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。8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性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。8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性二、计算变形的方法二、计算变形的

31、方法式中：式中：EI f大小大小-梁截面的抗弯刚度，梁截面的抗弯刚度，体现了截面抵抗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。系。8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性就用材料力学和结构力学中的挠度公式来计算就用材料力学和结构力学中的挠度公式来计算=（两端刚接）水平力-侧移：d312hEIV=（集中荷载）荷载-挠度：48af3lEIP=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：=（均布荷载）荷载-挠度：384af 25lEIq8.

32、3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性对钢筋混凝土材料：弹塑性材料对钢筋混凝土材料：弹塑性材料对弹性材料；钢对弹性材料；钢 bh8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性-短期刚短期刚度度-长期刚长期刚度度开裂是个随是个随M 而而 的变量的变量8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性 三三.开裂后开裂后,短期效应组合下梁的截面抗弯刚度短期效应组合下梁的截面抗弯刚度Bs(短期刚度）短期刚度）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8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混

33、凝土的裂缝、变形和耐久性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8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性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8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性由材料力学有由材料力学有：试验表明：混凝土未开裂之前，梁的短期刚度可近似按下式计算试验表明：混凝土未开裂之前，梁的短期刚度可近似按下式计算:短期抗弯刚度短期抗弯刚度混凝土开裂之后，梁的短期刚度可按下式计算混

34、凝土开裂之后，梁的短期刚度可按下式计算:8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性0.87此项通过此项通过试验确定试验确定四、考虑一部分荷载长期作用影响时的梁的截面抗弯刚度四、考虑一部分荷载长期作用影响时的梁的截面抗弯刚度Bl(长长期刚度）期刚度）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，会使梁的挠度随时间增长。此外，钢筋与混凝土间间增长。此外，钢筋与混凝土间粘结滑移徐变粘结滑移徐变、混凝土、混凝土收缩收缩等等也会导致梁的挠度增大。也会导致梁的挠度增大。8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性时间时间曲率增

35、大系数曲率增大系数(刚度降低系数刚度降低系数)(挠度增大系数挠度增大系数)8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性时间时间曲率增大系数曲率增大系数(刚度降低系数刚度降低系数)(挠度增大系数挠度增大系数)五、最小刚度原则五、最小刚度原则 由于弯矩沿梁长的变化的，由于弯矩沿梁长的变化的，抗弯抗弯刚度沿梁长也是变化的刚度沿梁长也是变化的。但按变。但按变刚度梁来计算挠度变形很麻烦。刚度梁来计算挠度变形很麻烦。规范规范为简化起见，取同号弯为简化起见，取同号弯矩区段的最大弯矩截面处的最小矩区段的最大弯矩截面处的最小刚度刚度Bmin，按等刚度梁来计算。按等刚度梁来计算。这样挠度的简化计

36、算结果比按变这样挠度的简化计算结果比按变刚度梁的理论值略偏大。刚度梁的理论值略偏大。但但靠近支座处的曲率误差对梁的靠近支座处的曲率误差对梁的最大挠度影响很小最大挠度影响很小，且挠度计算，且挠度计算仅考虑弯曲变形的影响，实际上仅考虑弯曲变形的影响，实际上还存在一些剪切变形，因此按最还存在一些剪切变形，因此按最小刚度小刚度Bmin计算的结果与实测结计算的结果与实测结果的误差很小。果的误差很小。“最小刚度刚度原则最小刚度刚度原则”8.3 受弯构件挠度验算第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性8.4 耐久性设计混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理作用下，满混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物

37、理作用下，满足在规定的足在规定的设计工作寿命设计工作寿命内不出现无法接受的承载力减小、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。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。功能要求的能力。对于一般建筑结构，设计工作寿命为对于一般建筑结构，设计工作寿命为50年年，重要的建筑物可，重要的建筑物可取取100年年。近年来，随着建筑市场化的发展，业

38、主也可以对建筑的寿命近年来，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，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设计工作寿命也有差别，如桥梁工程一般要求在100年以上。年以上。8.4 耐久性设计第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性世界上经济发达国家的工程建设大体上经历了三个阶段：世界上经济发达国家的工程建设大体上经历了三个阶段：大规模建设大规模建设；新建与改建、维修并重新建与改建、维修并重；重点转向既有建筑物的维修改造重点转向既有建筑物的维修改造。目前经济发达国家处于第三阶段目前经济发达

39、国家处于第三阶段，结构因耐久性不足而失，结构因耐久性不足而失效，或为保证继续正常使用而付出巨大维修代价，这使得效，或为保证继续正常使用而付出巨大维修代价，这使得耐久性问题变得十分重要。耐久性问题变得十分重要。8.4 耐久性设计第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性我国我国50年代开始大规模建设的工程项目，由于当时经济基础年代开始大规模建设的工程项目，由于当时经济基础薄弱，材料标准和设计标准都较低，除一些重要的工程项目薄弱，材料标准和设计标准都较低，除一些重要的工程项目目前需要继续维持其使用外，其它大部分工程已达到其使用目前需要继续维持其使用外，其它大部分工程已达到其使用寿命。寿命。我国真正进入

40、大规模建设是在改革开放以后，因此国外发达我国真正进入大规模建设是在改革开放以后，因此国外发达国家在耐久性上所遇到的问题应引起我国工程技术人员的足国家在耐久性上所遇到的问题应引起我国工程技术人员的足够重视，够重视，避免重蹈发达国家的覆辙避免重蹈发达国家的覆辙，对国家经济建设造成巨，对国家经济建设造成巨大浪费。大浪费。8.4 耐久性设计第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性碳化一、影响混凝土结构耐久性的因素内部因素：内部因素：混凝土强度混凝土强度 渗透性渗透性 保护层厚度保护层厚度 水泥品种水泥品种 标号和用量标号和用量 外加济等外加济等外部因素：外部因素：环境温度环境温度 湿度湿度 CO2含量含

41、量 侵蚀性介质等侵蚀性介质等8.4 耐久性设计第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性1、混凝土的冻融破坏、混凝土的冻融破坏 混混凝凝土土水水化化结结硬硬后后，内内部部有有很很多多毛毛细细孔孔。在在浇浇筑筑混混凝凝土土时时，为得到必要的和易性，往往会比水泥水化所需要的水多些。为得到必要的和易性，往往会比水泥水化所需要的水多些。多多余余的的水水份份滞滞留留在在混混凝凝土土毛毛细细孔孔中中。低低温温时时水水份份因因结结冰冰产产生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。反反复复冻冻融融多多次次，就就会会使使混混凝凝土土的的损损伤伤累累积积达达到到一一定定程程度度而而引起结

42、构破坏。引起结构破坏。防防止止混混凝凝土土冻冻融融破破坏坏的的主主要要措措施施是是降降低低水水灰灰比比，减减少少混混凝凝土中多余的水份土中多余的水份。冬冬季季施施工工时时，应应加加强强养养护护，防防止止早早期期受受冻冻，并并掺掺入入防防冻冻剂剂等。等。8.4 耐久性设计第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性2、混凝土的碱集料反应、混凝土的碱集料反应 混混凝凝土土集集料料中中的的某某些些活活性性矿矿物物与与混混凝凝土土微微孔孔中中的的碱碱性性溶溶液液产生化学反应称为碱集料反应。产生化学反应称为碱集料反应。碱碱集集料料反反应应产产生生的的碱碱-硅硅酸酸盐盐凝凝胶胶，吸吸水水后后会会产产生生膨膨胀胀

43、，体体积积可可增增大大34倍倍，从从而而混混凝凝土土的的剥剥落落、开开裂裂、强强度度降降低低，甚甚至导致破坏。至导致破坏。引起碱集料反应有三个条件引起碱集料反应有三个条件：混混凝凝土土的的凝凝胶胶中中有有碱碱性性物物质质。这这种种碱碱性性物物质质主主要要来来自自于于水水泥泥，若若水水泥泥中中的的含含碱碱量量（Na2O，K2O）大大于于0.6%以以上上时时，则会很快析出到水溶液中，遇到活性骨料则会产生反应；则会很快析出到水溶液中，遇到活性骨料则会产生反应；骨骨料料中中有有活活性性骨骨料料，如如蛋蛋白白石石、黑黑硅硅石石、燧燧石石、玻玻璃璃质质火火山石、安山石等含山石、安山石等含SiO2的骨料；的

44、骨料；水水分分。碱碱骨骨料料反反应应的的充充分分条条件件是是有有水水分分，在在干干燥燥环环境境下下很很难发生碱骨料反应。难发生碱骨料反应。8.4 耐久性设计第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性3、侵蚀性介质的腐蚀、侵蚀性介质的腐蚀硫酸盐腐蚀硫酸盐腐蚀：硫酸盐溶液与水泥石中的：硫酸盐溶液与水泥石中的氢氧化钙氢氧化钙及水化铝酸及水化铝酸钙发生化学反应，生成石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀，使钙发生化学反应，生成石膏和硫铝酸钙，产生体积膨胀，使混凝土破坏。硫酸盐除在一些化工企业存在外，海水及一些混凝土破坏。硫酸盐除在一些化工企业存在外，海水及一些土壤中也存在。土壤中也存在。当硫酸盐的浓度（以当硫酸盐的

45、浓度（以SO2的含量表示）达到的含量表示）达到2时，就会产生严重的腐蚀。时，就会产生严重的腐蚀。酸腐蚀酸腐蚀：混凝土是碱性材料，：混凝土是碱性材料，遇到酸性物质遇到酸性物质会产生化学反应，会产生化学反应，使混凝土产生裂缝、脱落，并导致破坏。酸不仅存在于化工使混凝土产生裂缝、脱落，并导致破坏。酸不仅存在于化工企业，在地下水，特别是沼泽地区或泥炭地区广泛存在碳酸企业，在地下水，特别是沼泽地区或泥炭地区广泛存在碳酸及溶有及溶有CO2的水。此外有些油脂、腐植质也呈酸性，对混凝土的水。此外有些油脂、腐植质也呈酸性，对混凝土有腐蚀作用。有腐蚀作用。海水腐蚀海水腐蚀：在海港、近海结构中的混凝土构筑物，经常收

46、到：在海港、近海结构中的混凝土构筑物，经常收到海水的侵蚀。海水中的海水的侵蚀。海水中的NaCl、MgCl2、MgSO4、K2SO4等成分，等成分，尤其是尤其是Cl-和和硫酸镁硫酸镁对混凝土有较强的腐蚀作用。在海岸飞溅对混凝土有较强的腐蚀作用。在海岸飞溅区，受到干湿的物理作用，也有利于区，受到干湿的物理作用，也有利于Cl-和和SO4的渗入，极易的渗入，极易造成钢筋锈蚀。造成钢筋锈蚀。8.4 耐久性设计第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性4、混凝土的碳化、混凝土的碳化 混凝土中碱性物质混凝土中碱性物质（Ca(OH)2）使混凝土内的钢筋表明形成使混凝土内的钢筋表明形成氧化膜，它能有效地保护钢筋，防

47、止钢筋锈蚀。氧化膜，它能有效地保护钢筋，防止钢筋锈蚀。但由于大气中的二氧化碳（但由于大气中的二氧化碳（CO2）与混凝土中的碱性物质发与混凝土中的碱性物质发生反应，生反应，使混凝土的使混凝土的Ph值降低值降低。其他物质，如。其他物质，如SO2、H2S，也能与混凝土中的碱性物质发生类似的反应，使混凝土的也能与混凝土中的碱性物质发生类似的反应，使混凝土的Ph值降低，这就是混凝土的碳化。值降低，这就是混凝土的碳化。当混凝土保护层被碳化到钢筋表面时当混凝土保护层被碳化到钢筋表面时，将破坏钢筋表面的，将破坏钢筋表面的氧化膜，引起钢筋的锈蚀。此外，碳化还会加剧混凝土的氧化膜，引起钢筋的锈蚀。此外，碳化还会加

48、剧混凝土的收缩，可导致混凝土的开裂。收缩，可导致混凝土的开裂。因此，因此，混凝土的碳化是混凝土结构耐久性的重要问题混凝土的碳化是混凝土结构耐久性的重要问题。混凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳混凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳化，所需要的时间与化，所需要的时间与碳化速度碳化速度、混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度、混凝混凝土密实性土密实性以及以及覆盖层情况覆盖层情况等因素有关。等因素有关。8.4 耐久性设计第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性1 环境因素环境因素 碳化速度主要取决于空气中的碳化速度主要取决于空气中的CO2浓度浓度和向混凝土中的和向混凝土中的扩散扩散

49、速度速度。空气中的。空气中的CO2浓度大，混凝土内外浓度大，混凝土内外CO2浓度梯度也愈浓度梯度也愈大，因而大，因而CO2向混凝土内的渗透速度快，碳化反应也快。向混凝土内的渗透速度快，碳化反应也快。空气湿度空气湿度和和温度温度对碳化反应速度有较大影响。因为碳化反对碳化反应速度有较大影响。因为碳化反应要产生水份向外扩散，应要产生水份向外扩散，湿度越大，水份扩散越慢湿度越大，水份扩散越慢。当空。当空气相对湿度大于气相对湿度大于80%，碳化反应的附加水份几乎无法向外，碳化反应的附加水份几乎无法向外扩散，使碳化反应大大降低。扩散，使碳化反应大大降低。而在极干燥环境下而在极干燥环境下，空气中的，空气中的

50、CO2无法溶于混凝土中的孔隙无法溶于混凝土中的孔隙水中，碳化反应也无法进行。水中，碳化反应也无法进行。试验表明，当混凝土周围介质的试验表明，当混凝土周围介质的相对湿度为相对湿度为50%75%时时，混凝土碳化速度最快混凝土碳化速度最快。环境温度越高，碳化的化学反应速。环境温度越高，碳化的化学反应速度越快，且度越快，且CO2向混凝土内的扩散速度也越快。向混凝土内的扩散速度也越快。8.4 耐久性设计第八章 钢筋混凝土的裂缝、变形和耐久性2 材料因素材料因素 水水泥泥是是混混凝凝土土中中最最活活跃跃的的成成分分，其其品品种种和和用用量量决决定定了了单单位位体体积中可碳化物质的含量，因而对混凝土碳化有重