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1、混凝土结构基本原理混凝土结构基本原理Concrete Structure Basic Theory东北电力大学建筑工程学院东北电力大学建筑工程学院 秦力秦力第第8章章 挠度、裂缝宽度验算挠度、裂缝宽度验算 及延性和耐久性及延性和耐久性8.1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8.2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8.3混凝土构件的截面延性混凝土构件的截面延性8.4混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性学学 习习 目目 标标了解考虑构件变形、裂缝和耐久性的重了解考虑构件变形、裂缝和耐久性的重要性；要性；掌握钢筋混凝土构件变形和裂缝宽度的掌握钢筋混凝土构件变形
2、和裂缝宽度的验算方法；验算方法；掌握减小构件变形和裂缝宽度的方法；掌握减小构件变形和裂缝宽度的方法；掌握提高结构构件耐久性的方法。掌握提高结构构件耐久性的方法。第第8章章 挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性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
3、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结构构的的功功能能第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性 概述概述 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，由于其对生命财产的危的情况，由于其对生命财产的危害性比超过承载力极限状态要小，因此相应的可靠度水平可比承害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。载力极限状态低一些。正常使用极限状态的计算表达式为，正常使用极限状态的计算表达式为，Sk：作用效应标准值，如挠度变形和裂缝宽度，应根据作用效应标准值，如挠度变形和裂缝宽度，应根据荷载
4、标准荷载标准值值和和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 由于活荷载达到其标准值由于活荷载达到其标准值Qk的作用时间较短，故的作用时间较短，故Msk称为称为短短期弯矩期弯矩，其值约为弯矩设计值的，其值约为弯矩设计值的50%70%。由于在荷载的长期作用下，构件的变形和裂缝宽度随时间由于在荷载的长期作用下，构件的变形和裂缝宽度随时间增长，因此需要考虑长期荷载的影响，增长，因此需要考虑长期荷载的影响，长期弯矩长期弯矩可表示为，可表示为，Ml k=CGGk+y yqCQQky yq
5、为为活荷载准永久值系数活荷载准永久值系数（quasi-permanent load）概述概述第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算一、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
6、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 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 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、
7、天花板的开裂或损坏。8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性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。8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性二、钢筋混凝土梁抗弯刚度的特点二、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
8、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。8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性=（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：8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性 由于混凝土开裂、弹塑
9、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：8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及
10、延性和耐久性 8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 平截面假定平截面假定第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性三、刚度公式的建立三、刚度公式的建立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 8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性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 8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度
11、验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性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 8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性 8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性四、参数四、参数h h、z z 和和y y1、开裂截面的内力臂系数开裂截面的内力臂系数h h 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
12、度x x 变化很小，内力臂的变化也不大。变化很小，内力臂的变化也不大。对常用的混凝土强度和配筋情况，对常用的混凝土强度和配筋情况，h h 值在值在0.830.93之间波动。之间波动。规范为简化计算，取规范为简化计算，取h h=0.87。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z z 根据试验实测受压边缘混凝土的压应变，可以得到系数根据试验实测受压边缘混凝土的压应变，可以得到系数z z 的试的试验值。在短期弯矩验值。在短期弯矩Msk=（0.50.7）Mu范围，系数范围，系数z z 的变化很小，的变化很小，仅与配筋率有关。规范根据试验结果分析给出，仅与配筋率有关。
13、规范根据试验结果分析给出，受压翼缘加强系数受压翼缘加强系数 8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性 8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性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，为有效受拉混凝土截面面积，对受弯构件取对受弯构件取当当y y 1.0时，取时，取y y=1.0；对直接承受重复荷载
14、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。8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性 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。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，随着弯，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
15、增大，度减小，平均应变增大，y y 逐渐趋于逐渐趋于1.0，抗弯刚度逐渐降低。，抗弯刚度逐渐降低。8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性五、长期荷载作用下的抗弯刚度五、长期荷载作用下的抗弯刚度 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。根据长期试验观测结果，长期挠度与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
16、度的比值短期挠度的比值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 8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性六、受弯构件的挠度变形验算六、受弯构件的挠度变形验算 由于弯矩沿梁长是变化的，由于弯矩沿梁长是变化的，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。规范为简化起见，取同号弯规范为简化起见，取同号弯矩区段的矩区段的最大弯矩截面处的最小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。这样挠度的简化计算结
17、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。“最小刚度原则最小刚度原则”8.1受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性8.28.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算荷载引起的裂缝宽度荷载引起的裂
18、缝宽度一、裂缝的出现、分布与开展一、裂缝的出现、分布与开展 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性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，而钢筋拉应力产生突增为零，而钢筋拉应
19、力产生突增DsDss=ft/r r，配筋率越小，配筋率越小，DsDss就就越大。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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延
20、性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。
21、的计算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
22、距和宽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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性二、裂缝间距二、裂缝间距 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性二、裂缝间距二、裂缝间距 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性 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
23、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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算
24、及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性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 用以下受拉区有效配筋率用以下受拉区有效配筋率替换后，即可用于受弯构件替换后，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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性根据试验资料统计分析，并考虑
25、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，规范给出的平均裂缝间距，规范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改用改用换算直径换算直径4As/u，u为纵向钢筋的总周长。为纵向钢筋的总周长。8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度
26、验算及延性和耐久性三、裂缝宽度三、裂缝宽度平均裂缝宽度平均裂缝宽度 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性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，因此钢筋应力沿纵向的分布是不均匀的。此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
27、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 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性当当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。8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延
28、性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性近似取近似取h hc/h h=0.67，h/h0=1.1，8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性最大裂缝宽度最大裂缝宽度实测表明，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。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 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 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
29、求得: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。8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性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
30、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。8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性
31、章挠度、裂缝宽度验算及延性和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 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性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
32、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。的很小受拉变形即会产生裂缝。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。
33、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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性一、材料原因一、材料原因水泥异常凝结引起的裂缝
34、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 1、水泥方面、水泥方面 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性水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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8
35、章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性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度较低，内，内外温差很大，引起内外混凝土膨胀变形差异
36、。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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性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裂缝宽度验
37、算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性2 2、骨料方面骨料方面 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性二、施工原因
38、二、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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性二、施工原因二、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
39、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。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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性(e)模板变形(f)支撑下沉(g)支
40、撑下沉 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性三、荷载产生的裂缝三、荷载产生的裂缝 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性四、收缩裂缝四、收缩裂缝五、温度裂缝五、温度裂缝 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性六、不均匀沉降产生裂缝六、不均匀沉降产生裂缝 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算
41、第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性(a)混凝土开裂混凝土开裂七、钢筋锈蚀产生的裂缝 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性七、钢筋锈蚀产生的裂缝(b)水、水、CO2侵入侵入 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性七、钢筋锈蚀产生的裂缝(c)开始锈蚀开始锈蚀 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性七、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
42、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；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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和
43、耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性碳化引起的锈蚀碳化引起的锈蚀 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性氯离子引起的锈蚀氯离子引起的锈蚀 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和
44、耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性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裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性八、冻结溶解产生的裂缝 8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性8.4 混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性混混凝凝土土结结构构应应能能在在自自然然和和人人为为环环境境的的化化学学和和物物理理作作用用下下，满满足足在在规规定定的的设设计计工工作作寿寿命命内内不不出出现现无无法法接接受受的
45、的承承载载力力减减小小、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。耐耐久久性性是是指指结结构构在在预预定定设设计计工工作作寿寿命命期期内内，在在正正常常维维护护条条件件下下，不不需需要要进进行行大大修修和和加加固固，而而满满足足正正常常使使用用和和安安全全功功能能要求的能力。要求的能力。对对于于一一般般建建筑筑结结构构，设设计计工工作作寿寿命命为为50年年，重重要要的的建建筑筑物物可可取取100年年。近近年年来来，随随着着建建筑筑市市场场化化的的发发展展，业业主主也也可可以以对对建建筑筑的的寿寿命命提提出出更更高高要要求求。对对于于其其它它
46、土土木木工工程程结结构构，根根据据其其功功能能要要求求，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混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性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
47、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混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性我国我国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
48、进入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混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性碳化一、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
49、加济等外部因素：外部因素：环境温度环境温度 湿度湿度 CO2含量含量 侵蚀性介质等侵蚀性介质等 8.4混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性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生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。体积膨胀
50、，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引起结构破坏。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土中多余的水份中多余的水份。冬季施工时，应冬季施工时，应加强养护加强养护，防止早期受冻，并掺入防冻剂等。，防止早期受冻，并掺入防冻剂等。8.4混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性 第第8章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性章挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性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