鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫及剛度概述4.9節(jié)

1、4.9 4.9 鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫概述鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫概述鋼筋混凝土構(gòu)件是鋼筋混凝土構(gòu)件是帶裂縫工作帶裂縫工作的。的。 4.9.1 4.9.1 裂縫成因裂縫成因1. 1. 水泥石與骨料之間的水泥石與骨料之間的微裂縫微裂縫；2. 2. 約束變形下的約束變形下的混凝土收縮混凝土收縮產(chǎn)生的裂縫；產(chǎn)生的裂縫；3. 3. 水化熱導(dǎo)致的水化熱導(dǎo)致的溫差變形裂縫溫差變形裂縫；4. 4. 荷載效應(yīng)引起的荷載效應(yīng)引起的受力裂縫受力裂縫；5. 5. 鋼筋銹蝕膨脹鋼筋銹蝕膨脹使混凝土產(chǎn)生裂縫；使混凝土產(chǎn)生裂縫；6. 6. 混凝土中混凝土中有害雜質(zhì)有害雜質(zhì)引起的裂縫。引起的裂縫。7. 7. 施工質(zhì)量差施工質(zhì)量差

2、產(chǎn)生的裂縫。產(chǎn)生的裂縫。 微裂縫微裂縫受壓時(shí)裂縫受壓時(shí)裂縫 （縱向）（縱向）受拉時(shí)裂縫受拉時(shí)裂縫 （橫向）（橫向）受彎構(gòu)件受拉區(qū)受彎構(gòu)件受拉區(qū)(a) 豎向荷載下的裂縫彎曲裂縫剪切裂縫剪切裂縫(b) 地震作用下的裂縫(c) 板在豎向荷載下的裂縫板底裂縫(d) 剪力墻在地震作用下的裂縫荷載效應(yīng)荷載效應(yīng)產(chǎn)生的裂縫舉例：產(chǎn)生的裂縫舉例：混凝土裂縫大體由混凝土裂縫大體由4 4種因素產(chǎn)生：種因素產(chǎn)生：材料材料受力受力環(huán)境環(huán)境施工施工4.9.2 4.9.2 裂縫的形態(tài)和性質(zhì)裂縫的形態(tài)和性質(zhì)1.1.裂縫成因的判斷：裂縫成因的判斷： 裂縫在構(gòu)件上的部位、數(shù)量、疏密程度；裂縫在構(gòu)件上的部位、數(shù)量、疏密程度； 裂縫

3、的走向和形狀。裂縫的走向和形狀。2.2.裂縫的嚴(yán)重性：裂縫的嚴(yán)重性： 裂縫的表面寬度、長(zhǎng)度及裂縫的深度。裂縫的表面寬度、長(zhǎng)度及裂縫的深度。3.3.裂縫的穩(wěn)定性：裂縫的穩(wěn)定性： 裂縫隨時(shí)間的發(fā)展。裂縫隨時(shí)間的發(fā)展。 （死縫、穩(wěn)定裂縫、準(zhǔn)穩(wěn)定裂縫、不穩(wěn)定裂縫）（死縫、穩(wěn)定裂縫、準(zhǔn)穩(wěn)定裂縫、不穩(wěn)定裂縫） 通過裂縫的特征確定裂縫的嚴(yán)重程度：通過裂縫的特征確定裂縫的嚴(yán)重程度：裂縫寬度裂縫寬度直接影響鋼筋混凝土構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的承載力。直接影響鋼筋混凝土構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的承載力。裂縫裂縫表面寬度表面寬度與與內(nèi)部寬度內(nèi)部寬度不同，前者約是后者不同，前者約是后者5-75-7倍。倍。關(guān)鍵部位表面裂縫寬度關(guān)鍵部位表面裂縫寬度

4、超過超過0.3mm0.3mm，須找出原因。，須找出原因。4.9.3 4.9.3 構(gòu)件受力裂縫產(chǎn)生的機(jī)理構(gòu)件受力裂縫產(chǎn)生的機(jī)理 以鋼筋混凝土以鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件為例。為例。 混凝土混凝土接近開裂前接近開裂前，截面上混凝土拉應(yīng)變，截面上混凝土拉應(yīng)變 與鋼筋拉與鋼筋拉應(yīng)變應(yīng)變 相等，即：相等，即：stctstctssccEE5 . 0cEccssEE22裂縫的出現(xiàn)與開展；裂縫的出現(xiàn)與開展；裂縫的間距；裂縫的間距；裂縫的寬度；裂縫的寬度；三方面三方面1.1.裂縫的出現(xiàn)、分布與開展裂縫的出現(xiàn)、分布與開展未開裂前未開裂前第第1 1批裂縫出現(xiàn)后批裂縫出現(xiàn)后第第2 2批裂縫出現(xiàn)后批裂縫出現(xiàn)后u

5、裂縫出現(xiàn)前裂縫出現(xiàn)前，混凝土和鋼筋的應(yīng)變沿構(gòu)件長(zhǎng)度基本均勻分布；，混凝土和鋼筋的應(yīng)變沿構(gòu)件長(zhǎng)度基本均勻分布；u當(dāng)混凝土的當(dāng)混凝土的拉應(yīng)力拉應(yīng)力達(dá)到達(dá)到抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度時(shí)，首先會(huì)在構(gòu)件時(shí)，首先會(huì)在構(gòu)件最薄弱截面最薄弱截面位位 置出現(xiàn)置出現(xiàn)第一條（批）第一條（批）裂縫；裂縫；u裂縫出現(xiàn)瞬間裂縫出現(xiàn)瞬間，裂縫截面的混凝土退出受拉工作，應(yīng)力為零，而，裂縫截面的混凝土退出受拉工作，應(yīng)力為零，而 鋼筋拉應(yīng)力產(chǎn)生突增鋼筋拉應(yīng)力產(chǎn)生突增s= ft /，配筋率越小，配筋率越小，s越大；越大；u由于鋼筋與混凝土之間存在由于鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)粘結(jié) ，隨著距裂縫截面距離的增加，隨著距裂縫截面距離的增加， 混凝土

6、中又重新建立起拉應(yīng)力，而鋼筋的拉應(yīng)力則隨距裂縫截面混凝土中又重新建立起拉應(yīng)力，而鋼筋的拉應(yīng)力則隨距裂縫截面 距離的增加而減小；距離的增加而減?。籾當(dāng)距裂縫截面有當(dāng)距裂縫截面有足夠的長(zhǎng)度足夠的長(zhǎng)度l 時(shí)時(shí)，混凝土，混凝土拉應(yīng)力拉應(yīng)力c又可增大到又可增大到ft， 此時(shí)將會(huì)出現(xiàn)此時(shí)將會(huì)出現(xiàn)新的一條（批）新的一條（批）裂縫；裂縫； u如果兩條裂縫的間距如果兩條裂縫的間距小于小于2 2l，由于粘結(jié)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度不夠，混，由于粘結(jié)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度不夠，混 凝土拉應(yīng)力不可能再達(dá)到凝土拉應(yīng)力不可能再達(dá)到ft，因此將不會(huì)出現(xiàn)新的裂縫；，因此將不會(huì)出現(xiàn)新的裂縫；u裂縫間距最終將穩(wěn)定在裂縫間距最終將穩(wěn)定在（l 2l）之間

7、，平均間距可取之間，平均間距可取1.51.5 l。 2.2.裂縫的間距裂縫的間距 根據(jù)以上原理，裂縫的間距可用平衡條件求得：根據(jù)以上原理，裂縫的間距可用平衡條件求得：已裂截面已裂截面即裂截面即裂截面ctAfluctssssAfAA21luAAssss21dfdAfuAfltctct41dKlm平均裂縫間距：平均裂縫間距：u上式表明，當(dāng)配筋率上式表明，當(dāng)配筋率相同時(shí)，鋼筋直徑越小，裂縫間距相同時(shí)，鋼筋直徑越小，裂縫間距 越小。越小。u但當(dāng)?shù)?dāng)d/ 趨于零時(shí)，裂縫間距趨于零，這不符合實(shí)際情況。趨于零時(shí)，裂縫間距趨于零，這不符合實(shí)際情況。u試驗(yàn)表明，裂縫間距還與混凝土保護(hù)層厚度試驗(yàn)表明，裂縫間距還與

8、混凝土保護(hù)層厚度c c有關(guān)有關(guān)。u根據(jù)試驗(yàn)分析，將上式修正為：根據(jù)試驗(yàn)分析，將上式修正為：dKcKlm12 上式也適用于上式也適用于受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件?？紤]到受彎構(gòu)件開裂時(shí)截面混?？紤]到受彎構(gòu)件開裂時(shí)截面混凝土并非全截面受拉，為便于表達(dá)，可統(tǒng)一把配筋率凝土并非全截面受拉，為便于表達(dá)，可統(tǒng)一把配筋率改改用以用以有效受拉混凝土截面面積有效受拉混凝土截面面積Ate計(jì)算的計(jì)算的配筋率配筋率te表示：表示：temdKcKl12有效受拉混凝土截面面積：有效受拉混凝土截面面積：fftehbbbhA)(5 . 0有效配筋率：有效配筋率：ffstehbbbhAA)(5 . 0u受力構(gòu)件裂縫間距的影響因素受力構(gòu)件裂

9、縫間距的影響因素: : (1) (1)鋼筋的粗細(xì)；鋼筋的粗細(xì)； (2) (2)鋼筋表面特征；鋼筋表面特征； (3) (3)混凝土受拉區(qū)面積的相對(duì)大小?；炷潦芾瓍^(qū)面積的相對(duì)大小。3.3.裂縫的寬度裂縫的寬度 裂縫寬度裂縫寬度等于混凝土在開裂截面的回縮量，即鋼筋與等于混凝土在開裂截面的回縮量，即鋼筋與混凝土在裂縫間距之間相對(duì)滑移的總和?；炷猎诹芽p間距之間相對(duì)滑移的總和。85. 0)1 (scssssE)1 ()(SCSmCSmmllw平均裂縫寬度平均裂縫寬度mSSmlEw85. 0實(shí)測(cè)表明，裂縫寬度有很大的離散性。取超越概率為實(shí)測(cè)表明，裂縫寬度有很大的離散性。取超越概率為5%5%的最大裂縫寬度

10、：的最大裂縫寬度：)645. 11 (maxmww- -裂縫寬度變異系數(shù)裂縫寬度變異系數(shù); ; 對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件，對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件，規(guī)范規(guī)范考慮內(nèi)力效應(yīng)的準(zhǔn)永考慮內(nèi)力效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合和長(zhǎng)期作用影響，規(guī)定最大裂縫寬度按下式計(jì)算：久組合和長(zhǎng)期作用影響，規(guī)定最大裂縫寬度按下式計(jì)算：鋼筋混凝土構(gòu)件：準(zhǔn)永久組合預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件：標(biāo)準(zhǔn)組合4.9.4 4.9.4 受力構(gòu)件控制裂縫寬度的意義受力構(gòu)件控制裂縫寬度的意義裂縫控制的目的：裂縫控制的目的：u鋼筋混凝土構(gòu)件，在使用狀態(tài)下受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫是正鋼筋混凝土構(gòu)件，在使用狀態(tài)下受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫是正?，F(xiàn)象。?，F(xiàn)象。u控制裂縫可以防止鋼筋銹蝕，保證結(jié)構(gòu)的耐久性；控制

11、裂縫可以防止鋼筋銹蝕，保證結(jié)構(gòu)的耐久性；u過大的裂縫寬度會(huì)影響結(jié)構(gòu)的觀瞻，引起使用者不安。過大的裂縫寬度會(huì)影響結(jié)構(gòu)的觀瞻，引起使用者不安。研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)人對(duì)寬度超過研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)人對(duì)寬度超過0.3mm0.3mm的裂縫明顯感的裂縫明顯感到有心理壓力。到有心理壓力。裂縫控制的等級(jí)和要求：裂縫控制的等級(jí)和要求： 根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能要求、環(huán)境條件對(duì)鋼筋的腐蝕影響、根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能要求、環(huán)境條件對(duì)鋼筋的腐蝕影響、鋼筋種類對(duì)腐蝕的敏感性、荷載作用的時(shí)間等因素考慮，鋼筋種類對(duì)腐蝕的敏感性、荷載作用的時(shí)間等因素考慮，將混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的將混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級(jí)劃分為三級(jí)。裂縫控制等級(jí)劃分為三級(jí)。 等

12、級(jí)反應(yīng)裂縫控制的嚴(yán)格程度。等級(jí)反應(yīng)裂縫控制的嚴(yán)格程度。(1)(1)一級(jí)一級(jí)嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 要求在荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)和預(yù)應(yīng)力共同作用下，構(gòu)件受要求在荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)和預(yù)應(yīng)力共同作用下，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力。拉邊緣混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力。(2)(2)二級(jí)二級(jí)一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 要求在荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)和預(yù)應(yīng)力共同作用下，構(gòu)件受要求在荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)和預(yù)應(yīng)力共同作用下，構(gòu)件受拉邊緣混凝土拉應(yīng)力不大于混凝土抗拉強(qiáng)度。拉邊緣混凝土拉應(yīng)力不大于混凝土抗拉強(qiáng)度。 (3)(3)三級(jí)三級(jí)允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 構(gòu)件的最大裂縫寬度符合下列要求構(gòu)件的最大裂縫寬度符合下列要求: : limmaxww 0pccktkpcckf 計(jì)算最大裂縫寬度時(shí)，計(jì)算最大裂縫寬度時(shí)，鋼筋混凝土構(gòu)件鋼筋混凝土構(gòu)件按荷載準(zhǔn)永久組合并考慮按荷載準(zhǔn)永久組合并考慮長(zhǎng)期作用的效應(yīng)計(jì)算長(zhǎng)期作用的效應(yīng)計(jì)算 ；預(yù)應(yīng)力混凝土