鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫變形和耐久性課件

1、第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性第7章鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性Crack ,Deformation and Durability of RC Member概 述外觀感覺(jué)裂縫過(guò)寬：鋼筋銹蝕導(dǎo)致承載力降低， 影響使用壽命耐久性心理承受：不安全感，振動(dòng)噪聲對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響：門窗開關(guān)，隔墻開裂等振動(dòng)、變形過(guò)大對(duì)其它結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響影響正常使用：如吊車、精密儀器適用性承載能力極限狀態(tài)安全性結(jié)構(gòu)的功能. 對(duì)于超過(guò)正常使用極限狀態(tài)的情況，由于其對(duì)生命財(cái)產(chǎn)的危害性比超過(guò)承載力極限狀態(tài)要小，因此相應(yīng)的可靠度水平可比承載力極限狀態(tài)低一些。正常使用極限狀態(tài)的計(jì)算表達(dá)式為，正常使用極限狀態(tài)的幾種荷載：1、

2、荷載標(biāo)準(zhǔn)值2、荷載組合值 （用于整體影響或影響較大時(shí)的驗(yàn)算）3、荷載頻遇值 時(shí)間比值為10%(用于局部影響時(shí)的驗(yàn)算）4、荷載準(zhǔn)永久值 時(shí)間比值為50（用于長(zhǎng)期影響時(shí)的驗(yàn)算） 第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.Sk：作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，如撓度變形和裂縫寬度，應(yīng)根據(jù)荷載標(biāo)準(zhǔn)值和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值確定。 由于活荷載達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)值Qk的作用時(shí)間較短，故Msk稱為短期彎矩，其值約為彎矩設(shè)計(jì)值的50%70%。由于在荷載的長(zhǎng)期作用下，構(gòu)件的變形和裂縫寬度隨時(shí)間增長(zhǎng)，因此需要考慮長(zhǎng)期荷載的影響，第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.7.1 裂縫寬度驗(yàn)算荷載引起的裂縫寬度驗(yàn)算公式：裂縫類別：變形裂縫80，結(jié)構(gòu)裂縫

3、207.1.1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的分類與成因第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.7.1 裂縫寬度驗(yàn)算荷載引起的裂縫寬度1. 施工期間產(chǎn)生的裂縫（1）塑性混凝土裂縫（混凝土沉降裂縫、混凝土收縮裂縫）（2）溫度裂縫（3）約束收縮裂縫（4）施工質(zhì)量問(wèn)題引起的裂縫（5）早期凍融作用引起的裂縫各類裂縫的成因與特點(diǎn)第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.7.1 裂縫寬度驗(yàn)算荷載引起的裂縫寬度1. 使用期間產(chǎn)生的裂縫（1）鋼筋銹蝕引起的縱向裂縫（2）溫度變化和收縮作用引起的裂縫（3）地基不均勻沉降引起的裂縫（4）凍融循環(huán)作用、堿骨料反應(yīng)、鹽-酸類反應(yīng)引起的裂縫各類裂縫的成因與特點(diǎn)第7章 鋼筋混凝土的裂縫、

4、變形和耐久性. 非結(jié)構(gòu)裂縫原因分析 混凝土結(jié)構(gòu)中存在拉應(yīng)力是產(chǎn)生裂縫的必要條件。 除荷載作用外，結(jié)構(gòu)的不均勻沉降、收縮、溫度變化，以及在混凝土凝結(jié)、硬化階段等都會(huì)引起拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫。 結(jié)構(gòu)中主拉應(yīng)力達(dá)到混凝土（當(dāng)時(shí)）的抗拉強(qiáng)度時(shí)，并不立即產(chǎn)生裂縫，而是當(dāng)拉應(yīng)變達(dá)到極限拉應(yīng)變etu時(shí)才出現(xiàn)裂縫。 硬化后的混凝土極限拉應(yīng)變約為15010-6，即10m長(zhǎng)的構(gòu)件，產(chǎn)生1.5mm的很小受拉變形即會(huì)產(chǎn)生裂縫。由于混凝土材料的不均勻性，裂縫首先在強(qiáng)度最小的位置發(fā)生。裂縫發(fā)生前瞬間的應(yīng)變分布會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變集中。 不同齡期的混凝土，其裂縫斷面狀況有較大差別。齡期很短的混凝土，裂縫斷面較為光滑，兩裂縫不能完全閉

5、合。而充分硬化后的混凝土，裂縫斷面則呈不規(guī)則較為鋒銳狀態(tài)，兩斷面可以閉合。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.材料原因水泥異常凝結(jié)引起的裂縫受風(fēng)化的水泥，其品質(zhì)很不安定?；炷翝仓筮_(dá)到一定強(qiáng)度前，在凝結(jié)硬化階段會(huì)產(chǎn)生如圖所示的短小的不規(guī)則裂縫。隨著水泥品質(zhì)的改善，這種裂縫目前較少見到。1、水泥方面第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.水泥水化熱水泥用量在300kg/m3左右時(shí)，溫度上升為3040左右。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部因水化熱產(chǎn)生蓄熱的同時(shí)，構(gòu)件表面還產(chǎn)生放熱，使得構(gòu)件溫度經(jīng)上升后再下降。第7章 鋼筋混凝土

6、的裂縫、變形和耐久性.構(gòu)件的最小尺寸大于800mm時(shí)，通?？烧J(rèn)為是大體積混凝土。對(duì)于大體積混凝土，內(nèi)部溫度較大，構(gòu)件外周溫度較低，內(nèi)外溫差很大，引起內(nèi)外混凝土膨脹變形差異。內(nèi)部混凝土膨脹受到外部混凝土的變形約束，而使構(gòu)件表面產(chǎn)生裂縫。這種裂縫在構(gòu)件表面通常呈直交狀況。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.大型構(gòu)件與小尺寸構(gòu)件共同組成的結(jié)構(gòu)（如基礎(chǔ)梁與薄墻板、大尺寸梁與薄樓板等），以及梁柱框架結(jié)構(gòu)中均可能因溫差的影響產(chǎn)生裂縫。. 骨料方面.混凝土下沉和泌水混凝土澆筑后，在凝結(jié)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生下沉和泌水，下沉量約為澆筑高度的1%。當(dāng)下沉受到鋼筋或周圍混凝土的約束也會(huì)產(chǎn)生裂縫。.施工原因(a) 材料混

7、合不均勻(b) 長(zhǎng)時(shí)間攪拌(c) 快速澆筑(d) 先后澆筑時(shí)差過(guò)長(zhǎng)混合材料不均勻：由于攪拌不均勻，材料的膨脹性和收縮的差異，引起局部的一些裂縫。長(zhǎng)時(shí)間攪拌：混凝土運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間攪拌突然停止后很快硬化產(chǎn)生的異常凝結(jié)，引起網(wǎng)狀裂縫。.施工原因(a) 材料混合不均勻(b) 長(zhǎng)時(shí)間攪拌(c) 快速澆筑(d) 先后澆筑時(shí)差過(guò)長(zhǎng)澆筑速度過(guò)快：當(dāng)構(gòu)件高度較大，如一次快速澆筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，產(chǎn)生下沉，引起裂縫。交接縫：澆筑先后時(shí)差過(guò)長(zhǎng)，先澆筑的混凝土已硬化，導(dǎo)致交接縫混凝土不連續(xù)，這是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的起始位置，將成為結(jié)構(gòu)承載力和耐久性的缺陷。.(e) 模板變形(f) 支撐下沉(g) 支撐

8、下沉第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.三、荷載產(chǎn)生的裂縫第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.收縮裂縫溫度裂縫第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.不均勻沉降產(chǎn)生裂縫第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.(a) 混凝土開裂鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫(b) 水、CO2侵入第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫(c) 開始銹蝕第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫使鋼筋產(chǎn)生銹蝕的原因有：骨料中含氯化鹽；外部進(jìn)入氯化鹽；混凝土碳化；保護(hù)層不足；過(guò)大的裂縫寬度。

9、鋼筋銹蝕產(chǎn)生體積膨脹可達(dá)原體積的數(shù)倍，使鋼筋位置處的混凝土受到內(nèi)壓力而產(chǎn)生裂縫，并隨之剝落。這種裂縫沿鋼筋方向發(fā)展，且隨著銹蝕的發(fā)展混凝土剝離產(chǎn)生空隙，這可從敲擊產(chǎn)生的空洞聲得到判別。(d) 鋼筋體積膨脹第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.凍結(jié)溶解產(chǎn)生的裂縫第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.7.1.2 裂縫控制的目的和要求1. 裂縫控制的目的保證結(jié)構(gòu)的耐久性要求2. 規(guī)范對(duì)裂縫控制等級(jí)的劃分和要求裂縫控制分為三級(jí)一級(jí) 嚴(yán)格不允許出現(xiàn)裂縫二級(jí) 一般要求不出現(xiàn)裂縫三級(jí) 允許出現(xiàn)裂縫第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變

10、形和耐久性.裂縫的出現(xiàn)、分布與開展7.1.2 裂縫寬度的計(jì)算理論1. 粘結(jié)滑移理論第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.在裂縫出現(xiàn)前，混凝土和鋼筋的應(yīng)變沿構(gòu)件的長(zhǎng)度基本上是均勻分布的。當(dāng)混凝土的拉應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度時(shí)，首先會(huì)在構(gòu)件最薄弱截面位置出現(xiàn)第一條（批）裂縫。裂縫出現(xiàn)瞬間，裂縫截面位置的混凝土退出受拉工作，應(yīng)力為零，而鋼筋拉應(yīng)力應(yīng)力產(chǎn)生突增Dss= ft /r，配筋率越小，Dss就越大。由于鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)，隨著距裂縫截面距離的增加，混凝土中又重新建立起拉應(yīng)力sc，而鋼筋的拉應(yīng)力則隨距裂縫截面距離的增加而減小。當(dāng)距裂縫截面有足夠的長(zhǎng)度 l 時(shí)，混凝土拉應(yīng)力sc增大到ft，此時(shí)將出

11、現(xiàn)新的裂縫。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.如果兩條裂縫的間距小于2 l，則由于粘結(jié)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度不夠，混凝土拉應(yīng)力不可能達(dá)到ft，因此將不會(huì)出現(xiàn)新的裂縫，裂縫的間距最終將穩(wěn)定在（l 2 l）之間，平均間距可取1.5 l。從第一條（批）裂縫出現(xiàn)到裂縫全部出齊為裂縫出現(xiàn)階段，該階段的荷載增量并不大，主要取決于混凝土強(qiáng)度的離散程度。裂縫間距的計(jì)算公式即是以該階段的受力分析建立的。裂縫出齊后，隨著荷載的繼續(xù)增加，裂縫寬度不斷開展。裂縫的開展是由于混凝土的回縮，鋼筋不斷伸長(zhǎng)，導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生變形差，這是裂縫寬度計(jì)算的依據(jù)。由于混凝土材料的不均勻性，裂縫的出現(xiàn)、分布和開展具有很大的離散性，

12、因此裂縫間距和寬度也是不均勻的。但大量的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料分析表明，裂縫間距和寬度的平均值具有一定規(guī)律性，是鋼筋與混凝土之間粘結(jié)受力機(jī)理的反映。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.1）裂縫間距第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.1）裂縫間距第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性. 由于開裂時(shí)構(gòu)件斷面并非全截面受拉，為統(tǒng)一計(jì)算公式，將配筋率r 采用有效截面計(jì)算 上式表明，當(dāng)配筋率r 相同時(shí)，鋼筋直徑越細(xì)，裂縫間距越小，裂縫寬度也越小，也即裂縫的分布和開展會(huì)密而細(xì)，這是控制裂縫寬度的一個(gè)重要原則。 但上式中，當(dāng)d/r 趨于零時(shí)，裂縫間距趨于零，這并不符合實(shí)際情況。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和

13、耐久性.對(duì)于受彎構(gòu)件，可將受拉區(qū)近似作為一軸心受拉構(gòu)件，根據(jù)粘結(jié)力的有效影響范圍，取有效受拉面積Ate=0.5bh+(bf-b)hf，因此將式中配筋率r 的用以下受拉區(qū)有效配筋率替換后，即可用于受彎構(gòu)件采用rte 后，裂縫間距可統(tǒng)一表示為:第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.2）裂縫寬度平均裂縫寬度第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性. 試驗(yàn)表明，構(gòu)件開裂時(shí)，鋼筋表面處的變形遠(yuǎn)小于構(gòu)件表面的變形；2.無(wú)滑移理論當(dāng)d/r 很大時(shí)，裂縫間距趨近于某個(gè)常數(shù)。該數(shù)值與保護(hù)層c 和鋼筋凈間距有關(guān)，根據(jù)試驗(yàn)分析，對(duì)裂縫間距和裂縫寬度計(jì)算公式修正如下:第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.在裂縫平均

14、間距的基礎(chǔ)上，考慮混凝土質(zhì)量的隨機(jī)性系數(shù)，作為構(gòu)件的最大裂縫寬度，并滿足一定的耐久性要求7.1.4 裂縫寬度的驗(yàn)算1. 建筑工程規(guī)范max的計(jì)算方法1）平均裂縫寬度計(jì)算第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.根據(jù)試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)分析，并考慮受力特征的影響，對(duì)于常用的帶肋鋼筋，規(guī)范給出的平均裂縫間距l(xiāng)cr的計(jì)算公式為:l 系數(shù)，軸心受拉構(gòu)件取1.1，受彎、偏心受壓構(gòu)件取1.0，偏心受拉構(gòu)件取1.05;c最外層縱向受拉鋼筋外邊緣到受拉區(qū)底邊的距離(mm)， 當(dāng)20mmc65mm時(shí)；deq鋼筋直徑（mm），當(dāng)用不同直徑的鋼筋時(shí)，d改用換算直徑4As/u，u為縱向鋼筋的總周長(zhǎng)。（1）平均裂縫間距的計(jì)算第7

15、章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.（2）裂縫截面鋼筋應(yīng)力的計(jì)算 使用階段（階段）受拉鋼筋應(yīng)力可按下列公式計(jì)算： 軸心受拉構(gòu)件 受彎構(gòu)件第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性. 偏心受壓構(gòu)件 偏心受拉構(gòu)件第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.（3）鋼筋應(yīng)力不均勻系數(shù) 由于鋼筋與混凝土間存在粘結(jié)應(yīng)力，隨著距裂縫截面距離的增加，裂縫間混凝土逐漸參與受拉工作，鋼筋應(yīng)力逐漸減小，因此鋼筋應(yīng)力沿縱向的分布是不均勻的。裂縫截面處鋼筋應(yīng)力最大，裂縫中間鋼筋應(yīng)力最小，其差值反映了混凝土參與受拉工作的大小。鋼筋應(yīng)力不均勻系數(shù)y 是反映裂縫間混凝土參加受拉工作程度的影響系數(shù)第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性

16、.第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.近似取hc/h =0.67，h/h0=1.1，第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.當(dāng)y 1.0時(shí)，取y =1.0；對(duì)直接承受重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，取y =1.0。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.2）最大裂縫寬度實(shí)測(cè)表明，裂縫寬度具有很大的離散性。取實(shí)測(cè)裂縫寬度wt與上述計(jì)算的平均裂縫寬度wm的比值為t 。大量裂縫量測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明，t 的概率密度分布基本為正態(tài)。取超越概率為5%的最大裂縫寬度可由下式求得:式中d 為裂縫寬度變異系數(shù)，對(duì)受彎構(gòu)件，試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得d =0.4，故取裂縫擴(kuò)大系數(shù)t =1.66。對(duì)于軸心受拉和偏心受拉構(gòu)件，由試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)得最

17、大裂縫寬度的擴(kuò)大系數(shù)為t =1.9。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.長(zhǎng)期荷載的影響：由于混凝土的滑移徐變和拉應(yīng)力的松弛，會(huì)導(dǎo)致裂縫間混凝土不斷退出受拉工作，鋼筋平均應(yīng)變?cè)龃螅沽芽p隨時(shí)間推移逐漸增大?；炷恋氖湛s也使裂縫間混凝土的長(zhǎng)度縮短，也引起裂縫隨時(shí)間推移不斷增大。荷載的變動(dòng)，環(huán)境溫度的變化，都會(huì)使鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)受到削弱，也將導(dǎo)致裂縫寬度不斷增大。根據(jù)長(zhǎng)期觀測(cè)結(jié)果，長(zhǎng)期荷載下裂縫的擴(kuò)大系數(shù)為t l =1.5。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.軸心受拉構(gòu)件 acr =2.7受彎構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件 acr =2.1偏心受拉構(gòu)件 acr =2.4第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變

18、形和耐久性.7.2 變形控制7.2.1 變形控制的目的和要求 撓度變形限值。主要從以下幾個(gè)方面考慮：1、保證結(jié)構(gòu)的使用功能要求。結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生過(guò)大的變形將影響甚至喪失其使用功能，如支承精密儀器設(shè)備的梁板結(jié)構(gòu)撓度過(guò)大，將難以使儀器保持水平；屋面結(jié)構(gòu)撓度過(guò)大會(huì)造成積水而產(chǎn)生滲漏；吊車梁和橋梁的過(guò)大變形會(huì)妨礙吊車和車輛的正常運(yùn)行等。2、防止對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。如支承在磚墻上的梁端產(chǎn)生過(guò)大轉(zhuǎn)角，將使支承面積減小、支承反力偏心增大，并會(huì)引起墻體開裂。3、防止對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。結(jié)構(gòu)變形過(guò)大會(huì)使門窗等不能正常開關(guān)，也會(huì)導(dǎo)致隔墻、天花板的開裂或損壞。第7章 鋼筋混凝土的裂縫、變形和耐久性.4、保證使

19、用者的感覺(jué)在可接受的程度之內(nèi)。過(guò)大振動(dòng)、變形會(huì)引起使用者的不適或不安全感。.7.2.2 受彎構(gòu)件剛度的計(jì)算截面抗彎剛度EI 體現(xiàn)了截面抵抗彎曲變形的能力，同時(shí)也反映了截面彎矩與曲率之間的物理關(guān)系。對(duì)于彈性均質(zhì)材料截面，EI為常數(shù)，M-f 關(guān)系為直線。.=（兩端剛接）水平力-側(cè)移：d312hEIV= （集中荷載）荷載-撓度：48af3lEIP=彎矩-曲率：fEIM=應(yīng)力-應(yīng)變：esE剛度是反映力與變形之間的關(guān)系： = （均布荷載）荷載-撓度：384af 25lEIq8.3 受彎構(gòu)件撓度驗(yàn)算. 由于混凝土開裂、彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和鋼筋屈服等影響，鋼筋混凝土適筋梁的M-f 關(guān)系不再是直線，而是隨彎

20、矩增大，截面曲率呈曲線變化。短期彎矩Msk一般處于第階段，剛度計(jì)算需要研究構(gòu)件帶裂縫時(shí)的工作情況。該階段裂縫基本等間距分布，鋼筋和混凝土的應(yīng)變分布具有以下特征：2. 剛度計(jì)算公式的建立.（1）沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向鋼筋應(yīng)力不均勻；（2）沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向混凝土應(yīng)變不均勻；（3）鋼筋和混凝土平均應(yīng)變符合截面平面假定。.2. 剛度計(jì)算公式的建立材料力學(xué)中曲率與彎矩關(guān)系的推導(dǎo)幾何關(guān)系物理關(guān)系平衡關(guān)系.1、幾何關(guān)系：2、物理關(guān)系：3、平衡關(guān)系：根據(jù)裂縫截面的應(yīng)力分布.3、平衡關(guān)系：根據(jù)裂縫截面的應(yīng)力分布.（1）短期荷載作用下的抗彎剛度 混凝土開裂之后，梁的短期剛度可按下式計(jì)算:.（2）長(zhǎng)期荷載作用下的抗彎剛度 在

21、長(zhǎng)期荷載作用下，由于混凝土的徐變，會(huì)使梁的撓度隨時(shí)間增長(zhǎng)。此外，鋼筋與混凝土間粘結(jié)滑移徐變、混凝土收縮等也會(huì)導(dǎo)致梁的撓度增大。根據(jù)長(zhǎng)期試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，長(zhǎng)期撓度與短期撓度的比值q 可按下式計(jì)算:長(zhǎng)期抗彎剛度.3、剛度的簡(jiǎn)化計(jì)算 試驗(yàn)表明：混凝土未開裂之前，梁的短期剛度可近似按下式計(jì)算:靜定結(jié)構(gòu)混凝土開裂之后，梁的短期剛度可按下式計(jì)算:超靜定結(jié)構(gòu)其中I0為換算截面慣性矩.7.2.3 受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算 由于彎矩沿梁長(zhǎng)的變化的，抗彎剛度沿梁長(zhǎng)也是變化的。但按變剛度梁來(lái)計(jì)算撓度變形很麻煩。 規(guī)范為簡(jiǎn)化起見，取同號(hào)彎矩區(qū)段的最大彎矩截面處的最小剛度Bmin，按等剛度梁來(lái)計(jì)算。 這樣撓度的簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果比按變

22、剛度梁的理論值略偏大。 但靠近支座處的曲率誤差對(duì)梁的最大撓度影響很小，且撓度計(jì)算僅考慮彎曲變形的影響，實(shí)際上還存在一些剪切變形，因此按最小剛度Bmin計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的誤差很小。“最小剛度原則”.建筑工程受彎構(gòu)件撓度的計(jì)算根據(jù)荷載長(zhǎng)期效應(yīng)影響計(jì)算的長(zhǎng)期剛度，應(yīng)用材料力學(xué)中撓度計(jì)算方法求得的撓度小于規(guī)范允許撓度.7.3 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)能在自然和人為環(huán)境的化學(xué)和物理作用下，滿足在規(guī)定的設(shè)計(jì)工作壽命內(nèi)不出現(xiàn)無(wú)法接受的承載力減小、使用功能降低和不能接受的外觀破損等的耐久性要求。耐久性是指結(jié)構(gòu)在預(yù)定設(shè)計(jì)工作壽命期內(nèi)，在正常維護(hù)條件下，不需要進(jìn)行大修和加固滿足，而滿足正常使用和安全功能

23、要求的能力。對(duì)于一般建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)工作壽命為50年，重要的建筑物可取100年。7.3.1 概述1. 研究結(jié)構(gòu)耐久性的重要意義.世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家的工程建設(shè)大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段：大規(guī)模建設(shè)；新建與改建、維修并重；重點(diǎn)轉(zhuǎn)向既有建筑物的維修改造。目前經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家處于第三階段，結(jié)構(gòu)因耐久性不足而失效，或?yàn)楸ＷC繼續(xù)正常使用而付出巨大維修代價(jià)，這使得耐久性問(wèn)題變得十分重要。近年來(lái)，隨著建筑市場(chǎng)化的發(fā)展，業(yè)主也可以對(duì)建筑的壽命提出更高要求。對(duì)于其它土木工程結(jié)構(gòu)，根據(jù)其功能要求，設(shè)計(jì)工作壽命也有差別，如橋梁工程一般要求在100年以上。.我國(guó)50年代開始大規(guī)模建設(shè)的工程項(xiàng)目，由于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，材料標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)

24、標(biāo)準(zhǔn)都較低，除一些重要的工程項(xiàng)目目前需要繼續(xù)維持其使用外，其它大部分工程已達(dá)到其使用壽命。我國(guó)真正進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)是在改革開放以后，因此國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家在耐久性上所遇到的問(wèn)題應(yīng)引起我國(guó)工程技術(shù)人員的足夠重視，避免重蹈發(fā)達(dá)國(guó)家的覆轍，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成巨大浪費(fèi)。.碳化2. 影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素內(nèi)部因素： 混凝土強(qiáng)度 滲透性 保護(hù)層厚度 水泥品種 標(biāo)號(hào)和用量 外加濟(jì)等外部因素： 環(huán)境溫度 濕度 CO2含量 侵蝕性介質(zhì)等.1、混凝土的碳化1）碳化機(jī)理 混凝土中堿性物質(zhì)（Ca(OH)2）使混凝土內(nèi)的鋼筋表明形成氧化膜，它能有效地保護(hù)鋼筋，防止鋼筋銹蝕。 但由于大氣中的二氧化碳（CO2）與混凝土中的堿性

25、物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土的Ph值降低。其他物質(zhì)，如SO2、H2S，也能與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生類似的反應(yīng)，使混凝土的Ph值降低，這就是混凝土的碳化。 當(dāng)混凝土保護(hù)層被碳化到鋼筋表面時(shí)，將破壞鋼筋表面的氧化膜，引起鋼筋的銹蝕。此外，碳化還會(huì)加劇混凝土的收縮，可導(dǎo)致混凝土的開裂。 混凝土的碳化從構(gòu)件表面開始向內(nèi)發(fā)展，到保護(hù)層完全碳化，所需要的時(shí)間與碳化速度、混凝土保護(hù)層厚度、混凝土密實(shí)性以及覆蓋層情況等因素有關(guān)。7.3.2 材料的劣化. 環(huán)境因素 碳化速度主要取決于空氣中的CO2濃度和向混凝土中的擴(kuò)散速度?？諝庵械腃O2濃度大，混凝土內(nèi)外CO2濃度梯度也愈大，因而CO2向混凝土內(nèi)的滲透速度快，碳化反

26、應(yīng)也快。 空氣濕度和溫度對(duì)碳化反應(yīng)速度有較大影響。因?yàn)樘蓟磻?yīng)要產(chǎn)生水份向外擴(kuò)散，濕度越大，水份擴(kuò)散越慢。當(dāng)空氣相對(duì)濕度大于80%，碳化反應(yīng)的附加水份幾乎無(wú)法向外擴(kuò)散，使碳化反應(yīng)大大降低。 而在極干燥環(huán)境下，空氣中的CO2無(wú)法溶于混凝土中的孔隙水中，碳化反應(yīng)也無(wú)法進(jìn)行。 試驗(yàn)表明，當(dāng)混凝土周圍介質(zhì)的相對(duì)濕度為50%75%時(shí)，混凝土碳化速度最快。環(huán)境溫度越高，碳化的化學(xué)反應(yīng)速度越快，且CO2向混凝土內(nèi)的擴(kuò)散速度也越快。2）影響混凝土碳化的因素. 材料因素 水泥是混凝土中最活躍的成分，其品種和用量決定了單位體積中可碳化物質(zhì)的含量，因而對(duì)混凝土碳化有重要影響。 單位體積中水泥的用量越多，會(huì)提高混凝土

27、的強(qiáng)度，又會(huì)提高混凝土的抗碳化性能。 水灰比也是影響碳化的主要因素。在水泥用量不變的條件下，水灰比越大，混凝土內(nèi)部的孔隙率也越大，密實(shí)性就越差，CO2的滲入速度越快，因而碳化的速度也越快。 水灰比大會(huì)使混凝土孔隙中游離水增多，有利于碳化反應(yīng)。 混凝土中外加摻合料和骨料品種對(duì)碳化也有一定的影響。.施工養(yǎng)護(hù)條件混凝土攪拌、振搗和養(yǎng)護(hù)條件影響混凝土的密實(shí)性，因而對(duì)碳化有較大影響。此外，養(yǎng)護(hù)方法與齡期對(duì)水泥的水化程度有影響，進(jìn)而影響混凝土的碳化。所以保證混凝土施工質(zhì)量對(duì)提高混凝土的抗碳化性能十分重要。覆蓋層不同飾面材料的碳化深度比. 當(dāng)混凝土未碳化時(shí)，由于水泥的高堿性，鋼筋表面形成一層致密的氧化膜，阻

28、止了鋼筋銹蝕電化學(xué)過(guò)程。 當(dāng)混凝土被碳化，鋼筋表面的氧化膜被破壞，在有水份和氧氣的條件下，就會(huì)發(fā)生銹蝕的電化學(xué)反應(yīng)。 鋼筋銹蝕產(chǎn)生的鐵銹（氫氧化亞鐵Fe(OH)3），體積比鐵增加26倍，保護(hù)層被擠裂，使空氣中的水份更易進(jìn)入，促使銹蝕加快發(fā)展。 氧氣和水份是鋼筋銹蝕必要條件，混凝土的碳化僅是為鋼筋銹蝕提供了可能。 當(dāng)構(gòu)件使用環(huán)境很干燥（濕度40%），或完全處于水中，鋼筋的銹蝕極慢，幾乎不發(fā)生銹蝕。 而裂縫的發(fā)生為氧氣和水份的浸入創(chuàng)造了條件，同時(shí)也使混凝土的碳化形成立體發(fā)展。混凝土應(yīng)力狀態(tài)的影響混凝土受拉時(shí)碳化加快，混凝土受壓時(shí)碳化減緩。.2、鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最關(guān)鍵問(wèn)題

29、。. 但近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，銹蝕程度與荷載產(chǎn)生的橫向裂縫寬度無(wú)明顯關(guān)系，在一般大氣環(huán)境下，裂縫寬度即便達(dá)到0.3mm，也只是在裂縫處產(chǎn)生銹點(diǎn)。 這是由于鋼筋銹蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程，因此銹蝕主要取決于氧氣通過(guò)混凝土保護(hù)層向鋼筋表面的陰極的擴(kuò)散速度，而這種擴(kuò)散速度主要取決于混凝土的密實(shí)度。 裂縫的出現(xiàn)僅是使裂縫處鋼筋局部脫鈍，使銹蝕過(guò)程得以開始，但它對(duì)銹蝕速度不起控制作用。 因此，防止鋼筋銹蝕最重要的措施是在增加混凝土的密實(shí)性和混凝土的保護(hù)層厚度。.鋼筋銹蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)損傷過(guò)程如下，首先在裂縫寬度較大處發(fā)生個(gè)別點(diǎn)的“坑蝕”，繼而逐漸形成“環(huán)蝕”，同時(shí)向裂縫兩邊擴(kuò)展，形成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴(yán)

30、重銹蝕時(shí)，會(huì)導(dǎo)致沿鋼筋長(zhǎng)度出現(xiàn)縱向裂縫，甚至導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落，習(xí)稱“暴筋”，從而導(dǎo)致截面承載力下降，直至最終引起結(jié)構(gòu)破壞。.鋼筋銹蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)損傷過(guò)程如下，首先在裂縫寬度較大處發(fā)生個(gè)別點(diǎn)的“坑蝕”，繼而逐漸形成“環(huán)蝕”，同時(shí)向裂縫兩邊擴(kuò)展，形成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴(yán)重銹蝕時(shí)，會(huì)導(dǎo)致沿鋼筋長(zhǎng)度出現(xiàn)縱向裂縫，甚至導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落，習(xí)稱“暴筋”，從而導(dǎo)致截面承載力下降，直至最終引起結(jié)構(gòu)破壞。.鋼筋銹蝕的后果（1）鋼筋有效截面減?。?）混凝土保護(hù)層剝落（3）粘結(jié)性能退化（4）鋼筋脆性增加除增加混凝土的密實(shí)度和保護(hù)層厚度外，采用涂面層、鋼筋阻銹劑、涂層鋼筋等措施來(lái)防止鋼筋的銹蝕。.

31、混凝土水化結(jié)硬后，內(nèi)部有很多毛細(xì)孔。在澆筑混凝土?xí)r，為得到必要的和易性，往往會(huì)比水泥水化所需要的水多些。 多余的水份滯留在混凝土毛細(xì)孔中。低溫時(shí)水份因結(jié)冰產(chǎn)生體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞。 反復(fù)凍融多次，就會(huì)使混凝土的損傷累積達(dá)到一定程度而引起結(jié)構(gòu)破壞。 防止混凝土凍融破壞的主要措施是降低水灰比，減少混凝土中多余的水份。 冬季施工時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止早期受凍，并摻入防凍劑等。3、 混凝土的凍融破壞.4、混凝土的堿集料反應(yīng) 混凝土集料中的某些活性礦物與混凝土微孔中的堿性溶液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)稱為堿集料反應(yīng)。 堿集料反應(yīng)產(chǎn)生的堿-硅酸鹽凝膠，吸水后會(huì)產(chǎn)生膨脹，體積可增大34倍，從而混凝土的剝落、開裂

32、、強(qiáng)度降低，甚至導(dǎo)致破壞。 引起堿集料反應(yīng)有三個(gè)條件：混凝土的凝膠中有堿性物質(zhì)。這種堿性物質(zhì)主要來(lái)自于水泥，若水泥中的含堿量（Na2O，K2O）大于0.6%以上時(shí)，則會(huì)很快析出到水溶液中，遇到活性骨料則會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)；骨料中有活性骨料，如蛋白石、黑硅石、燧石、玻璃質(zhì)火山石、安山石等含SiO2的骨料；水分。堿骨料反應(yīng)的充分條件是有水分，在干燥環(huán)境下很難發(fā)生堿骨料反應(yīng)。.5、侵蝕性介質(zhì)的腐蝕硫酸鹽腐蝕：硫酸鹽溶液與水泥石中的氫氧化鈣及水化鋁酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成石膏和硫鋁酸鈣，產(chǎn)生體積膨脹，使混凝土破壞。硫酸鹽除在一些化工企業(yè)存在外，海水及一些土壤中也存在。當(dāng)硫酸鹽的濃度（以SO2的含量表示）達(dá)到2時(shí)

33、，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。酸腐蝕：混凝土是堿性材料，遇到酸性物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土產(chǎn)生裂縫、脫落，并導(dǎo)致破壞。酸不僅存在于化工企業(yè)，在地下水，特別是沼澤地區(qū)或泥炭地區(qū)廣泛存在碳酸及溶有CO2的水。此外有些油脂、腐植質(zhì)也呈酸性，對(duì)混凝土有腐蝕作用。海水腐蝕：在海港、近海結(jié)構(gòu)中的混凝土構(gòu)筑物，經(jīng)常收到海水的侵蝕。海水中的NaCl、MgCl2、MgSO4、K2SO4等成分，尤其是Cl-和硫酸鎂對(duì)混凝土有較強(qiáng)的腐蝕作用。在海岸飛濺區(qū)，受到干濕的物理作用，也有利于Cl-和SO4的滲入，極易造成鋼筋銹蝕。.7.3.3 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與結(jié)構(gòu)工作的環(huán)境有密切關(guān)系。同一結(jié)構(gòu)在強(qiáng)腐蝕環(huán)境

34、中要比一般大氣環(huán)境中的使用壽命短。對(duì)于不同環(huán)境，可以采取不同措施來(lái)保證結(jié)構(gòu)使用壽命。如在惡劣環(huán)境，一味增加混凝土保護(hù)層是不經(jīng)濟(jì)的，效果也不一定好。可在構(gòu)件表面采用防護(hù)涂層。8.4 耐久性設(shè)計(jì)1、結(jié)構(gòu)工作環(huán)境.2、結(jié)構(gòu)耐久性等級(jí).（1）耐久性極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性極限狀態(tài)，是指經(jīng)過(guò)一定使用年限后，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)某一部分達(dá)到或超過(guò)某種特定狀態(tài)，以致結(jié)構(gòu)不能滿足預(yù)定功能的要求。 但經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單修補(bǔ)、維修，費(fèi)用不大，可恢復(fù)使用要求的情況，可以認(rèn)為沒(méi)有達(dá)到耐久性極限狀態(tài)。 只有當(dāng)嚴(yán)重超出正常維修費(fèi)允許范圍時(shí)，結(jié)構(gòu)的使用壽命才終止。3、耐久性設(shè)計(jì)方法.（1） 對(duì)于不允許鋼筋銹蝕的構(gòu)件和環(huán)境，混凝土保護(hù)層完全碳化，即鋼筋脫鈍的時(shí)間T1。不允許鋼筋銹蝕的構(gòu)件和環(huán)境有：預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件；低溫環(huán)境；反復(fù)荷載作用；塑性鉸區(qū)；采用鋼絲作主要受力鋼筋的構(gòu)件；重要的、有紀(jì)念性的建筑物。（2） 鋼筋銹蝕后截面損失率達(dá)到某一值T2 ，如15%，可依耐久性等級(jí)而定。 該極限狀態(tài)可為一般混凝土結(jié)構(gòu)采用，因?yàn)殇摻顝拿撯g到喪失承載力還有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，鋼筋截面損失15%對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的影響還不是很嚴(yán)重。.（3） 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可靠指標(biāo)降低到某一允許值T3。隨著時(shí)間