混凝土结构变形、裂缝宽度及混凝土结构耐久性计算

第 九 章混 凝 土 结 构 变 形 、 裂 缝 宽 度及 混 凝 土 结 构 耐 久 性 计 算 本 章 重 点 ：l了 解 变 形 和 裂 缝 宽 度 验 算 的 必 要 性 ， 裂 缝 控 制 分级 。l熟 悉 使 用 阶 段 出 现 裂 缝 的 受 弯 构 件 的 变 形 特 点 ，受 弯 构 件 的 刚 度 ， 变 形 计 算 的 基 本 假 定 ； 熟 悉 变形 计 算 的 简 化 方 法 ， 变 形 控 制 条 件 。l掌 握 变 形 验 算 方 法 ：l熟 悉 裂 缝 出 现 和 开 展 过 程 ； 熟 悉 裂 缝 宽 度 计 算 公式 及 影 响 裂 缝 宽 度 的 主 要 因 素 ；l掌 握 裂 缝 宽 度 验 算 方 法 （ 受 拉 、 受 弯 、 偏 心 受 压 、偏 心 受 拉 ）l了 解 裂 缝 宽 度 限 值 。l掌 握 混 凝 土 结 构 的 延 性 和 耐 久 性 。 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算 9.1 概 述 概 述 外 观 感 觉 用 寿 命致 承 载 力 降 低 ， 影 响 使裂 缝 过 宽 ： 钢 筋 锈 蚀 导耐 久 性 振 动 噪 声心 理 承 受 ： 不 安 全 感 ， 门 窗 开 关 ， 隔 墙 开 裂 等对 非 结 构 构 件 的 影 响 ：振 动 、 变 形 过 大对 其 它 结 构 构 件 的 影 响 、 精 密 仪 器影 响 正 常 使 用 ： 如 吊 车适 用 性 承 载 能 力 极 限 状 态安 全 性结 构 的 功 能 9.2 受 弯 构 件 的 变 形 验 算 9.1.1 截 面 弯 曲 刚 度 的 概 念 及 定 义22 lSlEIMSf 截 面 抗 弯 刚 度 EI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 系 ， 对 于 弹 性 均 质 材 料 截面 ， EI为 常 数 ， M- 关 系 为 直 线 。9.1 钢 筋 混 凝 土 受 弯 构 件 的 挠 度 验 算材 料 力 学 中 ， 匀 质 弹 性 材 料 梁 的 跨 中 挠 度 为 式 中 S 与 荷 载 类 型 和 支 承 条 件 有 关 的 系 数 ； EI梁 截 面 的 抗 弯 刚 度 。 截 面 曲 率 对 混 凝 土 受 弯 构 件 ， 混 凝 土 受 弯 构 件 的 截 面 抗 弯刚 度 不 为 常 数 而 是 变 化 的 ， 其 主 要 特 点 如 下 ：当 接 近 裂 缝 出 现 时 ， 即 进 入 第 1阶 段 末 时 ， 曲 线 已 偏 离 直 线 ， 逐渐 弯 曲 ， 说 明 截 面 抗 弯 刚 度 有 所降 低 。出 现 裂 缝 后 ， 即 进 入 第 阶 段 后 ，曲 线 发 生 转 折 ， 截 面 抗 弯 刚 度 明显 降 低 。钢 筋 屈 服 后 进 人 第 阶 段 ， 此 阶 段 M增 加 很 少 ， 截 面 抗 弯 刚 度 急剧 降 低 。(1)随 荷 载 的 增 加 而 减 小 。 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算 9.2 受 弯 构 件 的 变 形 验 算图 9-1 适 筋 梁 M-关 系 曲 线 0 1 2 y u MMu0MyM2M 1Mcr A 阶段 阶段 阶段在 裂 缝 出 现 前 ， 曲 线 与 直 线 O A几 乎 重 合 ， 因 而 截 面 抗 弯 刚 度 仍可 视 为 常 数 ， 并 近 似 取 0.85EcI。 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算 (2)随 配 筋 率 的 降 低 而 减 小 (3)沿 构 件 跨 度 ， 截 面 抗 弯 刚 度 是 变 化 的 (4)随 加 载 时 间 的 增 长 而 减 小考 虑 到 荷 载 作 用 时 间 的 影 响 ， 有 短 期 刚 度 Bs 和 长 期 刚 度 B的 区 别 ， 且 两 者 都 随 弯 矩 的 增 大 而 减 小 ， 随 配 筋 率 的 降 低而 减 小 。 短 期 刚 度 Bs是 指 钢 筋 混 凝 土 受 弯 构 件 在 荷 载 短 期 效 应 组合 下 的 刚 度 值 。9.1.2 短 期 刚 度 Bs1.平 均 曲 率曲 率 平 均 曲 率？a) 沿 梁 长 ， 受 拉 钢 筋 的拉 应 变 和 受 压 区 边 缘混 凝 土 的 压 应 变 都 是不 均 匀 的b) 沿 梁 长 中 和 轴 高 度 呈 波浪 形 变 化c) 符 合 平 截 面 假 定 )29(1 0 hr cmsm sm s c cm平 均 中 和 轴 smF1/rcmr )39(0 cmsm kks hMMB sm s c cm平 均 中 和 轴 smF1/rcmr 4)-(9 ssksk E 2、 裂 缝 截 面 的 应 变 sk 和 ck ）59( cckck E 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算 0 000 )( hAM hbhM sskk fckk ）（ 79)( 200 bhMf kck )69(0 hAMs ksk 根 据 裂 缝 截 面 （ 截 面 为 工 形 截 面 ） 的 应 力分 布 cc h0 sAs C h0 x0=0h0 ckAs 0)( bh hbb fff 受 压 翼 缘 加 强 系 数 )89(0 ss kssksksm EhAME ckcmc 受 压 区 边 缘混 凝 土 压 应变 不 均 匀 系数 sksm 裂 缝 间 纵 向 受 拉 钢 筋重 心 处 的 拉 应 变 不 均匀 系 数不 均 匀 系 数 )99()( 200 aEbhME cf kccckcckccm 3.平 均 应 变 sm和 cm 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算 9.2 受 弯 构 件 的 变 形 验 算 受 压 区 边 缘 混 凝 土 平 均 应 变 综 合 系 数 zcf z )( 0 )99( 20 bEbhM ckcm z )99()( 200 aEbhME cf kccckcckccm )109(20 z Esss hAEB)39(0 cmsm kks hMMB )89(0 ss ksm EhAM )99(20 bEbhM ckcm z 4、 短 期 刚 度 Bs的 一 般 表 达 式 csss EbhEhAB 3020 11 z 分 子 分 母 同 乘 以 ， 并 取E=Es/Ec,即 得 ， 20hAE ss 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算9. 1.3 参 数 、 z 和 1、 裂 缝 截 面 处 内 力 臂 长 度 系 数 规 范 为 简 化 计 算 ， 取 =0.87。2.裂 缝 间 纵 向 受 拉 钢 筋 应 变 不 均 匀 系 数 sksm 钢 筋 的 应 变 分 布 在 弯矩 相 等 的 纯 弯 区 段 AA内 ， 钢 筋 应 变 是 不 均匀 的 。 裂 缝 截 面 处 最大 ， 离 开 裂 缝 截 面 就逐 渐 减 小 。平 均 应 变实 测 钢 筋 应 变 分 布 sk sm 随 着 荷 载 的 增 大 ， 平 均 应 变 的 增 量 比 裂 缝 截 面 钢 筋应 变 的 增 量 大 些 ， 致 两 者 的 差 距 逐 渐 减 小 。随 着 荷 载 的 增 大 ， 裂 缝 间 受 拉 混 凝 土 是 逐 渐 退 出 工作 的 。 裂 缝 出 现自 由 金 属裂 缝 截 面 sk平 均 应 变 sm sk2sm2sk2sk1 sk1sm1裂 缝 截 面 处 及 平 均 钢 筋 应 力 -应 变 关 系 裂 缝 出 现 后 受 拉 混 凝土 是 参 加 工 作 的 。 的 大 小 还 与 以 有 效 受 拉 混 凝 土 截 面 面 积 Ate计 算 的 纵 向 受 拉钢 筋 配 筋 率 te有 关 。 )129()(5.0 ffte hbbbhA )149( teste AA )139(65.01.1 tesktkf )69(0 hAMs ksk 当 1.0时 ， 取 =1.0；对 直 接 承 受 重 复 荷 载 作 用 的 构 件 ， 取 =1.0。 te 0.01时 ， 取 te= 0.01 )159(5.3162.0 fEE z 0)( bh hbb fff 受 压 翼 缘 加 强 系 数3.系 数 规 范 根 据 试 验 结 果 分 析 给 出 ， 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算4.短 期 刚 度 公 式 的 计 算 公 式)109(20 z Esss hAEB =0.87 )159(5.3162.0 fEE z )169(5.31 62.015.1 20 fEsss hAEB 在 长 期 荷 载 作 用 下 ， 由 于 混 凝 土 的 徐 变 ， 会 使 梁 的 挠 度 随 时 间增 长 。 此 外 、 钢 筋 与 混 凝 土 间 粘 结 滑 移 徐 变 、 混 凝 土 收 缩 等 也会 导 致 梁 的 挠 度 增 大 。1.荷 载 长 期 作 用 下 刚 度 降 低 的 原 因9.1.4 受 弯 构 件 刚 度 B2.刚 度 B（ 荷 载 长 期 作 用 下 ）挠 度 f刚 度用 荷 载 效 应 的 准 永 久 组 合 对 挠 度 增 大 的 影 响 系 数 来 考 虑荷 载 效 应 的 准 永 久 组 合 作 用 （ 即 长 期 作 用 ） 对 刚 度 的 影响所 以 ， 我 们 仅 需 对 在 准 永 久 组 合 M q下 产 生 的 那 部 分 挠 度乘 以 挠 度 增 大 的 影 响 系 数 。 )219(4.00.2 2)( lBMMSf s qk )199(2 lBMSf k )209()1( sqk k BMM MB 根 据 长 期 试 验 观 测 结 果 ， 可 按 下 式 计 算 ， )189(2 lBMS sq 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算9.1.5 最 小 刚 度 原 则 与 挠 度 计 算为 了 简 化 计 算 ， 规 范 在 挠度 计 算 时 采 用 了 “ 最 小 刚 度 原则 ” ， 即 ： 在 简 支 梁 全 跨 长 范围 内 ， 按 弯 矩 最 大 处 的 截 面 抗弯 刚 度 ， 即 按 最 小 的 截 面 抗 弯刚 度 ， 用 材 料 力 学 方 法 中 不 考虑 剪 切 变 形 影 响 的 公 式 来 计 算挠 度 。 当 构 件 上 存 在 正 负 弯 矩时 ， 分 别 取 同 号 弯 矩 区 段 内 的最 大 弯 矩 截 面 的 最 小 刚 度 计 算挠 度 。 （ 为 什 么 ？ 合 理吗 ？ ） 刚 度实 际 1/沿 梁 长 的 刚 度 和 曲 率 分 布Bmin M/Bmin 采 用 最 小 刚 度 原 则 的 合 理 性 理 论 上 讲 ， 按 Bmin计 算 会 使 挠 度 值 偏 大 ,但 实 际 情 况 并 不 是 这 样 。 因 为 在 剪 跨 区段 还 存 在 着 剪 切 变 形 ， 甚 至 出 现 斜 裂 缝 ，它 们 都 会 使 梁 的 挠 度 增 大 ， 而 这 是 在 计算 中 没 有 考 虑 到 的 ， 这 两 方 面 的 影 响 大致 可 以 相 互 抵 消 ， 亦 即 在 梁 的 挠 度 计 算中 除 了 弯 曲 变 形 的 影 响 外 ， 还 包 含 了 剪切 变 形 的 影 响 。 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算Bmin 代 替 匀 质 弹 性 材 料 梁 截 面 抗 弯 刚 度 EI， 梁 的 挠 度 计算 按 规 范 要 求 ， 挠 度 验 算 应 满 足 : ff lim (922) 式 中 ， f lim 允 许 挠 度 值 ， 按 附 录 五 附 表 5-1取 用 f根 据 最 小 刚 度 原 则 并 采 用 长 期 刚 度 B进行 计 算 的 挠 度 ， 当 跨 间 为 同 号 弯 矩 时 ， 由 式 (9-1)知 : )239(20 BlMSf k 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算 9.2 受 弯 构 件 的 变 形 验 算 9.1.6 对 受 弯 构 件 挠 度 验 算 的 讨 论1.影 响 短 期 刚 度 Bs的 因 素2.配 筋 率 对 承 载 力 和 挠 度 的 影 响3.跨 高 比4.混 凝 土 结 构 的 变 形 限 值 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算 9.2 受 弯 构 件 的 变 形 验 算 1、 影 响 短 期 刚 度 Bs的 因 素 (1)Mk增 大 ， 也 增 大 ； 从 式 (916)知 ， Bs就 相 应 地 减 小 。 (2) 增 大 ， Bs也 略 有 增 大 。 (3)截 面 形 状 对 Bs有 所 影 响 。 当 仅 受 拉 区 有 翼 缘 时 ， te较 小些 ， 则 也 小 些 ， 相 应 Bs增 大 些 ； 当 仅 有 受 压 翼 缘 时 ， f不 为零 ， 故 Bs增 大 。 (4)在 常 用 配 筋 率 (1 2) 的 情 况 下 ， 提 高 混 凝 土 强 度 等 级对 提 高 Bs的 作 用 不 大 。 (5)当 配 筋 率 和 材 料 给 定 时 ， 截 面 有 效 高 度 对 截 面 抗 弯 刚 度 的 提 高 作 用 最 显 著 。 )169(5.31 62.015.1 20 fEsss hAEB 2 配 筋 率 对 承 载 力 和 挠 度 的 影 响配 筋 率 加 大 对 提 高 截 面 抗 弯 刚 度 并 不 显 著 ，因 此 就 有 可 能 出 现 不 满 足 挠 度 验 算 的 要 求 。经 研 究 发 现 ： 增 大 配 筋 率 ， 弯 矩 几 乎 与 配 筋 率 成 线 性 关系 增 长 ； 但 是 刚 度 增 长 缓 慢 ， 最 终 导 致 挠 度 随 配 筋 率 增高 而 增 大 。当 配 筋 率 超 过 一 定 数 值 后 ， 满 足 了 正 截 面 承 载 力 要 求 ，就 不 满 足 挠 度 要 求 。 3 跨 高 比 由 式 （ 9-23） 可 见 ， l0越 大 ， f越 大 。 因 此 ，我 们 可 以 做 到 在 承 载 力 计 算 前 选 定 足 够 的 截面 高 度 或 较 小 的 跨 高 比 l0/h， 配 筋 率 又 限 制 在一 定 范 围 内 ， 如 果 满 足 了 承 载 力 要 求 ， 计 算挠 度 也 必 然 满 足 )239(20 BlMSf k 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算4.混 凝 土 结 构 构 件 变 形 限 值f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 。2、 防 止 对 结 构 构 件 产 生 不 良 影 响 。3、 防 止 对 非 结 构 构 件 产 生 不 良 影 响 。 4、 保 证 人 们 的 感 觉 在 可 接 受 程 度 内 。 矩 形 截 面 简 支 梁 的 挠 度 验 算 。矩 形 截 面 简 支 梁 b h=250mm 500mm， 计 算 跨 度 l0=6.5m，混 凝 土 C25。 配 4 20HRB335级 纵 向 受 拉 钢 筋 ，As=1256mm2。 混 凝 土 保 护 层 厚 度 c=25mm。 均 布 荷 载 ， 其中 静 载 gk=12kN/m(包 括 自 重 )活 载 qk=8kN/m,楼 面 活 载 的 准永 久 系 数 q=0.5。 室 内 正 常 环 境 。 mmNlqlgM kk .105.84815.081 62020q 解 ： （ 1） 确 定 Mk、 Mq：按 荷 载 效 应 标 准 组 合 计 算 的 最 大 弯 矩按 荷 载 效 应 准 永 久 组 合 mmNlqlgM kkk .106.1055.68815.612818181 6222020 (2)计 算 有 关 参 数as=25+20/2=35mm; h0=h-as=465mmE=Es/Ec=2.0 105/(2.8 104)=7.143C25混 凝 土 ftk=1.78N/mm2 te=As/Ate=1256/(0.5 250 500)=0.02010.0126s0ksk 8N/mm.207125646587.0 106.105A87h.0 M 823.08.2070201.0 78.165.01.165.01.1 tesktkf(3)求 Bs 212 20f mmN1076.33 5.31 62.015.1,0 fEsss hAEB (4)求 受 弯 构 件 刚 度 B=0,=2.0 212 mmN1075.18)1( sqk k BMM MB （ 5） 计 算 梁 的 挠 度 并 验 算 mm78.24485 2 0 BlMf k验 算 ： 查 表 知 f=l0/200=6500/200=32.5mmf=24.78mml0/200=32.5mm 满 足 要 求 。 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算 裂 缝 宽 度 的 计 算 9.2 钢 筋 混 凝 土 构 件 裂 缝 宽 度 验 算 9.2.1 裂 缝 的 出 现 、 分 布 和 开 展1. 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 均 匀 分 布 的 。2. 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 面 位 置 出 现 第 一 条 （ 批 ） 裂 缝 。 3. 裂 缝 出 现 瞬 间 ， 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 应 力 产生 突 增4. 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 加 ， 混 凝 土 中 又 重 新 建 立 起拉 应 力 c， 而 钢 筋 的 拉 应 力 则 随 距 裂 缝 截 面 距离 的 增 加 而 减 小 。 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算 裂 缝 宽 度 的 计 算 5. 当 距 裂 缝 截 面 有 足 够 的 长 度 l 时 ， 混 凝 土 拉 应 力 c增 大 到 ft， 此 时 将 出 现 新 的 裂 缝 。6. 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 ， 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 间 距 最 终 将 稳 定 在 （ l 2 l） 之 间 ， 平 均 间 距 可 取 1.5 l。 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算 裂 缝 宽 度 的 计 算 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 齐 后 ， 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 土 之 间 产 生 变 形 差 。 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 大 的 离 散 性 ， 因 此 裂 缝 间 距 和 宽 度 也 是 不 均 匀 的 。 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算9.2.2 平 均 裂 缝 间 距 )269( uAfl temt )249(21 tetssss AfAA )259(21 luAA mssss 轴 心 受 拉 构 件 为 例 ）（ 279835.15.1 temttemtm dfuAfll ted 4 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算 ）（ 27983 temtm dfl 常 数 )289( 1 tem dkl 所 以 有 ）（ 29912 teeqm dkckl 对 受 弯 构 件 、 偏 心 受 拉 和 偏 心 受 压 构 件 可 采 用 下 式 ： 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算9.2.3 平 均 裂 缝 宽 度 )309()1( msmctmsmmctmmsmm lllw )329(85.0 msskmsskcm lElEw 1、 平 均 裂 缝 宽 度 计 算 公 式ssksksm E )319(85.0)1( smctmc 2、 裂 缝 截 面 处 的 钢 筋 应 力 sk 式 中 Ns 、 As分 别 为 按 荷 载 短 期 效 应 组 合 计 算 的 轴向 拉 力 值 和 受 拉 钢 筋 总 截 面 面 积 。 式 中 e 轴 向 拉 力 作 用 点 至 受 压 区 或 受 拉 较 小 边纵 筋 合 力 点 的 距 离 ， yc 截 面 重 心 至 受 压 或 较 小 受 拉 边 缘 的 距 离 。sc ayee 0 受 弯 构 件 sk计 算 按 式 ： )339(87.0 0 hAM sksk 轴 心 受 拉 构 件 )349( sksk AN 偏 心 受 拉 构 件 。 大 小 偏 心 受 拉 构 件 sk按 下 式 计 算 : )359()( 0 ss ksk ahA eN 偏 心 受 压 构 件 。 偏 心 受 压 构 件 sk按 下 式 计 算 :)369()( 0 0 hA heN sksk 式 中 h0纵 向 受 拉 钢 筋 合 力 点 至 受 压 区 合 力 点 的 距离 ， h00.87， 近 似 取 )379()(1(12.087.0 20 eh f eNs至 受 拉 钢 筋 As合 力 点 的 距 离 ， e=sh0+ys， 此处 ys为 截 面 重 心 至 纵 向 受 拉 筋 合 力 点 的 距 离 ， s是 指 第 阶 段 的 偏 心 距 增 大 系 数 ， 近 似 取f 意 义 同 前 。 )389()(/400011 2000 hlhes 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算9.2.4最 大 裂 缝 宽 度 及 其 验 算 1、 确 定 最 大 裂 缝 宽 度 的 方 法最 大 裂 缝 宽 度 由 平 均 裂 缝 宽 度 乘 以 扩 大系 数 得 到 )399( max,max mlsl www 2、 最 大 裂 缝 宽 度 的 计 算各 种 构 件 正 截 面 最 大 裂 缝 宽 度 计 算 公 式 为 :max (1.9 0.08 )eqskcr s tedcE （ 9-40） c混 凝 土 保 护 层 厚 度 ， 当 c20mm时 ， 取 c=20mm 式 中 符 号 意 义 同 前 ， 当 裂 缝 宽 度 演 算 时 , ,te sk te 0.01时 ,取 =0.01；tecr 构 件 受 力 特 征 系 数 ； 7.2cr轴 心 受 拉 构 件 ：偏 心 受 拉 构 件 ： 4.2cr受 弯 构 件 和 偏 心 受 压 构 件 ： 1.2crdeq纵 向 受 拉 钢 筋 的 等 效 直 径 （ mm） 。max (1.9 0.08 )eqskcr s tedcE （ 9-40） 第 九 章 变 形 和 裂 缝 宽 度 的 计 算3、 最 大 裂 缝 宽 度 验 算 验 算 裂 缝 宽 度 时 ， 应 满 足 )419( limmax wwWlim: 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 规 定 的 允许 最 大 裂 缝 宽 度 。4、 最 大 裂 缝 宽 度 限 值最 大 裂 缝 宽 度 限 值 ， 主 要 考 虑 外 观 要 求 和 耐 久性 要 求 ， 以 后 者 为 主 。 9.3 混 凝 土 构 件 的 延 性9.3.1 延 性 概 念 结 构 、 构 件 或 截 面 延 性 是 指 从 屈 服 开 始 到 达 到 最 大承 载 力 或 达 到 以 后 而 承 载 力 还 没 有 显 著 下 降 期 间 的 变 形能 力 。 即 延 性 是 反 映 构 件 的 后 期 变 形 能 力 。 “ 后 期 ” 是 指 从 钢 筋 开 始 屈 服 进 入 破 坏 阶 段 直 到 最大 承 载 能 力 （ 或 下 降 到 最 大 承 载 能 力 的 85 ） 时 的 整 个过 程 。延 性 要 求 的 目 的 ：I. 满 足 抗 震 方 面 的 要 求 ；II. 防 止 脆 性 破 坏 ；III.在 超 静 定 结 构 中 ， 适 应 外 界 的 变 化 ；IV. 使 超 静 定 结 构 能 充 分 的 进 行 内 力 重 分 布 。 9.3.2受 弯 构 件 的 截 面 曲 率 延 性 系 数)429( )1( 0 hkyy 适 筋 梁 截 面 受 拉 钢 筋 开 始屈 服达 到 截 面 最 大 承 载 力 时)439( acuu x截 面 的 延 性 用 延 性 系 数 来 表 达 ， 计 算 时 采 用 平 截 面 假 设 。 )449()1( 0 aycu x hk yu 1 受 弯 构 件 截 面 曲 率 延 性 系 数 表 达 式 钢 筋 开 始 屈 服 时 的 受 压 区 高 度 系 数 k对 单 筋 截 面 )459(2)( 2 EEEk 对 双 筋 截 面 EEsE hak )()/(2)( 022 达 到 截 面 最 大 承 载 力 时 的 混 凝 土 受 压 区 压 应 变 高 度 xa)479()( 11 01 cya f hfxx )439( acuu x )489()( 011 hffyccuu 2 影 响 因 素 (1)纵 向 受 拉 钢 筋 配 筋 率 增 大 ， 延 性 系 数 减 小 (2)受 压 钢 筋 配 筋 率 大 ， 延 性 系 数 可 增 大 。 (3)混 凝 土 极 限 压 应 变 增 大 ， 则 延 性 系 数 提 高 。试 验 表 明 ， 采 用 密 排 箍 筋 能 增 加 对 受 压 混 凝 土的 约 束 ， 使 极 限 压 应 变 值 增 大 从 而 提 高 延 性 系数 。 (4)混 凝 土 强 度 等 级 提 高 ， 而 钢 筋 屈 服 强 度 适 当降 低 ， 也 可 使 延 性 系 数 有 所 提 高 。 提 高 截 面 曲 率 延 性 系 数 的 措 施 主 要 有 (1)限 制 纵 向 受 拉 钢 筋 的 配 筋 率 ， 一 般 不 应 大 于 2.5 ； 受 压 区 高 度 x(0.25 0.35) ； (2)规 定 受 压 钢 筋 和 受 拉 钢 筋 的 最 小 比 例 ， 一 般 使 As As 保 持 0.3 0.5； (3)在 弯 矩 较 大 的 区 段 适 当 加 密 箍 筋 。 9.4 混 凝 土 结 构 的 耐 久 性1、 混 凝 土 结 构 的 耐 久 性 耐 久 性 是 指 结 构 在 设 计 使 用 年 限 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 。9.4.1 耐 久 性 的 概 念 及 其 影 响 因 素 耐 久 性 设 计 依 据 主 要 是 结 构 的 环 境 类 别 、 设 计 使 用 年 限及 考 虑 对 混 凝 土 材 料 的 基 本 要 求 。 I. 内 部 因 素 ： 混 凝 土 强 度 、 渗 透性 、 保 护 层 厚 度 、 水 泥 品 种 、 标号 和 用 量 、 外 加 剂 等 ；II. 外 部 因 素 ： 环 境 温 度 、 湿 度 、 CO2含 量 、 侵 蚀 性 介 质 等 。2、 影 响 耐 久 性 的 主 要 因 素 碳 化 是 混 凝 土 中 性 化 的 形 式 ， 是 指 大 气 中 的 二 氧 化碳 （ CO2） 不 断 向 混 凝 土 内 部 扩 散 ， 并 与 其 中 的 碱 性 物质 发 生 反 应 ， 使 混 凝 土 的 PH值 降 低 。 碳 化 对 混 凝 土 本 身 无 害 ， 其 主 要 是 当 碳 化 至 钢 筋 表面 ， 氧 化 膜 被 破 坏 形 成 钢 筋 锈 蚀 的 必 要 条 件 ， 同 时 含 氧水 份 侵 入 形 成 钢 筋 锈 蚀 的 充 分 条 件 ， 从 而 加 剧 混 凝 土 开裂 ， 导 致 结 构 破 坏 。碳 化 影 响 因 素 有 ： 环 境 因 素 和 材 料 本 身 的 性 质 。 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 碳 化 速 度 、 混 凝 土 保 护 层 厚度 、 混 凝 土 密 实 性 以 及 覆 盖 层 情 况 等 因 素 有 关 。9.4.2 混 凝 土 的 碳 化 减 小 碳 化 措 施 有 ：a) 合 理 设 计 混 凝 土 的 配 合 比 ；b) 提 高 混 凝 土 的 密 实 度 、 抗 渗 性 ；c) 规 定 钢 筋 保 护 层 的 最 小 厚 度 ；d) 采 用 覆 盖 面 层 。 钢 筋 锈 蚀 是 一 个 电 化 学 过 程 ， 因 此 锈 蚀 主 要 取 决 于氧 气 通 过 混 凝 土 保 护 层 向 钢 筋 表 面 的 阴 极 的 扩 散 速 度 ，而 这 种 扩 散 速 度 主 要 取 决 于 混 凝 土 的 密 实 度 。 氧 气 和 水份 是 钢 筋 锈 蚀 必 要 条 件 。钢 筋 锈 蚀 对 混 凝 土 结 构 损 伤 过 程 ： 坑 蚀 环 蚀 暴 筋 结 构 失 效 。9.4.3钢 筋 的 锈 蚀 防 止 钢 筋 锈 蚀 措 施 有 ： 增 加 混 凝 土 的 密 实 性 和 混凝 土 的 保 护 层 厚 度 ， 采 用 涂 面 层 、 钢 筋 阻 锈 剂 、 涂 层钢 筋 、 对 钢 筋 采 用 阴 极 防 护 法 等 。9.4.4 耐 久 性 设 计1. 耐 久 性 设 计 的 目 的 及 基 本 原 则 耐 久 性 概 念 设 计 的 目 的 是 指 在 规 定 的 设 计 使 用 年 限内 ， 在 正 常 维 护 下 ， 必 须 保 持 适 合 于 使 用 ， 满 足 既 定 功能 的 要 求 。 耐 久 性 概 念 设 计 的 基 本 原 则 是 根 据 结 构 的 环 境 类别 和 设 计 使 用 年 限 进 行 设 计 。 a. 规 定 最 小 保 护 层 厚 度 ；b. 满 足 混 凝 土 的 基 本 要 求 ； 控 制 最 大 水 灰 比 、 最 小 水 泥用 量 、 最 低 强 度 等 级 、 最 大 氯 离 子 含 量 以 及 最 大 碱 含量 。c. 裂 缝 控 制 ： 一 级 ： 严 格 要 求 不 出 现 裂 缝 的 构 件 ； 二 级 ：一 般 要 求 不 出 现 裂 缝 的 构 件 ； 三 级 ： 允 许 出 现 裂 缝 的构 件 。d. 其 他 措 施 对 环 境 较 差 的 构 件 ， 宜 采 用 可 更 换 或 易 更 换 的 构 件 ； 对 于 暴 露 在 侵 蚀 性 环 境 中 的 结 构 和 构 件 ， 宜 采 用 带 肋环 氧 涂 层 钢 筋 ， 预 应 力 钢 筋 应 有 防 护 措 施 。 采 用 有 利 提 高 耐 久 性 的 高 强 混 凝 土 。2. 保 证 耐 久 性 的 措 施 挠 度 验 算裂 缝 宽 度验 算延 性 耐 久 性 弯 曲 刚 度 的 概 念 及 定 义短 期 刚 度 Bs、 、 受 弯 构 件 刚 度 B最 小 刚 度 原 则 和 挠 度 计 算讨 论 影 响 Bs的 因 素配 筋 率 对 承 载 力 和 挠 度 的 影 响跨 高 比混 凝 土 结 构 变 形 限 值裂 缝 的 出 现 、 分 布 和 开 展平 均 裂 缝 间 距平 均 裂 缝 宽 度最 大 裂 缝 宽 度 及 其 验 算 概 念延 性 系 数概 念 及 其 影 响 因 素混 凝 土 的 碳 化钢 筋 锈 蚀 z Esss hAEB 20 fEsss hAEB 5.31 62.015.1 20 sqk k BMM MB )1(