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1、第九章 變形和裂縫寬度的計算第九章 變形和裂縫寬度的計算9.1 概 述外觀感覺裂縫過寬：鋼筋銹蝕導(dǎo)致承載力降低，影響使用壽命耐久性耐久性心理承受：不安全感，振動噪聲對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響：門窗開關(guān)，隔墻開裂等振動、變形過大對其它結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響影響正常使用：如吊車、精密儀器適用性適用性承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)安全性安全性結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的功能功能第九章 變形和裂縫寬度的計算 對于超過對于超過正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)的情況，由于其對生命財產(chǎn)的危害的情況，由于其對生命財產(chǎn)的危害性比超過承載力極限狀態(tài)要小，因此相應(yīng)的可靠度水平可比承載性比超過承載力極限狀態(tài)要小，因此相應(yīng)的可靠度水平可比承載力極限

2、狀態(tài)低一些。力極限狀態(tài)低一些。正常使用極限狀態(tài)的計算表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)的計算表達(dá)式為，為，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)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)荷載標(biāo)準(zhǔn)值準(zhǔn)值和和材料強度標(biāo)準(zhǔn)材料強度標(biāo)準(zhǔn)值確定。值確定。以受彎構(gòu)件為例，在荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩可表示為，以受彎構(gòu)件為例，在荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩可表示為，Msk=CGGk+CQQk由于活荷載達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)值由于活荷載達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)值Qk的作用時間較短，故的作用時間較短，故Msk稱為稱為短期彎短期彎矩矩，其值約為彎矩設(shè)計值的，其值約為彎矩設(shè)計值的50%70%。由于在荷載的長期作用下，構(gòu)件的變形和裂縫寬度隨時間增長

3、，由于在荷載的長期作用下，構(gòu)件的變形和裂縫寬度隨時間增長，因此需要考慮長期荷載的影響，因此需要考慮長期荷載的影響，長期彎矩長期彎矩可表示為，可表示為，Ml k=CGGk+y yqCQQky yq為為活荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)活荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)（quasi-permanent load）kkRS 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài):承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài):安全性安全性 正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài):使用性和耐久性使用性和耐久性 對于結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)使用荷載對于結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)使用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值和準(zhǔn)永久值，材料強度采用標(biāo)準(zhǔn)值。的標(biāo)準(zhǔn)值和準(zhǔn)永久值，材料強度采用標(biāo)準(zhǔn)值。正常使用極

4、限狀態(tài)主要驗算構(gòu)件的裂縫寬度以正常使用極限狀態(tài)主要驗算構(gòu)件的裂縫寬度以及變形（剛度）。及變形（剛度）。驗算時應(yīng)當(dāng)考慮短期效應(yīng)組合以及長期效應(yīng)組驗算時應(yīng)當(dāng)考慮短期效應(yīng)組合以及長期效應(yīng)組合兩種情況。合兩種情況。第九章 變形和裂縫寬度的計算9.2 裂縫寬度計算荷載引起的裂縫寬度荷載引起的裂縫寬度一、裂縫的出現(xiàn)、分布與開展一、裂縫的出現(xiàn)、分布與開展第九章 變形和裂縫寬度的計算在裂縫出現(xiàn)前在裂縫出現(xiàn)前，混凝土和鋼筋的應(yīng)變沿構(gòu)件的長度基本上是，混凝土和鋼筋的應(yīng)變沿構(gòu)件的長度基本上是均勻分布的。均勻分布的。當(dāng)混凝土的拉應(yīng)力達(dá)到抗拉強度時當(dāng)混凝土的拉應(yīng)力達(dá)到抗拉強度時，首先會在構(gòu)件最薄弱截，首先會在構(gòu)件最薄弱

5、截面位置出現(xiàn)第一條（批）裂縫。面位置出現(xiàn)第一條（批）裂縫。裂縫出現(xiàn)瞬間裂縫出現(xiàn)瞬間，裂縫截面位置的混凝土退出受拉工作，應(yīng)力，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)生突增為零，而鋼筋拉應(yīng)力應(yīng)力產(chǎn)生突增DsDss=ft/r r，配筋率越小，配筋率越小，DsDss就越大。就越大。由于鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)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，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)力加，混凝土中又重新建立起拉應(yīng)力s sc，而鋼筋的拉應(yīng)力則隨距，而鋼筋的拉應(yīng)力則隨距裂縫截面距離的增加而減小。裂縫截面距離的增加而減小。當(dāng)距裂縫截面有足夠的長度當(dāng)距裂縫截

6、面有足夠的長度 l 時，混凝土拉應(yīng)力時，混凝土拉應(yīng)力s sc增大到增大到ft，此時將出現(xiàn)新的裂縫。此時將出現(xiàn)新的裂縫。第九章 變形和裂縫寬度的計算如果兩條裂縫的間距小于如果兩條裂縫的間距小于2 l，則由于粘結(jié)應(yīng)力傳遞長度不夠，則由于粘結(jié)應(yīng)力傳遞長度不夠，混凝土拉應(yīng)力不可能達(dá)到混凝土拉應(yīng)力不可能達(dá)到ft，因此將不會出現(xiàn)新的裂縫，裂縫的，因此將不會出現(xiàn)新的裂縫，裂縫的間距最終將穩(wěn)定在（間距最終將穩(wěn)定在（l 2 l）之間，）之間，平均間距可取平均間距可取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)階段裂縫出現(xiàn)階段，該階段的荷載增量并不大，主要取決于

7、混凝土強度的離散程度。該階段的荷載增量并不大，主要取決于混凝土強度的離散程度。裂縫間距裂縫間距的計算公式即是以該階段的受力分析建立的。的計算公式即是以該階段的受力分析建立的。裂縫出齊后裂縫出齊后，隨著荷載的繼續(xù)增加，裂縫寬度不斷開展。裂，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，導(dǎo)致鋼筋與混縫的開展是由于混凝土的回縮，鋼筋不斷伸長，導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生變形差，凝土之間產(chǎn)生變形差，這是裂縫寬度計算的依據(jù)這是裂縫寬度計算的依據(jù)。由于混凝土材料的不均勻性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，裂縫的出現(xiàn)、分布和開展具有很大的離散性，因此裂縫間

8、距和寬度也是不均勻的。但大量的很大的離散性，因此裂縫間距和寬度也是不均勻的。但大量的試驗統(tǒng)計資料分析表明，試驗統(tǒng)計資料分析表明，裂縫間距和寬度的平均值裂縫間距和寬度的平均值具有一定規(guī)具有一定規(guī)律性，是鋼筋與混凝土之間粘結(jié)受力機理的反映。律性，是鋼筋與混凝土之間粘結(jié)受力機理的反映。第九章 變形和裂縫寬度的計算9.3 裂縫寬度的計算二、裂縫間距二、裂縫間距ctmAflu uAflmctctssssAfAA21ssluAAmssssss21dAfmctrdfmt41第九章 變形和裂縫寬度的計算rdfuAflmtmct41rdKlm上式表明，當(dāng)配筋率上式表明，當(dāng)配筋率r r 相同時，相同時，鋼筋直徑越

9、細(xì)，裂縫間距越鋼筋直徑越細(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密而細(xì)，小，裂縫寬度也越小，也即裂縫的分布和開展會密而細(xì)，這是這是控制裂縫寬度的一個重要原則控制裂縫寬度的一個重要原則。但上式中，當(dāng)?shù)鲜街?，?dāng)d/r r 趨于零時，裂縫間距趨于零，這并不符合實趨于零時，裂縫間距趨于零，這并不符合實際情況。際情況。試驗表明，當(dāng)試驗表明，當(dāng)d/r r 很大時，裂縫間距趨近于某個常數(shù)。很大時，裂縫間距趨近于某個常數(shù)。該數(shù)值該數(shù)值與保護(hù)層與保護(hù)層c 和鋼筋凈間距有關(guān)和鋼筋凈間距有關(guān)，根據(jù)試驗分析，對上式修正如下，根據(jù)試驗分析，對上式修正如下，rdKcKlm12第九章 變形和裂縫寬度的計算

10、對于受彎構(gòu)件對于受彎構(gòu)件，可將受拉區(qū)近似作為一，可將受拉區(qū)近似作為一軸心受拉構(gòu)件，根據(jù)粘結(jié)力的有效影響軸心受拉構(gòu)件，根據(jù)粘結(jié)力的有效影響范圍，取范圍，取有效受拉面積有效受拉面積Ate=0.5bh+(bf-b)hf，因此將式中配筋率，因此將式中配筋率r r 的用以下受的用以下受拉區(qū)有效配筋率替換后，即可用于受彎拉區(qū)有效配筋率替換后，即可用于受彎構(gòu)件構(gòu)件rdKcKlm12ffstehbbbhA)(5.0rtemdKcKlr12采用采用r rte 后，裂縫間距可統(tǒng)一表示為，后，裂縫間距可統(tǒng)一表示為，第九章 變形和裂縫寬度的計算根據(jù)試驗資料統(tǒng)計分析，并考慮受力特征的影響，對于常用的根據(jù)試驗資料統(tǒng)計分析

11、，并考慮受力特征的影響，對于常用的帶肋鋼筋帶肋鋼筋，規(guī)范規(guī)范給出的平均裂縫間距給出的平均裂縫間距l(xiāng)m的計算公式為，的計算公式為，受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件temdclr08.09.1軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件)08.09.1(1.1temdclrc最外層縱向受拉鋼筋外邊緣到受拉區(qū)底邊的距離（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)當(dāng)c20mm時，取時，取c=20mm；d鋼筋直徑（鋼筋直徑（mm），當(dāng)用不同直徑的鋼筋時，），當(dāng)用不同直徑的鋼筋時，d改用換算直改用換算直徑徑4As/u，u為縱向鋼筋的總周長。為縱向鋼筋的總周長。第九章 變形和裂縫寬度的計算三、裂縫寬度三、裂縫寬度 mcmsml

12、lw85.0)1(scsssssEsyymsssmlEwsy85.0平均裂縫寬度平均裂縫寬度mscsl)1(第九章 變形和裂縫寬度的計算鋼筋應(yīng)力不均勻系數(shù)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。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，其差值反映了了混凝土參與受拉工作混凝土參

13、與受拉工作的大小。的大小。sssssy1鋼筋應(yīng)力不均勻系數(shù)鋼筋應(yīng)力不均勻系數(shù)y y 是反映是反映裂縫間混凝土參加受拉工作程裂縫間混凝土參加受拉工作程度的影響系數(shù)度的影響系數(shù)ssy第九章 變形和裂縫寬度的計算MMcr11.1ysssssy1式中，裂縫截面的鋼筋應(yīng)變式中，裂縫截面的鋼筋應(yīng)變 s與作與作用彎 矩用彎 矩 M 成正比；而應(yīng)變差成正比；而應(yīng)變差)(ss近似與開裂時鋼筋應(yīng)變的近似與開裂時鋼筋應(yīng)變的增量增量DDs成正比，成正比，DDs則取決于開裂則取決于開裂時截面受拉區(qū)混凝土退出拉力的時截面受拉區(qū)混凝土退出拉力的大小大小，也即與開裂時截面混凝土部，也即與開裂時截面混凝土部分所承擔(dān)的彎矩分所承

14、擔(dān)的彎矩 Mc成正比。成正比。所以，所以，sss/)(與與MMc/成正比成正比。因因此，此，y y 可表示為可表示為MMc/的函數(shù)。的函數(shù)。y y 與與MMc/關(guān)系的試驗結(jié)果為，關(guān)系的試驗結(jié)果為，s裂縫截面s平均應(yīng)變sssMcrMyMDs第九章 變形和裂縫寬度的計算當(dāng)當(dāng)y y 1.0時，取時，取y y=1.0；對直接承受重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，取對直接承受重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，取y y=1.0。第九章 變形和裂縫寬度的計算hfhbbbhMctkffc)(5.08.00hAMsssssMMc11.1ytesstkfrsy65.01.1近似取近似取 c/=0.67，h/h0=1.1，ffstehbbbh

15、A)(5.0r第九章 變形和裂縫寬度的計算最大裂縫寬度最大裂縫寬度實測表明，裂縫寬度具有很大的離散性。實測表明，裂縫寬度具有很大的離散性。取實測裂縫寬度取實測裂縫寬度wt與上述計算的平均裂縫寬度與上述計算的平均裂縫寬度wm的比值為的比值為 。大量裂縫量測結(jié)果統(tǒng)計表明，大量裂縫量測結(jié)果統(tǒng)計表明，的概率密度分布基本為正態(tài)。的概率密度分布基本為正態(tài)。取超越概率為取超越概率為5%的最大裂縫寬度可由下式求得，的最大裂縫寬度可由下式求得，)645.11(maxmww式中式中 為裂縫寬度變異系數(shù)，為裂縫寬度變異系數(shù)，對受彎構(gòu)件，試驗統(tǒng)計得對受彎構(gòu)件，試驗統(tǒng)計得 =0.4，故取裂縫擴大系數(shù)，故取裂縫擴大系數(shù)

16、=1.66。對于軸心受拉和偏心受拉構(gòu)件，由試驗結(jié)果統(tǒng)計得最大裂縫寬對于軸心受拉和偏心受拉構(gòu)件，由試驗結(jié)果統(tǒng)計得最大裂縫寬度的擴大系數(shù)為度的擴大系數(shù)為 =1.9。第九章 變形和裂縫寬度的計算長期荷載的影響：長期荷載的影響：由于混凝土的由于混凝土的滑移徐變滑移徐變和和拉應(yīng)力的松弛拉應(yīng)力的松弛，會導(dǎo)致裂縫間混凝土不斷退出受拉工作，鋼筋平均應(yīng)變增大，會導(dǎo)致裂縫間混凝土不斷退出受拉工作，鋼筋平均應(yīng)變增大，使裂縫隨時間推移逐漸增大。使裂縫隨時間推移逐漸增大。混凝土的收縮混凝土的收縮也使裂縫間混凝土的長度縮短，也引起裂縫隨時也使裂縫間混凝土的長度縮短，也引起裂縫隨時間推移不斷增大。間推移不斷增大。荷載的變動

17、，荷載的變動，環(huán)境溫度環(huán)境溫度的變化，都會使鋼筋與混凝土之間的粘的變化，都會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。結(jié)受到削弱，也將導(dǎo)致裂縫寬度不斷增大。根據(jù)長期觀測結(jié)果，根據(jù)長期觀測結(jié)果，長期荷載下裂縫的擴大系數(shù)長期荷載下裂縫的擴大系數(shù)為為 l=1.5。mssslmllEwwsy85.0max)08.09.1(maxtessscrdcEwrsy第九章 變形和裂縫寬度的計算mssslmllEwwsy85.0max)08.09.1(maxtessscrdcEwrsy軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件 cr=1.51.90.851.1=2.7受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件 cr=1.51.660.85

18、=2.1第九章 變形和裂縫寬度的計算鋼筋有效約束區(qū)與裂縫寬度(自學(xué))第九章 變形和裂縫寬度的計算第九章 變形和裂縫寬度的計算9.3 受彎構(gòu)件的變形驗算一、變形限值一、變形限值 f f f為撓度變形限值。主要從以下幾個方面考慮：為撓度變形限值。主要從以下幾個方面考慮：1、保證結(jié)構(gòu)的使用功能要求保證結(jié)構(gòu)的使用功能要求。結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生過大的變形將影響。結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生過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)撓度過大，將難以使儀器保持水平；屋面結(jié)構(gòu)撓度過大會造成積過大，將難以使儀器保持水平；屋面結(jié)構(gòu)撓度過大會造成積水而產(chǎn)生滲漏；吊車

19、梁和橋梁的過大變形會妨礙吊車和車輛水而產(chǎn)生滲漏；吊車梁和橋梁的過大變形會妨礙吊車和車輛的正常運行等。的正常運行等。2、防止對結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響防止對結(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。如支承在磚墻上的梁端產(chǎn)生過大轉(zhuǎn)角，將使支承面積減小、支承反力偏心增大，并會引過大轉(zhuǎn)角，將使支承面積減小、支承反力偏心增大，并會引起墻體開裂。起墻體開裂。3、防止對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響防止對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。結(jié)構(gòu)變形過大會使門窗等。結(jié)構(gòu)變形過大會使門窗等不能正常開關(guān)，也會導(dǎo)致隔墻、天花板的開裂或損壞。不能正常開關(guān)，也會導(dǎo)致隔墻、天花板的開裂或損壞。第九章 變形和裂縫寬度的計算4、保證使用者的感

20、覺在可接受的程度之內(nèi)保證使用者的感覺在可接受的程度之內(nèi)。過大振動、變形。過大振動、變形會引起使用者的不適或不安全感。會引起使用者的不適或不安全感。表表 9.1 受彎構(gòu)件的撓度限值受彎構(gòu)件的撓度限值 構(gòu) 件 類 型 撓度限值（以計算跨度 l0計算）吊車梁：手動吊車 電動吊車 l0/500 l0/600 屋蓋、樓蓋及樓梯構(gòu)件：當(dāng) l07m 時 當(dāng) 7ml09m 時 當(dāng) l0 9m 時 l0/200(l0/250)l0/250(l0/300)l0/300(l0/400)注：1、表中括號內(nèi)數(shù)值適用于使用上對撓度有較高要求的構(gòu)件；2、懸臂構(gòu)件的撓度限值按表中相應(yīng)數(shù)值乘以系數(shù) 2.0 取用。第九章 變形和

21、裂縫寬度的計算二、鋼筋混凝土梁抗彎剛度的特點二、鋼筋混凝土梁抗彎剛度的特點fEIMlEIqlf244853845均布：2lEIMSf EIM截面截面抗彎剛度抗彎剛度EI 體現(xiàn)了截面抵抗彎曲變形的能力，同時也反映體現(xiàn)了截面抵抗彎曲變形的能力，同時也反映了截面彎矩與曲率之間的物理關(guān)系。了截面彎矩與曲率之間的物理關(guān)系。對于彈性均質(zhì)材料截面，對于彈性均質(zhì)材料截面，EI為常數(shù)，為常數(shù)，M-關(guān)系為直線。關(guān)系為直線。EIMlEIPlf23121481集中：2lS MEI EIM第九章 變形和裂縫寬度的計算（兩端剛接）水平力-側(cè)移：312hEIV（集中荷載）荷載-撓度：48f3lEIP彎矩-曲率：EIM應(yīng)力-

22、應(yīng)變：sE剛度是反映力與變形之間的關(guān)系：剛度是反映力與變形之間的關(guān)系：第九章 變形和裂縫寬度的計算 由于混凝土開裂、彈塑性應(yīng)力由于混凝土開裂、彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和鋼筋屈服等影響，應(yīng)變關(guān)系和鋼筋屈服等影響，鋼筋混凝土鋼筋混凝土適筋梁適筋梁的的M-關(guān)系不再是直線關(guān)系不再是直線，而是隨彎矩增大，而是隨彎矩增大，截面曲率呈曲線變化。截面曲率呈曲線變化。MyMsMcrEcI0BsMMMcrEcI00.85EcI0短期彎矩短期彎矩Msk一般處于第一般處于第階段，階段，剛度計算需要研究構(gòu)件帶裂縫剛度計算需要研究構(gòu)件帶裂縫時的工作情況時的工作情況。該階段裂縫基本等間距分布，鋼筋和混凝土的。該階段裂縫基本等間

23、距分布，鋼筋和混凝土的應(yīng)變分布具有以下特征：應(yīng)變分布具有以下特征：第九章 變形和裂縫寬度的計算ssycccy0hcsssMB 第九章 變形和裂縫寬度的計算三、剛度公式的建立三、剛度公式的建立材料力學(xué)中曲率與彎矩關(guān)系的推導(dǎo)材料力學(xué)中曲率與彎矩關(guān)系的推導(dǎo)EIM yy幾何關(guān)系幾何關(guān)系EEss物理關(guān)系物理關(guān)系yIMs平衡關(guān)系平衡關(guān)系EysEIM第九章 變形和裂縫寬度的計算1、幾何關(guān)系、幾何關(guān)系：0hcs2、物理關(guān)系、物理關(guān)系：cccsssEEss ，0hCMs20bhMscs0hAMssss3、平衡關(guān)系、平衡關(guān)系：根據(jù)裂縫截面的應(yīng)力分布根據(jù)裂縫截面的應(yīng)力分布scsc h0ssAsCh00hTMs00h

24、bhcs0hAsss第九章 變形和裂縫寬度的計算00000hAhTMhbhhCMssscsss20bhMscs0hAMssss3、平衡關(guān)系、平衡關(guān)系：根據(jù)裂縫截面的應(yīng)力分布根據(jù)裂縫截面的應(yīng)力分布scsc h0ssAsCh0 cccy ssycccEsy20bhEMcscy20bhEMcsssEsy0hAEMsssy第九章 變形和裂縫寬度的計算 ssBMryEssshAEB20 cccycccEsy20bhEMcscy20bhEMcs ssyssEsy0hAEMsssy0hcs0020hhAEMbhEMssscsy第九章 變形和裂縫寬度的計算四、參數(shù)四、參數(shù)、和和y y1、開裂截面的內(nèi)力臂系數(shù)、

25、開裂截面的內(nèi)力臂系數(shù) 試驗和理論分析表明，在短期彎矩試驗和理論分析表明，在短期彎矩Msk=（0.50.7）Mu范圍，范圍，裂縫截面的相對受壓區(qū)高度裂縫截面的相對受壓區(qū)高度 變化很小，內(nèi)力臂的變化也不大。變化很小，內(nèi)力臂的變化也不大。對常用的混凝土強度和配筋情況，對常用的混凝土強度和配筋情況，值在值在0.830.93之間波動。之間波動。規(guī)范規(guī)范為簡化計算，取為簡化計算，取=0.87。2、受壓區(qū)邊緣混凝土平均應(yīng)變綜合系數(shù)、受壓區(qū)邊緣混凝土平均應(yīng)變綜合系數(shù) 根據(jù)試驗實測受壓邊緣混凝土的壓應(yīng)變，可以得到系數(shù)根據(jù)試驗實測受壓邊緣混凝土的壓應(yīng)變，可以得到系數(shù) 的試的試驗值。在驗值。在短期彎矩短期彎矩Msk

26、=（0.50.7）Mu范圍，范圍，系數(shù)系數(shù) 的變化很小，的變化很小，僅與配筋率有關(guān)。僅與配筋率有關(guān)。規(guī)范規(guī)范根據(jù)試驗結(jié)果分析給出，根據(jù)試驗結(jié)果分析給出，fEErr5.3162.00)(bhhbbfff受壓翼緣加強系數(shù)受壓翼緣加強系數(shù)第九章 變形和裂縫寬度的計算第九章 變形和裂縫寬度的計算3、鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)、鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)y ytesktkfrsy65.01.10hAMsskskstesteAAr r rte為以有效受拉混凝土截面面積為以有效受拉混凝土截面面積計算的受拉鋼筋配筋率。計算的受拉鋼筋配筋率。Ate為有效受拉混凝土截面面積，對為有效受拉混凝土截面面積，對受彎構(gòu)件取受彎構(gòu)件取ff

27、tehbbbhA)(5.0當(dāng)當(dāng)y y 1.0時，取時，取y y=1.0；對直接承受重復(fù)荷載作對直接承受重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，取用的構(gòu)件，取y y=1.0。第九章 變形和裂縫寬度的計算ryEssshAEB20 在短期彎矩在短期彎矩Msk=（0.50.7）Mu范圍，三個參數(shù)范圍，三個參數(shù)、和和y y 中，中，和和 為常數(shù)，為常數(shù)，而而y y 隨彎矩增長而增大隨彎矩增長而增大。該參數(shù)反映了裂縫間混凝土參與受拉工作的情況該參數(shù)反映了裂縫間混凝土參與受拉工作的情況，隨著彎矩增，隨著彎矩增加，由于裂縫間粘結(jié)力的逐漸破壞，混凝土參與受拉的程度減加，由于裂縫間粘結(jié)力的逐漸破壞，混凝土參與受拉的程度減小，平均應(yīng)變

28、增大，小，平均應(yīng)變增大，y y 逐漸趨于逐漸趨于1.0，抗彎剛度逐漸降低。，抗彎剛度逐漸降低。tesktkfrsy65.01.1fEssshAEBry5.31615.120第九章 變形和裂縫寬度的計算五、長期荷載作用下的抗彎剛度五、長期荷載作用下的抗彎剛度 在長期荷載作用下，由于混凝土的在長期荷載作用下，由于混凝土的徐變徐變，會使梁的撓度隨時，會使梁的撓度隨時間增長。此外，鋼筋與混凝土間間增長。此外，鋼筋與混凝土間粘結(jié)滑移徐變粘結(jié)滑移徐變、混凝土、混凝土收縮收縮等等也會導(dǎo)致梁的撓度增大。根據(jù)長期試驗觀測結(jié)果，長期撓度與也會導(dǎo)致梁的撓度增大。根據(jù)長期試驗觀測結(jié)果，長期撓度與短期撓度的比值短期撓度

29、的比值q q 可按下式計算，可按下式計算，rrq4.00.222)(lBMMSlBMSfslsslq2lBMSflsslsslBMMMB)1(q長期抗彎剛度長期抗彎剛度第九章 變形和裂縫寬度的計算六、受彎構(gòu)件的撓度變形驗算六、受彎構(gòu)件的撓度變形驗算 由于彎矩沿梁長的變化的，由于彎矩沿梁長的變化的，抗彎抗彎剛度沿梁長也是變化的剛度沿梁長也是變化的。但按變剛。但按變剛度梁來計算撓度變形很麻煩。度梁來計算撓度變形很麻煩。規(guī)范規(guī)范為簡化起見，取同號彎為簡化起見，取同號彎矩區(qū)段的最大彎矩截面處的最小剛矩區(qū)段的最大彎矩截面處的最小剛度度Bmin，按等剛度梁來計算按等剛度梁來計算這樣撓度的簡化計算結(jié)果比按這

30、樣撓度的簡化計算結(jié)果比按變剛度梁的理論值略偏大。變剛度梁的理論值略偏大。但但靠近支座處的曲率誤差對梁靠近支座處的曲率誤差對梁的最大撓度影響很小的最大撓度影響很小，且撓度計算，且撓度計算僅考慮彎曲變形的影響，實際上還僅考慮彎曲變形的影響，實際上還存在一些剪切變形，因此按最小剛存在一些剪切變形，因此按最小剛度度Bmin計算的結(jié)果與實測結(jié)果的誤計算的結(jié)果與實測結(jié)果的誤差很小。差很小?！白钚偠葎偠仍瓌t最小剛度剛度原則”9.5 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，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)定的滿足在規(guī)定的設(shè)計工作壽命設(shè)計工作壽命內(nèi)不出現(xiàn)無

31、法接受的承載力減內(nèi)不出現(xiàn)無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。小、使用功能降低和不能接受的外觀破損等的耐久性要求。耐久性耐久性是指結(jié)構(gòu)在預(yù)定設(shè)計工作壽命期內(nèi)，在正常維護(hù)條是指結(jié)構(gòu)在預(yù)定設(shè)計工作壽命期內(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要求的能力。全功能要求的能力。對于一般建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計工作壽命為對于一般建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計工作壽命為50年年，重要的建筑物，重要的建筑物可取可取100年年。近年來，隨著建筑市場化的發(fā)展，業(yè)主也可以對建筑的壽近年來，隨著建筑市場化的發(fā)展，業(yè)主也可以對建筑的

32、壽命提出更高要求。對于其它土木工程結(jié)構(gòu)，根據(jù)其功能要命提出更高要求。對于其它土木工程結(jié)構(gòu)，根據(jù)其功能要求，設(shè)計工作壽命也有差別，如橋梁工程一般要求在求，設(shè)計工作壽命也有差別，如橋梁工程一般要求在100年年以上。以上。混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命 無損傷無損傷劣化開始，可修補毀壞毀壞,廢棄廢棄Highway Bridge in Service New York State,US世界上經(jīng)濟發(fā)達(dá)國家的工程建設(shè)大體上經(jīng)歷了三個階段：世界上經(jīng)濟發(fā)達(dá)國家的工程建設(shè)大體上經(jīng)歷了三個階段：大規(guī)模建設(shè)大規(guī)模建設(shè)；新建與改建、維修并重新建與改建、維修并重；重點轉(zhuǎn)向既有建筑物的維修改造重點轉(zhuǎn)向既有建筑物的維

33、修改造。目前經(jīng)濟發(fā)達(dá)國家處于第三階段目前經(jīng)濟發(fā)達(dá)國家處于第三階段，結(jié)構(gòu)因耐久性不足而失，結(jié)構(gòu)因耐久性不足而失效，或為保證繼續(xù)正常使用而付出巨大維修代價，這使得效，或為保證繼續(xù)正常使用而付出巨大維修代價，這使得耐久性問題變得十分重要。耐久性問題變得十分重要。我國我國50年代開始大規(guī)模建設(shè)的工程項目，由于當(dāng)時經(jīng)濟基礎(chǔ)年代開始大規(guī)模建設(shè)的工程項目，由于當(dāng)時經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱，材料標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)都較低，除一些重要的工程項目薄弱，材料標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)都較低，除一些重要的工程項目目前需要繼續(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。壽命。我國真正進(jìn)入大規(guī)模建

34、設(shè)是在改革開放以后，因此國外發(fā)達(dá)我國真正進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)是在改革開放以后，因此國外發(fā)達(dá)國家在耐久性上所遇到的問題應(yīng)引起我國工程技術(shù)人員的足國家在耐久性上所遇到的問題應(yīng)引起我國工程技術(shù)人員的足夠重視，夠重視，避免重蹈發(fā)達(dá)國家的覆轍避免重蹈發(fā)達(dá)國家的覆轍，對國家經(jīng)濟建設(shè)造成巨，對國家經(jīng)濟建設(shè)造成巨大浪費。大浪費。碳化一、影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素內(nèi)部因素：內(nèi)部因素：混凝土強度混凝土強度 滲透性滲透性 保護(hù)層厚度保護(hù)層厚度 水泥品種水泥品種 標(biāo)號和用量標(biāo)號和用量 外加濟等外加濟等外部因素：外部因素：環(huán)境溫度環(huán)境溫度 濕度濕度 CO2含量含量 侵蝕性介質(zhì)等侵蝕性介質(zhì)等1、混凝土的凍融破壞、混凝土的凍融破

35、壞 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，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，往往會比水泥水化所需要的水多些。為得到必要的和易性，往往會比水泥水化所需要的水多些。多余的水份多余的水份滯留在混凝土毛細(xì)孔中。低溫時水份因結(jié)冰產(chǎn)滯留在混凝土毛細(xì)孔中。低溫時水份因結(jié)冰產(chǎn)生體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞。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，就會使混凝土的損傷累積達(dá)到一定程度而反復(fù)凍融多次，就會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。引起結(jié)構(gòu)破壞。防止混凝土凍融破壞的主要措施是防止混凝土凍融破壞的主要措施是降低水灰比降低水灰比，減少混

36、凝減少混凝土中多余的水份土中多余的水份。冬季施工時，應(yīng)冬季施工時，應(yīng)加強養(yǎng)護(hù)加強養(yǎng)護(hù)，防止早期受凍，并摻入防凍劑，防止早期受凍，并摻入防凍劑等。等。2、混凝土的堿集料反應(yīng)、混凝土的堿集料反應(yīng)混凝土集料中的某些混凝土集料中的某些活性礦物活性礦物與混凝土微孔中的與混凝土微孔中的堿性溶液堿性溶液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)稱為堿集料反應(yīng)。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)生的堿堿集料反應(yīng)產(chǎn)生的堿-硅酸鹽凝膠，吸水后會產(chǎn)生膨脹，硅酸鹽凝膠，吸水后會產(chǎn)生膨脹，體體積可增大積可增大34倍倍，從而混凝土的剝落、開裂、強度降低，甚，從而混凝土的剝落、開裂、強度降低，甚至導(dǎo)致破壞。至導(dǎo)致破壞。引起堿集料反應(yīng)有三個條件引起

37、堿集料反應(yīng)有三個條件：混凝土的凝膠中有堿性物質(zhì)混凝土的凝膠中有堿性物質(zhì)。這種堿性物質(zhì)主要來自于水。這種堿性物質(zhì)主要來自于水泥，若水泥中的含堿量（泥，若水泥中的含堿量（Na2O，K2O）大于）大于0.6%以上時，以上時，則會很快析出到水溶液中，遇到活性骨料則會產(chǎn)生反應(yīng)；則會很快析出到水溶液中，遇到活性骨料則會產(chǎn)生反應(yīng)；骨料中有活性骨料骨料中有活性骨料，如蛋白石、黑硅石、燧石、玻璃質(zhì)火，如蛋白石、黑硅石、燧石、玻璃質(zhì)火山石、安山石等含山石、安山石等含SiO2的骨料；的骨料；水分水分。堿骨料反應(yīng)的充分條件是有水分，在干燥環(huán)境下很。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)。難發(fā)生堿

38、骨料反應(yīng)。3、侵蝕性介質(zhì)的腐蝕、侵蝕性介質(zhì)的腐蝕硫酸鹽腐蝕硫酸鹽腐蝕：硫酸鹽溶液與水泥石中的：硫酸鹽溶液與水泥石中的氫氧化鈣氫氧化鈣及水化鋁酸及水化鋁酸鈣發(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。中也存在。當(dāng)硫酸鹽的濃度（以當(dāng)硫酸鹽的濃度（以SO2的含量表示）達(dá)到的含量表示）達(dá)到2時，時，就會產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。就會產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。酸腐蝕酸腐蝕：混凝土是堿性材料，：混凝土是堿性材料，遇到酸性物質(zhì)遇到酸性物質(zhì)會產(chǎn)生化學(xué)反

39、應(yīng)，會產(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有CO2的水。此外有些油脂、腐植質(zhì)也呈酸性，對混凝土有腐的水。此外有些油脂、腐植質(zhì)也呈酸性，對混凝土有腐蝕作用。蝕作用。海水腐蝕海水腐蝕：在海港、近海結(jié)構(gòu)中的混凝土構(gòu)筑物，經(jīng)常收到：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。海水中的海水的侵蝕。海水中的NaCl、MgCl2、MgSO4、K2SO4等成分，等成分，尤其是尤其是Cl-和和硫酸鎂硫酸鎂對混

40、凝土有較強的腐蝕作用。在海岸飛濺區(qū)，對混凝土有較強的腐蝕作用。在海岸飛濺區(qū)，受到干濕的物理作用，也有利于受到干濕的物理作用，也有利于Cl-和和SO4的滲入，極易造成鋼的滲入，極易造成鋼筋銹蝕。筋銹蝕。貴州鋁廠柱開脹嘉裕關(guān)結(jié)構(gòu)梁腐蝕破壞張掖堿泉村張掖墻面張掖高架橋墩青?；S橋柱青?；S橋面護(hù)欄團結(jié)湖橋柱沈陽山海關(guān)高速公路路椽石沈陽山海關(guān)摻入硅灰、減水劑、超細(xì)粉煤灰的路緣沈陽山海關(guān)高速公路冬季撤鹽4、混凝土的碳化、混凝土的碳化混凝土中堿性物質(zhì)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。氧化膜，它能有效地保護(hù)鋼筋，防

41、止鋼筋銹蝕。但由于大氣中的二氧化碳（但由于大氣中的二氧化碳（CO2）與混凝土中的堿性物質(zhì)）與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)，使混凝土的使混凝土的Ph值降低值降低。其他物質(zhì)，如。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。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當(dāng)混凝土保護(hù)層被碳化到鋼筋表面時，將破壞鋼筋表面的，將破壞鋼筋表面的氧化膜，引起鋼筋的銹蝕。此外，碳化還會加劇混凝土的氧化膜，引起鋼筋的銹蝕。此外，碳化還會加劇混凝土的收縮，可導(dǎo)致混凝土的開裂。收縮

42、，可導(dǎo)致混凝土的開裂。因此，因此，混凝土的碳化是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要問題混凝土的碳化是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要問題?；炷恋奶蓟瘡臉?gòu)件表面開始向內(nèi)發(fā)展，到保護(hù)層完全碳混凝土的碳化從構(gòu)件表面開始向內(nèi)發(fā)展，到保護(hù)層完全碳化，所需要的時間與化，所需要的時間與碳化速度碳化速度、混凝土保護(hù)層厚度混凝土保護(hù)層厚度、混凝混凝土密實性土密實性以及以及覆蓋層情況覆蓋層情況等因素有關(guān)。等因素有關(guān)。1 環(huán)境因素環(huán)境因素碳化速度主要取決于空氣中的碳化速度主要取決于空氣中的CO2濃度濃度和向混凝土中的和向混凝土中的擴擴散速度散速度?？諝庵械?。空氣中的CO2濃度大，混凝土內(nèi)外濃度大，混凝土內(nèi)外CO2濃度梯度也濃度梯度也愈

43、大，因而愈大，因而CO2向混凝土內(nèi)的滲透速度快，碳化反應(yīng)也快。向混凝土內(nèi)的滲透速度快，碳化反應(yīng)也快。空氣濕度空氣濕度和和溫度溫度對碳化反應(yīng)速度有較大影響。因為碳化反對碳化反應(yīng)速度有較大影響。因為碳化反應(yīng)要產(chǎn)生水份向外擴散，應(yīng)要產(chǎn)生水份向外擴散，濕度越大，水份擴散越慢濕度越大，水份擴散越慢。當(dāng)空。當(dāng)空氣相對濕度大于氣相對濕度大于80%，碳化反應(yīng)的附加水份幾乎無法向外，碳化反應(yīng)的附加水份幾乎無法向外擴散，使碳化反應(yīng)大大降低。擴散，使碳化反應(yīng)大大降低。而在極干燥環(huán)境下而在極干燥環(huán)境下，空氣中的，空氣中的CO2無法溶于混凝土中的孔無法溶于混凝土中的孔隙水中，碳化反應(yīng)也無法進(jìn)行。隙水中，碳化反應(yīng)也無法進(jìn)

44、行。試驗表明，當(dāng)混凝土周圍介質(zhì)的試驗表明，當(dāng)混凝土周圍介質(zhì)的相對濕度為相對濕度為50%75%時時，混凝土碳化速度最快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。環(huán)境溫度越高，碳化的化學(xué)反應(yīng)速度越快，且度越快，且CO2向混凝土內(nèi)的擴散速度也越快。向混凝土內(nèi)的擴散速度也越快。2 材料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，因而對混凝土碳化有重要影響。體積中可碳化物質(zhì)的含量，因而對混凝土碳化有重要影響。單位體積中單位體積中水泥的用量越多水泥的用量越多，會提高混凝土的強度，又會，會提高混凝土的強度，

45、又會提高混凝土的抗碳化性能。提高混凝土的抗碳化性能。水灰比水灰比也是影響碳化的主要因素。在水泥用量不變的條件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，密實性就下，水灰比越大，混凝土內(nèi)部的孔隙率也越大，密實性就越差，越差，CO2的滲入速度越快，因而碳化的速度也越快。的滲入速度越快，因而碳化的速度也越快。水灰比大會使混凝土孔隙中游離水增多，有利于碳化反應(yīng)。水灰比大會使混凝土孔隙中游離水增多，有利于碳化反應(yīng)。混凝土中混凝土中外加摻合料和骨料品種外加摻合料和骨料品種對碳化也有一定的影響。對碳化也有一定的影響。3 施工養(yǎng)護(hù)條件施工養(yǎng)護(hù)條件混凝土攪拌、振搗和養(yǎng)護(hù)

46、條件影響混凝土的混凝土攪拌、振搗和養(yǎng)護(hù)條件影響混凝土的密實性密實性，因而對碳，因而對碳化有較大影響。此外，養(yǎng)護(hù)方法與齡期對化有較大影響。此外，養(yǎng)護(hù)方法與齡期對水泥的水化程度水泥的水化程度有影有影響，進(jìn)而影響混凝土的碳化。所以保證混凝土施工質(zhì)量對提高響，進(jìn)而影響混凝土的碳化。所以保證混凝土施工質(zhì)量對提高混凝土的抗碳化性能十分重要?；炷恋目固蓟阅苁种匾? 覆蓋層覆蓋層不同飾面材料的碳化深度比5、鋼筋銹蝕、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)鍵問題。鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最關(guān)鍵問題。當(dāng)混凝土未碳化時當(dāng)混凝土未碳化時，由于水泥的高堿性，鋼筋表面形成一層，由于水泥的高堿

47、性，鋼筋表面形成一層致密的氧化膜，阻止了鋼筋銹蝕電化學(xué)過程。致密的氧化膜，阻止了鋼筋銹蝕電化學(xué)過程。當(dāng)混凝土被碳化當(dāng)混凝土被碳化，鋼筋表面的氧化膜被破壞，在有水份和氧，鋼筋表面的氧化膜被破壞，在有水份和氧氣的條件下，就會發(fā)生銹蝕的電化學(xué)反應(yīng)。氣的條件下，就會發(fā)生銹蝕的電化學(xué)反應(yīng)。鋼筋銹蝕產(chǎn)生的鐵銹（氫氧化亞鐵鋼筋銹蝕產(chǎn)生的鐵銹（氫氧化亞鐵Fe(OH)3），體積比鐵增加），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。加快發(fā)展。氧氣和水份是鋼筋銹蝕必要條件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混凝土的碳

48、化僅是為鋼筋銹蝕提供了可能銹蝕提供了可能。當(dāng)構(gòu)件使用環(huán)境很干燥（濕度當(dāng)構(gòu)件使用環(huán)境很干燥（濕度40%），或完全處于水中，），或完全處于水中，鋼筋的銹蝕極慢，幾乎不發(fā)生銹蝕。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，同時也使混而裂縫的發(fā)生為氧氣和水份的浸入創(chuàng)造了條件，同時也使混凝土的碳化形成立體發(fā)展。凝土的碳化形成立體發(fā)展。但近年來的研究發(fā)現(xiàn)，但近年來的研究發(fā)現(xiàn)，銹蝕程度與荷載產(chǎn)生的橫向銹蝕程度與荷載產(chǎn)生的橫向裂縫寬度無明顯關(guān)系裂縫寬度無明顯關(guān)系，在一般大氣環(huán)境下，裂縫寬，在一般大氣環(huán)境下，裂縫寬度即便達(dá)到度即便達(dá)到0.3mm，也只是在裂縫處產(chǎn)生銹點。，也只是在裂

49、縫處產(chǎn)生銹點。這是由于鋼筋銹蝕是一個電化學(xué)過程，因此這是由于鋼筋銹蝕是一個電化學(xué)過程，因此銹蝕主銹蝕主要取決于氧氣通過混凝土保護(hù)層向鋼筋表面的陰極要取決于氧氣通過混凝土保護(hù)層向鋼筋表面的陰極的擴散速度的擴散速度，而這種擴散速度主要取決于混凝土的，而這種擴散速度主要取決于混凝土的密實度密實度。裂縫的出現(xiàn)僅是使裂縫處鋼筋局部脫鈍，使銹蝕過裂縫的出現(xiàn)僅是使裂縫處鋼筋局部脫鈍，使銹蝕過程得以開始，但它對銹蝕速度不起控制作用。程得以開始，但它對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因此，防止鋼筋銹蝕最重要的措施是在增加混凝土的的密實性密實性和混凝土的和混凝土的保護(hù)層厚度保護(hù)層

50、厚度。鋼筋銹蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)損傷過程如下，首先在裂縫寬度較鋼筋銹蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)損傷過程如下，首先在裂縫寬度較大處發(fā)生個別點的大處發(fā)生個別點的“坑蝕坑蝕”，繼而逐漸形成，繼而逐漸形成“環(huán)蝕環(huán)蝕”，同時，同時向裂縫兩邊擴展，形成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴(yán)重向裂縫兩邊擴展，形成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴(yán)重銹蝕時，會導(dǎo)致銹蝕時，會導(dǎo)致沿鋼筋長度出現(xiàn)縱向裂縫沿鋼筋長度出現(xiàn)縱向裂縫，甚至導(dǎo)致混凝土，甚至導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落，習(xí)稱保護(hù)層脫落，習(xí)稱“暴筋暴筋”，從而導(dǎo)致截面承載力下降，直，從而導(dǎo)致截面承載力下降，直至最終引起結(jié)構(gòu)破壞。至最終引起結(jié)構(gòu)破壞。鋼筋銹蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)損傷過程如下，首先在裂縫

51、寬度較鋼筋銹蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)損傷過程如下，首先在裂縫寬度較大處發(fā)生個別點的大處發(fā)生個別點的“坑蝕坑蝕”，繼而逐漸形成，繼而逐漸形成“環(huán)蝕環(huán)蝕”，同時，同時向裂縫兩邊擴展，形成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴(yán)重向裂縫兩邊擴展，形成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴(yán)重銹蝕時，會導(dǎo)致銹蝕時，會導(dǎo)致沿鋼筋長度出現(xiàn)縱向裂縫沿鋼筋長度出現(xiàn)縱向裂縫，甚至導(dǎo)致混凝土，甚至導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落，習(xí)稱保護(hù)層脫落，習(xí)稱“暴筋暴筋”，從而導(dǎo)致截面承載力下降，直，從而導(dǎo)致截面承載力下降，直至最終引起結(jié)構(gòu)破壞。至最終引起結(jié)構(gòu)破壞。T0T1T2時間銹蝕量脫鈍縱向開裂破壞面積減小屈服強度降低粘結(jié)力降低鋼筋銹蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)損傷過程

52、如下，首先在裂縫寬度較鋼筋銹蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)損傷過程如下，首先在裂縫寬度較大處發(fā)生個別點的大處發(fā)生個別點的“坑蝕坑蝕”，繼而逐漸形成，繼而逐漸形成“環(huán)蝕環(huán)蝕”，同時，同時向裂縫兩邊擴展，形成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴(yán)重向裂縫兩邊擴展，形成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴(yán)重銹蝕時，會導(dǎo)致銹蝕時，會導(dǎo)致沿鋼筋長度出現(xiàn)縱向裂縫沿鋼筋長度出現(xiàn)縱向裂縫，甚至導(dǎo)致混凝土，甚至導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落，習(xí)稱保護(hù)層脫落，習(xí)稱“暴筋暴筋”，從而導(dǎo)致截面承載力下降，直，從而導(dǎo)致截面承載力下降，直至最終引起結(jié)構(gòu)破壞。至最終引起結(jié)構(gòu)破壞。除增加混凝土的密實度和保護(hù)層厚度外，采用除增加混凝土的密實度和保護(hù)層厚度外，采用涂

53、面涂面層層、鋼筋阻銹劑鋼筋阻銹劑、涂層鋼筋涂層鋼筋等措施來防止鋼筋的銹等措施來防止鋼筋的銹蝕。蝕。二、結(jié)構(gòu)工作環(huán)境類別混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與結(jié)構(gòu)工作的混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與結(jié)構(gòu)工作的環(huán)境環(huán)境有密切關(guān)系。有密切關(guān)系。同一結(jié)構(gòu)在強腐蝕環(huán)境中要比一般大氣環(huán)境中的使用壽命短。同一結(jié)構(gòu)在強腐蝕環(huán)境中要比一般大氣環(huán)境中的使用壽命短。對于不同環(huán)境對于不同環(huán)境，可以采取不同措施來保證結(jié)構(gòu)使用壽命。，可以采取不同措施來保證結(jié)構(gòu)使用壽命。如在惡劣環(huán)境如在惡劣環(huán)境，一味增加混凝土保護(hù)層是不經(jīng)濟的，效果也，一味增加混凝土保護(hù)層是不經(jīng)濟的，效果也不一定好。可在構(gòu)件表面采用防護(hù)涂層。不一定好。可在構(gòu)件表面采用防護(hù)涂層。表 9

54、-3 混凝土結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境類別 環(huán)境類別 說 明 一 室內(nèi)正常環(huán)境；無侵蝕性介質(zhì)、無高溫高濕影響、不與土壤直接接觸的環(huán)境 a 室內(nèi)潮濕環(huán)境；露天環(huán)境；與無侵蝕性水及土壤直接接觸的環(huán)境 二 b 寒冷及嚴(yán)寒地區(qū)的露天環(huán)境；與無侵蝕性水及土壤直接接觸的環(huán)境 三 使用除冰鹽的環(huán)境；嚴(yán)寒寒冷地區(qū)的水位變動區(qū)；濱海地區(qū)室外環(huán)境；四 海洋環(huán)境（海水潮汐區(qū)；浪濺區(qū)；海水下環(huán)境）五 受人為和自然的化學(xué)侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境 三、耐久性極限狀態(tài)與耐久性設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性極限狀態(tài)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性極限狀態(tài)，是指經(jīng)過一定使用年限后，是指經(jīng)過一定使用年限后，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)某一部分達(dá)到或超過某種特定狀態(tài)，以致結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)

55、某一部分達(dá)到或超過某種特定狀態(tài)，以致結(jié)構(gòu)不能滿足預(yù)定功能的要求。不能滿足預(yù)定功能的要求。但經(jīng)過簡單修補、維修，費用不大，可恢復(fù)使用要求的情但經(jīng)過簡單修補、維修，費用不大，可恢復(fù)使用要求的情況，可以認(rèn)為沒有達(dá)到耐久性極限狀態(tài)。況，可以認(rèn)為沒有達(dá)到耐久性極限狀態(tài)。只有當(dāng)嚴(yán)重超出正常維修費允許范圍時，結(jié)構(gòu)的使用壽命只有當(dāng)嚴(yán)重超出正常維修費允許范圍時，結(jié)構(gòu)的使用壽命才終止。才終止。三、耐久性極限狀態(tài)與耐久性設(shè)計1 對于不允許鋼筋銹蝕的構(gòu)件和環(huán)境，混凝土保護(hù)層完全碳對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，即化，即鋼筋脫鈍的時間鋼筋脫鈍的時間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)

56、件；低溫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。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)到某一值鋼筋銹蝕后截面損失率達(dá)到某一值T2，如，如15%，可依耐，可依耐久性等級而定。久性等級而定。該極限狀態(tài)可為一般混凝土結(jié)構(gòu)采用，因為鋼筋從脫鈍到喪該極限狀態(tài)可為一般混凝土結(jié)構(gòu)采用，因為鋼筋從脫鈍到喪失承載力還有相當(dāng)長的時間，鋼筋截面損失失承載力還有相當(dāng)長的時間，鋼筋截面損失15%對結(jié)構(gòu)承載對結(jié)構(gòu)承載力的影響還不是很嚴(yán)重。力的影響還不是

57、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。隨著時間的推移，因荷載的作用、環(huán)境變化引起的材料老化、隨著時間的推移，因荷載的作用、環(huán)境變化引起的材料老化、損傷，結(jié)構(gòu)材料的性能逐漸下降，結(jié)構(gòu)可靠度隨時間逐漸降損傷，結(jié)構(gòu)材料的性能逐漸下降，結(jié)構(gòu)可靠度隨時間逐漸降低，失效概率逐漸增大。低，失效概率逐漸增大。當(dāng)可靠指標(biāo)降低到不可接受的程度時，則認(rèn)為達(dá)到了耐久性當(dāng)可靠指標(biāo)降低到不可接受的程度時，則認(rèn)為達(dá)到了耐久性極限狀態(tài)。極限狀態(tài)。但結(jié)構(gòu)經(jīng)過維修，其可靠度將提高。但結(jié)構(gòu)經(jīng)過維修，其可靠度將提高。4 徐變位移達(dá)到某一限值徐變位移達(dá)到某一限值。徐變是混凝土的一項性

58、質(zhì)，有些結(jié)構(gòu)甚至是重大結(jié)構(gòu)因徐變徐變是混凝土的一項性質(zhì)，有些結(jié)構(gòu)甚至是重大結(jié)構(gòu)因徐變過大而發(fā)生破壞，這也可認(rèn)為是一種耐久性破壞。過大而發(fā)生破壞，這也可認(rèn)為是一種耐久性破壞。對結(jié)構(gòu)壽命的計算還是一個很困難的問題，目前主要對基對結(jié)構(gòu)壽命的計算還是一個很困難的問題，目前主要對基于混凝土碳化和鋼筋銹蝕所需要時間的計算。于混凝土碳化和鋼筋銹蝕所需要時間的計算。T1為混凝土保護(hù)層完全碳化所需要的時間，為混凝土保護(hù)層完全碳化所需要的時間，若不容許鋼筋若不容許鋼筋銹蝕銹蝕，則，則T1即為結(jié)構(gòu)壽命即為結(jié)構(gòu)壽命；若允許鋼筋有一定量的銹蝕若允許鋼筋有一定量的銹蝕，則可取開始出現(xiàn)沿鋼筋產(chǎn)生，則可取開始出現(xiàn)沿鋼筋產(chǎn)生縱

59、向裂縫的時間縱向裂縫的時間T1+T2作為結(jié)構(gòu)壽命作為結(jié)構(gòu)壽命；若允許結(jié)構(gòu)承載力開始下降若允許結(jié)構(gòu)承載力開始下降，則可取結(jié)構(gòu)壽命則可取結(jié)構(gòu)壽命T1+T2+T3。四、保證耐久性的措施1 最小保護(hù)層厚度最小保護(hù)層厚度：為保證耐久性和鋼筋的粘結(jié)力，對一、二、三類環(huán)境一般為保證耐久性和鋼筋的粘結(jié)力，對一、二、三類環(huán)境一般建筑結(jié)構(gòu)（設(shè)計工作壽命建筑結(jié)構(gòu)（設(shè)計工作壽命50年），年），規(guī)范規(guī)范規(guī)定了最小混規(guī)定了最小混凝土保護(hù)層厚度。凝土保護(hù)層厚度。對四、五類環(huán)境種的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)按專門規(guī)定考慮。對四、五類環(huán)境種的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)按專門規(guī)定考慮。當(dāng)對結(jié)構(gòu)設(shè)計工作壽命有更高要求時（當(dāng)對結(jié)構(gòu)設(shè)計工作壽命有更高要求時（10

60、0年），混凝土保年），混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)將表護(hù)層厚度應(yīng)將表5-1的數(shù)值乘以的數(shù)值乘以1.4或采用表面防護(hù)，定期或采用表面防護(hù)，定期維修等措施。維修等措施。2 混凝土的要求混凝土的要求：耐久性的另一個重要方面是耐久性的另一個重要方面是混凝土密實性混凝土密實性，因為密實性好，因為密實性好對延緩混凝土的碳化和鋼筋銹蝕有很大作用。對延緩混凝土的碳化和鋼筋銹蝕有很大作用。提高混凝土密實性主要是減小水灰比和保證水泥用量。提高混凝土密實性主要是減小水灰比和保證水泥用量。若混凝土種氯離子含量過大，則會對鋼筋銹蝕有惡劣影響。若混凝土種氯離子含量過大，則會對鋼筋銹蝕有惡劣影響。表 9-4 結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要

61、求 環(huán)境類別 水灰比 不大于 水泥用量不少于(kg/m3)混凝土強度 等級不小于 氯離子含量 不大于 一 0.65 200 C15 1.00%a 0.60 225 C20 0.30%二 b 0.55 250 C25 0.30%三 0.50 275 C30 0.15%注：1、氯離子含量按水泥總重量的百分率計算；2、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的混凝土中的氯離子含量不得超過 0.06%；3、當(dāng)混凝土中加入摻合料時，可酌情降低水泥用量；處于二類環(huán)境中的基礎(chǔ)，混凝土強度等級可采用 C20，但保護(hù)層厚度應(yīng)符合地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的要求。表 9-5 混凝土中的堿含量限值（kg/m3）環(huán)境類別 一般結(jié)構(gòu) 重要結(jié)構(gòu) 特殊結(jié)構(gòu) 一

62、3.0 二、三 3.5 用非活性骨料 注：1、當(dāng)混凝土中加入礦渣、粉煤灰等活性摻合料且有可靠根據(jù)時，可放寬堿含量的限值；2、當(dāng)沒有活性骨料 時，可不考慮堿含量。3 裂縫控制裂縫控制：裂縫的出現(xiàn)加快了混凝土的碳化，也是使鋼筋開：裂縫的出現(xiàn)加快了混凝土的碳化，也是使鋼筋開始銹蝕的主要條件。為保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，必須對裂縫始銹蝕的主要條件。為保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，必須對裂縫進(jìn)行控制。進(jìn)行控制。規(guī)范規(guī)范根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件所處環(huán)境類別，鋼筋種類對根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件所處環(huán)境類別，鋼筋種類對腐蝕的敏感性，以及荷載作用時間，將裂縫控制分為三個等級：腐蝕的敏感性，以及荷載作用時間，將裂縫控制分為三個等級：一級：一級：

63、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；按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計算時，；按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力。構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力。二級：二級：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；按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計算時，；按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)大于混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值；而按荷構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)大于混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值；而按荷載準(zhǔn)永久組合計算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力，載準(zhǔn)永久組合計算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力，有可靠經(jīng)驗時可適當(dāng)放松；有可靠經(jīng)驗時可適當(dāng)放松；三級：三級：允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件；按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合

64、并考慮長期作用；按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響計算時，構(gòu)件的最大裂縫寬度應(yīng)滿足表影響計算時，構(gòu)件的最大裂縫寬度應(yīng)滿足表11-6規(guī)定的限值。規(guī)定的限值。表 9-6 裂縫控制等級與裂縫寬度限值 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 環(huán)境 類別 裂縫控制等級 最大裂縫寬度限值 裂縫控制等級 最大裂縫寬度限值 一 三 0.3 三 0.2 二 三 0.2 二 三 三 0.2 一 4 其他措施其他措施對于結(jié)構(gòu)中使用環(huán)境較差的構(gòu)件，對于結(jié)構(gòu)中使用環(huán)境較差的構(gòu)件，宜設(shè)計成可更換或易更宜設(shè)計成可更換或易更換的構(gòu)件。換的構(gòu)件。對于暴露在侵蝕性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，宜采用帶肋對于暴露在侵蝕性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，宜采用帶

65、肋環(huán)氧環(huán)氧涂層鋼筋涂層鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)有防護(hù)措施。，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)有防護(hù)措施。采用有利提高耐久性的采用有利提高耐久性的高強混凝土高強混凝土。肚松衯宸&愮鐝D)?$?d悡!餯怉 扈鋹A 嘬貑 d?噡1/2001騫寸15鏈?-CRM鍦氱敤.files/imgr_logo.gif 冣杁9/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-CRM鍦氱敤.files/logo.gif 冟?A/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-CRM鍦敤.files/logo_compute.gif 冡?疘1/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/9/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.file

66、s/0830.gif冧塖阇8/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/4-2.gif 冨篰飁/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/imgr_logo.gif 冨杁9/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/logo.gif 冦旿?A/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/logo_compute.gif 冧?疘4/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/0830.gif 冪阇?/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/biaoshi.gif 冭賏?;/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/cio.gif 冩?=/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/email.gif冩?A/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/imgr_logo.gif 冭聖杁/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-