1、 第九章第九章 鋼筋混凝土鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性土結構的耐久性概 述：1、結構或構件應根據承載力極限狀態進行計算，對某些構件還應根據使用條件，進行正常使用極限狀態驗算，使變形和裂縫寬度不超過規定的限制值。2、結構不滿足正常使用極限狀態的危害性比不滿足承載力極限狀態要低，可小些，驗算時采用荷載標準值、荷載準永久值和材料強度的標準值。3、由于構件的變形及裂縫寬度都隨時間增大，因此，驗算時，應按荷載效應的標準組合并考慮長期作用的影響。4、變形和裂縫寬度驗算是以第階段、即帶裂縫工作階段為依據。正常使用極限狀態的驗算正常使用極限狀態的驗算內容包括變形、裂縫、

2、耐久性等 第一節第一節 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算 一、截面彎曲剛度的概念及定義 1定義： mei 使截面產生單位曲率（轉角）需要施加的彎矩值，它體現了截面抵抗彎曲變形的能力。 2主要特性 （1）隨荷載的增加而減小 （2）隨配筋率的降低而減小 （3）沿構件跨度、截面抗彎剛度是變化的（4）隨加載時間的增長而減小 3撓度計算公式撓度計算公式eimlsf20或 20lsfs為與荷載形式、支承條件有關的撓度系數 4截面抗彎剛度的取值截面抗彎剛度的取值 1）對要求不出現裂縫的構件 ei=0.85ecioio為換算截面的慣性矩 2）驗算正常使用階段構件的撓度時mtgbm=0.

3、5mu0.7mu 規范定義在m曲線上，0.5mu0.7mu 取段內，任意一點與坐標原點o相連的割線斜率tg為截面彎曲剛度。二、短期剛度二、短期剛度bs 荷載短期作用下的截面彎曲剛度ksmb1、平均曲率 1）沿梁長，受拉鋼筋的拉應變和受壓區邊緣混凝土的壓應變都是不均勻分布的； 2）沿梁長，中和軸高度呈波浪形變化； 3）如果量測范圍較長（750mm），則各水平纖維的平均應變沿梁截面高度的變化符合平截面假定。根據平截面假定： ocmsmhr1r與平均中和軸相應的平均曲率半徑 cmsm,分別為縱向受拉鋼筋重心處的平均拉應變和受壓區邊緣砼的平均壓應變oh截而的有效高度 cmsmokkshmmb2裂縫截面

4、的應變裂縫截面的應變 和和skcksskskecckcckckveecksk,分別按荷載效應的標準組合作用計算裂縫截面處縱向受拉鋼筋重心處的拉應力和受壓區邊緣砼的壓應力。cece分別為砼的變形模量和彈性模量 v砼的彈性特征值oskskham裂縫截面處內力臂長度系數受壓區面積 oofoffbhrbxhbb)()(fr受壓翼緣的加強系數 offfbhhbbr/)(將曲線分布的壓應力換算成平均壓應力 ck200)(bhrmfkck壓應力圖形豐滿程度系數 3平均應變平均應變 cmsm和ssscksksmehame0裂縫間縱向受拉鋼筋重心處的拉應變不均勻系數。 coofkccckcckccmvebhrm

5、ve2)(c受壓區邊緣砼壓應變不均勻系數取 cofrv/)(則 cokcmebhm2受壓區邊緣混凝土平均應變綜合系數（截面彈塑性抵抗矩系數）4短期剛度短期剛度 csoscmsmokksebhehahmmb30211取 cseee /esscossossshaebhehaehaeb203022三、參數三、參數 、 和和 的表達式的表達式1裂縫截面處內力臂長度系數 0haemhamssksokosskok實驗和理論分析可近似取 87. 0（常用的混凝土強度等級及配筋率） 2.裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數 的物理意義就是反映了裂縫間受拉混凝土對縱向受拉鋼筋應變的影響程度。 的大小隨荷載而變化。

6、的大小還與以有效受拉砼截面面積計算、且考慮鋼筋粘結性能差異后的有效縱向受拉鋼筋配筋率 有關。 tetesteaaate=0.5bh+(bf-b)hf 此外， 值還受到截面尺寸的影響，即 隨截面高度的增加而增大。sktetkf65.01 .1當 2 . 0取 2 . 0當 1取 1當 01. 0te時， 取 01. 0te3系數系數 試驗表明： 與 e及受壓翼緣加強系數 fr有關： feera5 . 3162 . 04短期剛度短期剛度bs的計算公式：的計算公式： fesssrhaeb5 .3162 .015.120注：1）、計算 fr當 ,2 . 00hhf取 02 . 0 hhf2）、考慮受壓

7、鋼筋時， )(eofffbhhbbr四、受彎構件剛度四、受彎構件剛度b（長期剛度（長期剛度 ） lb1荷載長期作用下剛度降低的原因。 砼的徐變和收縮、鋼筋的應力松馳、混凝土和鋼筋的相對滑移、受壓砼的塑性發展等等。2剛度b 用撓度增大的影響系數來反映荷載長期作用部分的影響sqsqkblmsblmmsf2020)(mk、mq分別為荷載效應的標準組合和永久組合值 如果上式僅用剛度b表達 blmsfk20上兩式相等得： skqkbmmmb)1(時，當0=2.0 時，=1.6時，04 .00 .2五、最小剛度原則與撓度計算五、最小剛度原則與撓度計算最小剛度原則：撓度計算時，一般取同號彎矩區段內彎矩最大截

8、面的抗彎剛度作為該區段的抗彎剛度，而在連續梁或框架梁中，則采用最大正彎矩截面和最大負彎矩截面的剛度分別作為相應正負彎矩區段的剛度。這種處理原則稱作“最小剛度原則”。limff limf允許撓度值 f根據最小剛度原則計算的撓度blmsfk20六、受彎構件撓度驗算的幾點說明六、受彎構件撓度驗算的幾點說明 1影響短期剛度bs的因素 1）mk增大，bs減小2） 增大，bs略有增大3）翼緣存在，bs有所增大4）在常配筋率=1%2%的情況下，提高砼強度等級對提高bs作用不大5）h0增大，bs增大顯著2配筋率對承載力和撓度的影響配筋率對承載力和撓度的影響配筋率對承載力、剛度及撓度的影響如下圖： 結論：一個構

9、件不能盲目地用增大配筋率的方法來解決撓度不滿足的問題，對撓度要求較高時，在中等配筋率時就會出現撓度不滿足的情況。 3跨高比跨高比采用較小的跨度比l0/h，配筋率又限制在一定的范圍內時，如滿足承載力要求，計算撓度也必然同時滿足，為此可以給出不需作撓度驗算的最大跨高比。4砼結構構件變形限值砼結構構件變形限值1）保證建筑的使用功能要求2）防止對結構構件產生不良影響3）防止對非結構構件產生不良影響4）保證人們的感覺在可接受程度之內 limf第二節第二節 鋼筋混凝土構件裂縫寬度的計算鋼筋混凝土構件裂縫寬度的計算一、裂縫的出現、分布和開展一、裂縫的出現、分布和開展未出現裂縫前，混凝土和鋼筋在純彎區段各截面

10、拉力與應變分別相同ia階段，即將出現裂縫裂縫出現瞬間，裂縫處的混凝土退出工作，應力降至零，砼向裂縫兩側回縮，鋼筋和混凝土之間產生粘結應力，混凝土的拉應力由裂縫處的零逐漸增大，達到l后，粘結應力消失；粘結應力作用長度l與粘結強度有關，與鋼筋表面積大小有關，與配筋率有關彎矩繼續增大，在離裂縫截面l的另一薄弱截面易出現新的裂縫平均裂縫間距應為1.5l在荷載長期作用下，裂縫開展寬度增大，原因為：a)混凝土的滑移徐變和拉應力松弛，b)混凝土的收縮c)荷載的變動導致鋼筋直徑的變化引起粘結強度的降低二、平均裂縫間距二、平均裂縫間距llm5 . 1粘結應力傳遞長度可由平衡方程求得：tetssssafaa21u

11、laamssss21平均粘結應力）（muafltemt鋼筋直徑相同時 tetedua4tetmdfll835 . 1temtdklf1經驗系數）（1k試驗表明：ml不僅與 ted有關，而且與混凝土保護層厚度c有很大的關系，還與鋼筋的表面特征有關teeqmdkckl12iiiiieqdvndnd27 . 00 . 1 ，對光面鋼筋，取對帶肋鋼筋，取粘結特性系數，種縱向受拉鋼筋的相對第ivi三、平均裂縫寬度三、平均裂縫寬度裂縫寬度是指受拉鋼筋截面重心水平處構件側表面的裂縫寬度1、平均裂縫寬度的計算式msmctmsmmctmmsmmlllw1;ssksksmsme應變，縱向受拉鋼筋的平均拉;均拉應變

12、平處側表面混凝土的平與縱向受拉鋼筋相同水ctm令 smctmc1c裂縫間混凝土自身伸長對裂縫寬度的影響系數 c與配筋率、截面形狀和混凝土保護層厚度等因素有關，但變化不大，可近似取85. 0c則 msskmsskcmlelew85.02、裂縫截面處鋼筋的應力、裂縫截面處鋼筋的應力 sk（1）受彎構件087. 0hamsksk（2）軸心受拉構件skskan（3）偏心受拉構件）偏心受拉構件)(0sskskahaen其中 scayee0（4）偏心受壓構件）偏心受壓構件skskahhen00)(其中： 20)(1 (12. 087. 0ehrfssyee02000)(400011hlhes0 . 114

13、0shl時，取當四、最大裂縫寬度及其驗算四、最大裂縫寬度及其驗算1、確定最大裂縫寬度的方法最大裂縫寬度由平均裂縫寬度乘以“擴大系數”得到，“擴大系數”主要考慮以下兩種情況：（1）荷載標準組合下裂縫寬度的不均勻性；（2）荷載長期效應2、最大裂縫寬度的計算mlwwmax)08. 09 . 1 (maxteeqsskcrdcewcr _ 構件受力特征系數 1 . 24 . 27 . 2crcrcr受彎和偏壓構件偏心受拉構件軸心受拉構件eqd_ 縱向受拉鋼筋的等效直徑c_ 縱筋的保護層厚度, 當c65時取c=653、影響的主要因素、影響的主要因素sk eqd te可以給出鋼筋混凝土構件不需作裂縫寬度驗

14、算的最大鋼筋直徑圖表4、最大裂縫寬度驗算、最大裂縫寬度驗算limmaxww規范規定：（1）對直接承受吊車荷載的受彎構件，85. 01maxxw，所以由于已取（2）偏壓不予驗算55. 000he5、最大裂縫寬度限值、最大裂縫寬度限值一是外觀要求；二是耐久性要求第三節、混凝土構件的截面延性第三節、混凝土構件的截面延性一、延性概念1、定義：結構、構件或截面的延性是指從屈服開始至達到最大承載能力 或達到以后而承載力還沒有顯著下降期間的變形能力。的過程上圖uy_2 要求結構、構件或截面具有一定延性的目的（1）有利于吸收和耗散地震能量，滿足抗震方面的要求（2）防止象超筋梁那樣的脆性破壞；（3）在超靜定結構

15、中，能更好地適應地基不均勻沉降以及溫度變化等情況；（4）使超靜定結構能更好地進行內力重分布。二、受彎構件截面曲率延性系數二、受彎構件截面曲率延性系數1、受彎構件截面曲率延性系數表達式01hkyyacuuxaycuyuxhku01k 鋼筋開始屈服時的受壓區高度系數，對單筋截面eeek22對雙筋截面 eesehak)()(20220111101hfffhfxxyccuucya0111hffkuyccu2、影響因素u）1u）2ucu）3uffyc,4）各影響因素可歸納為兩個綜合因素：極限壓應變cu以及受壓區高度0kh和ax1.提高u的措施1）限制縱向受拉鋼筋的配筋率，一般不應大于2.5%；受壓區高度

16、035. 025. 0hx2）規定受壓鋼筋和受拉鋼筋的最小比例，一般使as/as保持為0.30.5；3）在彎矩較大的區段適當加密箍筋。三、偏心受壓構件截面曲率延性分析三、偏心受壓構件截面曲率延性分析1.軸壓比afnnc是影響是影響偏心受壓構件截面曲率延性系數的主要因素之一；規范規定： 9 . 07 . 0afnnc2.偏心受壓構件配箍率的大小及箍筋形式，對截面曲率延性系數的影響較大。cyssff為含箍特征值 第四節第四節 混凝土結構的耐久性混凝土結構的耐久性一、耐久性的概念和主要影響因素一、耐久性的概念和主要影響因素1、混凝土結構的耐久性 混凝土結構的耐久性是指在設計使用年限內，在正常維護下，

17、必須保持適合于使用，而不需進行維護加固。建筑結構可靠度設計統一標準規定：設計使用年限分為50年和100年2、影響耐久性的主要因素內部因素：混凝土的強度、密實性、水泥用量、水灰比、氯離子及堿含量、 外加劑用量、保護層厚度等；外部因素：環境條件（溫濕度、co2含量、侵蝕性介質等） 混凝土的碳化 鋼筋表面氧化膜的破壞（鋼筋銹蝕的必要條件） 含氧水分的侵入，鋼筋生銹（水分的侵入是鋼筋銹蝕的充分條件）另外：“必須嚴格禁止使用氯鹽”，“防止堿集料反應”二、混凝土的碳化二、混凝土的碳化1、影響碳化的因素環境因素：co2的濃度、相對濕度和溫度的交替變化材料本身的性質：水泥用量、水灰比和混凝土保護層厚度2、減小

18、碳化的措施1）合理設計混凝土的配合比，規定水泥用量的低限值和水灰比的高限值，合理采用摻合料；2）提高混凝土的密實性，抗滲性；3）規定混凝土保護層的最小厚度；4）采用覆蓋面層（水泥砂漿或涂料等）三、鋼筋的銹蝕三、鋼筋的銹蝕鋼筋銹蝕的必要條件和充分條件大范圍內出現沿鋼筋的縱向裂縫作為判別混凝土結構構件壽命終結的標準。防止鋼筋銹蝕的主要措施有：1）混凝土本身要降低水灰比，保證密實度，具有足夠的保護層厚度，嚴格控制含氯量。2）采用覆蓋層，防止co2、o2、cl 的滲入。3）在海工結構、強腐蝕介質中的混凝土結構中，可采用鋼筋阻銹劑、防腐蝕鋼筋、環氧涂層鋼筋、渡鋅鋼筋、不銹鋼鋼筋等。4）對鋼筋采用陰極保護

19、法。四、耐久性設計四、耐久性設計1、耐久性設計的目的和基本原則耐久性概念設計的目的是指在規定的設計使用年限內，在正常維護下，必須保持適合于使用，滿足既定功能的要求。耐久性概念設計的基本原則是根據結構的環境類別和設計使用年限進行設計。對臨時性混凝土結構和大體積混凝土結構的內部可以不考慮耐久性設計。2、混凝土結構使用環境類別附表5-23、混凝土結構的設計使用年限一般可分為50年和100年設計使用年限的預測主要基于混凝土的碳化和鋼筋銹蝕所需的時間并考慮環境條件的修正加以估算耐久性極限狀態可分為三類：1）不允許鋼筋銹蝕時，混凝土保護層完全碳化 11tt 2）允許鋼筋銹蝕一定量值 212ttt3）承載力開始下降 3213tttt4、保證耐久性的技術措施（1）結構設計技術措施1）未經技術鑒定和設計許可，不能改變結構的使用環境，不得改變結構的用途；2）對于結構中使用環境較差的構件，宜設計成可更換或易更換的構件；3）宜根據環境類別，規定維護措施及檢查年限；對重要的結構，宜在與使用環境類別相同的適當部位設置供永久性檢查的專用構件。4）對于暴露在侵蝕性環境中的結構構件，