第7章 混凝土構(gòu)件的變形、裂縫和耐久性VIP

1、第7章 鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂縫和混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性在第2章中講過結(jié)構(gòu)或構(gòu)件應根據(jù)承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)分別進行計算和驗算。對各類構(gòu)件都要求進行承載力計算；對某些結(jié)構(gòu)構(gòu)件還應該根據(jù)其使用條件，一方面通過驗算使變形和裂縫寬度不超過規(guī)定限值，另一方面還應滿足保證耐久性的其他規(guī)定。7.1 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的撓度，可根據(jù)構(gòu)件的剛度用力學方法計算。例如，承受均布荷載、計算跨度為的簡支梁，其跨中撓度為： (7.1)式中Mk按荷載效應的標準組合計算的跨內(nèi)最大彎矩值，簡支梁彎矩； B受彎構(gòu)件的剛度。對于勻質(zhì)彈性體，截面剛度不隨荷載的大小和時間而變

2、化，是個常量（EI）。而對于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，由于正常使用情況下梁會開裂，裂縫的出現(xiàn)和開展將使梁的抗彎剛度降低，且開裂截面和未開裂截面的抗彎剛度也不一致；其次，由于多種因素尤其是混凝土的徐變、收縮等，梁的抗彎剛度隨時間而緩慢降低。因此，在鋼筋混凝土梁的撓度計算中，引進如下概念。7.1.1 短期剛度Bs在荷載效應的標準組合下，考慮到混凝土受拉區(qū)的開裂和受壓區(qū)的塑性變形，根據(jù)試驗分析和理論推導，受彎構(gòu)件的短期剛度Bs可按如下公式計算： (7.2)式中鋼筋彈性模量與混凝土模量之比，； 縱向受拉鋼筋的配筋率，；受壓翼緣面積與腹板有效面積的比值：，其中、為受壓翼緣的寬度和高度，當時，取。 裂縫間縱向受

3、拉鋼筋應變的不均勻系數(shù)，當時，取0.2；當時，取1.0。 （7.3）式7.3中按荷載效應標準值組合計算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋的應力，對受彎構(gòu)件； 7.1.2 剛度B 考慮荷載的長期作用的影響，構(gòu)件剛度B按下列公式計算： （7.4）式中、按荷載效應的標準組合、準永久組合計算的彎矩，取計算區(qū)段內(nèi)的最大彎矩值； 考慮荷載長期作用對撓度增大的影響系數(shù)，當時，??；時，??；當為中間數(shù)值時，按線性插法取用。此處，。對翼緣位于受拉區(qū)的倒T形截面，內(nèi)應增加20。7.1.3 最小剛度剛度原則即使對于等截面鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，沿構(gòu)件長度的各個截面的剛度也不相同（由于構(gòu)件開裂和裂縫寬度和高度受彎矩的影響），故在

4、計算撓度時，假定各同號彎矩區(qū)段內(nèi)的剛度相等，并取用該區(qū)段內(nèi)最大彎矩處的剛度（即最小剛度）。7.1.4 驗算按上述剛度和最小剛度原則計算的受彎構(gòu)件的撓度不應超過受彎構(gòu)件撓度的限值。 （7.5）式中允許撓度值，按表7.1采用；根據(jù)最小剛度原則采用的剛度B進行計算的撓度。表7.1 受彎構(gòu)件的撓度限值構(gòu)件類型撓度限值吊車梁：手動吊車 電動吊車屋蓋、樓蓋及樓梯構(gòu)件：當時當時當時（）（）（）注：如果構(gòu)件制作時預先起拱，且使用上也允許，則在驗算撓度時，可將計算所得的撓度限值減去起拱值，對預應力混凝土構(gòu)件，尚可減去預加應力所產(chǎn)生的反拱值；表中括號內(nèi)的數(shù)值適用于使用上對撓度有較高要求的構(gòu)件；計算懸臂構(gòu)件的撓度限

5、值時，其計算跨度按實際懸臂長度的2倍取用?！纠?1】 已知一矩形截面簡支梁，計算跨度l0=4.5m，截面尺寸及配筋如例7.1圖所示，承受均布線荷載，其中恒載標準值為gk18.0kNm,活載標準值qk=12.0kNm2，準永久值系數(shù)q=0.5，混凝土強度等級為C20，ftk1.54Nmm2，Ec=2.55×104Nmm2；HRB335級鋼筋，fy 300Nmm2，Es2.0×105 Nmm2，撓度限值flim為l0250。試驗算該梁跨中撓度是否滿足要求。圖7.1 例7.1圖【解】（1）內(nèi)力計算kN·mkN·m(2)剛度計算mm Nmm2=2.411

6、5;1013N·mm2=1.341×1013N·mm2(3)撓度驗算mm （4）驗算是否符合要求mm>mm，滿足要求。7.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件裂縫寬度驗算形成裂縫的原因是多方面的。本節(jié)所指的裂縫，是指荷載作用下的正截面裂縫。由于混凝土的抗拉強度很低，鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用階段通常是帶裂縫工作的，其裂縫控制等級為三級，要進行裂縫寬度驗算。計算的裂縫最大寬度應滿足 （7.6）式中最大裂縫寬度限值，見表7.2表7.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級和最大裂縫寬度限值(mm)環(huán)境類別鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預應力混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制等級(mm)裂縫控制等級(mm)一三0.3(0.4

7、)三0.2二三0.2二-三三0.2一-注：括號內(nèi)的數(shù)字用于年平均相對濕度小于60的受彎構(gòu)件；對位于四、五類環(huán)境下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，另見專門標準規(guī)定；表中最大裂縫寬度限值用于驗算荷載作用引起的最大裂縫寬度；一類環(huán)境下的屋架、托架、需作疲勞驗算的吊車梁，取0.2mm，一類環(huán)境下的預應力屋面梁、屋架、托架、屋面板和樓板，按二級裂縫控制等級進行驗算。7.2.1 平均裂縫間距試驗表明，受彎構(gòu)件的裂縫間距在荷載達到一定程度后，間距將基本穩(wěn)定，其平均裂縫間距與裂縫寬度成正比。根據(jù)試驗結(jié)果統(tǒng)計分析，有 （7.7）式中按有效受拉混凝土面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率；對受彎構(gòu)件，此處、為受拉翼緣寬度和高度。當時，??； c

8、最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉邊距離； 縱向受拉鋼筋的等效直徑，mm； （7.9）式中第i種縱向受拉鋼筋直徑，mm；第i種縱向受拉鋼筋根數(shù)；第i種縱向受拉鋼筋的相對粘結(jié)特性系數(shù)：光面鋼筋取0.7，帶肋鋼筋取1.0。7.2.2 最大裂縫寬度根據(jù)平均裂縫間距，利用理論推導可得到純彎段的平均裂縫寬度；利用試驗分析結(jié)果，并考慮長期作用的影響，可得出最大裂縫寬度公式 （7.10）式中、的意義、公式，同前。7.2.3驗算 按式7.10計算的最大裂縫寬度，看是否滿足表7.2中規(guī)定的的要求。若不滿足，應調(diào)整配筋面積和鋼筋直徑，直至滿足為止?！纠?.2】其余條件同例7.1，已知保護層厚度c25mm，=1.0，=

9、0.3mm，試驗算該梁的最大裂縫寬度是否滿足使用要求?！窘狻坑衫?.1已知， Nmm2，mm，=1.0，。mm0.298mm<=0.3mm滿足要求。7.3 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計7.3.1 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性耐久性設計的目的是指在規(guī)定的設計使用年限內(nèi)，在正常維護下，必須保持適合于使用、滿足既定功能的要求。影響混凝土耐久性的因素很多，其中混凝土的碳化和鋼筋的銹蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最主要因素。耐久性設計的基本原則是根據(jù)結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別和設計使用年限進行設計?；炷两Y(jié)構(gòu)的設計使用年限主要根據(jù)建筑物的重要程度確定，在我國可按照國家標準建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準確定，一般可分為50年和100年。

10、7.3.2 混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范對混凝土耐久性要求的規(guī)定1使用環(huán)境的分類混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性應根據(jù)表7.3的環(huán)境類別和設計使用年限進行設計。表7.3 混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別環(huán)境類別說明一室內(nèi)正常環(huán)境二a室內(nèi)潮濕環(huán)境；非嚴寒和寒冷地區(qū)露天環(huán)境、與無侵蝕性的水及土壤直接接觸的環(huán)境b嚴寒和寒冷地區(qū)露天環(huán)境；與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境三使用除冰鹽的環(huán)境、嚴寒和寒冷地區(qū)冬季的水位變動環(huán)境、濱海地區(qū)室外環(huán)境四海水環(huán)境五受人為或自然的化學侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境注：嚴寒和寒冷地區(qū)的劃分應符合國家現(xiàn)行標準民用建筑熱工設計規(guī)程（JGJ24）的規(guī)定。2一類、二類和三類環(huán)境中，設計使用年限為50年的結(jié)構(gòu)混凝土應符合表

11、7.4的規(guī)定。環(huán)境類別最大水灰比最小水泥用量（kg/m3）最低混凝土強度等級最大氯離子含量（）最大堿含量（kg/m3）一0.65225C201.0不限制二a0.60250C250.33.0b0.55275C300.23.0三0.50300C300.13.0注：氯離子含量系指其占水泥用量的百分率；預應力構(gòu)件混凝土中的最大氯離子含量為0.06%，最小水泥用量為300 kg/m3；最低混凝土強度等級應按表中規(guī)的提高兩個等級；素混凝土構(gòu)件的最小水泥用量不應少于表中數(shù)值減25 kg/m3；當混凝土中加入活性摻合料或能提高耐久性的外加劑時，可適當降低最小水泥用量；當有可靠工程經(jīng)驗時，處于一類和二類環(huán)境中的

12、最低混凝土強度等級可降低一個等級；當使用非堿活性骨料時，對混凝土中的堿含量可不作限制。3一類環(huán)境中，設計使用年限為100年的結(jié)構(gòu)混凝土應符合下列規(guī)定：（1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最低混凝土強度等級為C30；預應力混凝土結(jié)構(gòu)的最低強度等級為C40；（2）混凝土中的最大氯離子含量為0.06%；（3）宜使用非堿活性骨料；當使用堿活性骨料時，混凝土中的最大堿含量為3.0kg/m3;（4）混凝土保護層厚度應按最小保護層規(guī)定增加40；當采取有效的表面防護措施時，混凝土保護層厚度可適當減少；（5）在使用工程中，應定期維護。4二類和三類環(huán)境中，設計使用年限為100年的混凝土結(jié)構(gòu)，應采取專門有效的措施。5嚴寒和寒冷地

13、區(qū)的潮濕環(huán)境中，結(jié)構(gòu)混凝土應滿足抗凍要求，混凝土抗凍等級應符合有關(guān)標準的要求。6有抗?jié)B要求的混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土的抗?jié)B等級應符合有關(guān)標準的要求。7三類環(huán)境中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其受力鋼筋宜采用環(huán)氧樹脂涂層帶肋鋼筋；對預應力鋼筋、錨具及連接器，應采取專門防護措施。8四類和五類環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)，其耐久性要求應符合有關(guān)標準的規(guī)定。對臨時性混凝土結(jié)構(gòu)，可不考慮混凝土的耐久性要求。思考題1 為什么要對混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行變形和裂縫寬度驗算？2 試說明減少受彎構(gòu)件撓度和裂縫寬度的有效措施有哪些？3 影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素有哪些？提高其耐久性的有效措施有哪些？習題1已知一矩形截面簡支梁，計算跨度l0=5.6m，截面尺寸為200mm×500mm，配置4 16的HRB400鋼筋，保護層厚度c25mm，承受均布線荷載，其中恒載標準值為gk12.4kNm,活載標準值qk=8kNm2，準永久值系數(shù)q=0.5，混凝土強度等級為C20，ftk1.54Nmm2，Ec=2.55×104Nmm2；HRB335級鋼筋，fy 360Nmm2，Es2.0×105 Nmm2，撓度限值flim為l0/200。試驗算該梁跨中撓度是否滿足要求。2其余條件同習題1，