裂缝及变形的验算哈工大：混凝土结构设计原

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1、8.1产生裂缝的原因裂缝和变形验算属正常使用极限状态（即：第二极限状态），通常在承载力计算后进行。其可靠度也相对较低一些，应采用荷载及强度的标准值进行验算。在混凝土结构中裂缝通常是由拉应力引起的。因混凝土的极限拉伸应变etu随混凝土品种、配合比、添加剂、养护条件、加载速度、截面上的应力梯度等不同会发生变化。严格地说，只有当混凝土的拉伸应变et达到某处混凝土的极限拉应变etu时才会出现裂缝，引起裂缝的原因很多，主要有：1.混凝土收缩或温度变形受到约束；2.施工措施不当；3.基础不均匀沉降；4.钢筋锈蚀；5.荷载作用；第八章裂缝及变形验算§8-1裂缝1.混凝土收缩或温

2、度变形受到约束产生的裂缝混凝土收缩或温度变化时，体积会发生变化，若能自由变形则不会产生裂缝；但若变形受到约束，则会在混凝土中产生拉应力，从而引起裂缝。大体积混凝土水化过程中发热量很大，内部温度较高，混凝土体积膨胀，内外温差很大，内部混凝土膨胀受到外部已硬化混凝土的约束，使构件表面混凝土受拉产生裂缝。对于杆件系统，这种裂缝通常与构件纵向正交。2.施工措施不当产生的裂缝混凝土在浇筑、硬化过程中会产生下沉和泌水，当下沉受到阻挡时会产生内部的泌水，干燥后就会成为裂缝。3.基础不均匀沉降产生的裂缝基础不均匀下沉时会迫使墙体一起变形，在主拉应力作用下混凝土墙体也会开裂。主拉应

3、力主拉应力基础下沉4.钢筋锈蚀产生的裂缝锈蚀是一个电化学过程：混凝土中的钢筋处在电介质中，在水、氧气和电子作用下就会形成电池，电子从阳极不断流向阴极，在阳极附近形成铁锈。只要不断有水和氧气供应，就会越锈越严重。钢筋锈蚀是一个电化学过程(b)水、O2、CO2侵入（d）保护层劈裂钢筋锈蚀后体积会膨胀3～4倍！使混凝土保护层劈裂。表面纵向裂缝剥落钢筋锈蚀引起的劈裂裂缝从钢筋截面上看是径向劈裂，但从混凝土表面看是沿钢筋的纵向裂缝，这种纵向裂缝会大大削弱混凝土和钢筋间的粘着力。当钢筋间距较小时，钢筋间的径向劈裂裂缝会惯通，从而使保护层成片剥落，这将大大削弱钢筋和混凝土间的粘

4、结力，后果将十分严重。劈裂裂缝惯通一级：严格要求不出现裂缝的构件。按荷载效应标准组合进行验算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力；二级：一般要求不出现裂缝的构件。按荷载效应标准组合验算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于轴心抗拉强度标准值ftk；而按荷载效应准永久值组合验算时，构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力；三级：允许出现裂缝的构件。按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响验算时，构件的最大裂缝宽度Wmax不应超过最大裂缝宽度限值Wlim，即：Wmax≤Wlim我国《规范》将裂缝控制等级分为三级5.荷载产生的裂缝关于裂缝的三种基本理论粘结—滑移理论认为钢筋与混凝

5、土之间有粘结，但可以滑移；裂缝宽度是裂缝间距范围内钢筋与混凝土的变形差。可见，裂缝间距越大裂缝宽度也越大。无滑移理论裂缝综合理论认为开裂后钢筋与混凝土之间仍保持可靠粘结，无相对滑动；沿裂缝深度存在应变梯度，表面裂缝宽度与混凝土表面离钢筋的距离成正比。可见，保护层越厚表面裂缝越宽。它综合了上述两种理论中影响裂缝宽度的主要因素，并在统计回归的基础上建立了实用的计算公式。裂缝综合理论也许称不上“理论”，实际上只是一种实用的计算方法。8.2裂缝宽度的验算由图（b）可见，图中l为粘结应力传递长度，在裂缝两侧l范围内混凝土的拉应力总是小于ft，所以不可能再产生新的裂缝。粘结应

6、力混凝土拉应力钢筋应力1，根据粘结—滑移理论：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，裂缝间距和宽度也是不均匀的。但大量的试验统计分析表明，裂缝间距和宽度的平均值具有一定规律性。如果两条裂缝的间距大于2l,则在其间还会存在σct≥ft的混凝土区段，就会产生新的裂缝;如果两条裂缝的间距小于2l，则由于粘结应力传递长度不够，裂缝间混凝土处处σct＜ft，因此将不会再出现新的裂缝。故裂缝间距最终将稳定在l~2l之间，可近似取裂缝的平均间距lm=1.5l。裂缝产生和开展过程中钢筋及混凝土的应力变化1.裂缝出现前，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本

7、上是均匀分布的；2.当构件最薄弱截面混凝土的拉应变ξt达到极限拉应变ξtu时，会出现第一条裂缝；3.裂缝出现后，裂缝截面的混凝土立即退出受拉工作，拉应力st=0；裂缝两侧混凝土迅速回缩，使得裂缝一出现就有一定的宽度；4.开裂后裂缝截面由于受拉混凝土退出工作，钢筋拉应力ss突增，但钢筋与混凝土之间存在粘结，在裂缝两侧一定范围内就会产生粘结应力τ，随着离裂缝距离的增加，混凝土中又重新建立起拉应力st，而裂缝截面突增的钢筋拉应力ss也逐渐恢复正常；5.当混凝土中拉应力st增大到ft时，下一个最薄弱截面将可能出现新的裂缝；6.当钢筋接近屈服时，钢筋与混凝土之间会产生较大滑

8、移，粘结应