混凝土受拉裂缝与刚度.ppt

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1、11受拉裂缝12弯曲刚度和变形11.1裂缝的成因及控制11.2构件的开裂内力11.3裂缝机理分析（粘结－滑移法，无滑移法，综合分析）11.4裂缝宽度的计算一、裂缝的成因荷载作用－－－非荷载因素－－11.1裂缝的成因及控制裂缝有规律，一般在拉应力最大处先开裂，且垂直主拉应力方向发展。钢筋位置处裂缝短而窄，稍远处裂缝更宽。收缩－－裂缝随机分布钢筋锈蚀－－裂缝沿钢筋分布结构附加应力（环境湿度变化，混凝土变形受到周围结构约束，不均匀沉降引起）二.裂缝对结构的使用性能和耐久性的不利影响1.钢筋锈蚀，降低结构的耐久性混凝土开裂使构件中的局部钢筋直接与周

2、围介质接触，对于露天结构和处在潮湿环境，甚至含酸、氯介质的侵蚀环境中，钢筋表层将逐渐氧化而发生锈蚀，并往内部发展。钢筋锈蚀物比原体积增大，很易将周围混凝土保护层涨裂，形成纵向裂缝，甚至表层脱落，使钢筋加速锈蚀。钢筋的受力面积因锈蚀而逐渐减小，纵向裂缝破坏了钢筋和混凝土的粘结力，都使构件的承载力减小，影响结构的安全度。2.降低结构的抗渗（水、气）性，甚至造成渗漏，严重影响一些水工结构和容器结构的阻水性能。3.降低结构的刚度，增大变形量，影响非结构性建筑部件的使用性能和观瞻。4.裂缝的显现和发展，及室内非结构材料的局部损伤，使人心理上产生不安全

3、感。为此，必须对钢筋混凝土结构在使用期间的裂缝状态加以控制。各国进行了大量的试验和理论研究，以及对实际工程裂缝状况的调研和统计，内容包括构件开裂时的内力值、裂缝的发展过程和机理、裂缝的间距和宽度、钢筋锈蚀的发展过程和影响因素、裂缝对结构使用性能的影响等。在此基础之上，建立了构件的抗裂和裂缝的计算方法，以及相应的裂缝控制要求。但比较成熟的方法还只是限于承受轴拉和弯矩的构件，下面将做介绍。因为施工、构造和环境条件等所引起的裂缝，一般在设计中采取适当的措施，施工中采用合理的工艺和技术加以解决或改善。至于受压裂缝，一般不允许在使用阶段出现，设计时应

4、严格限制。三、设计混凝土构件时的裂缝等级一级抗裂：严格不裂，短期荷载作用下不出现拉应力二级抗裂：一般不裂，短期荷载下截面的拉应力小于混凝土抗拉强度的一部分，长期荷载作用下不出现拉应力。三级抗裂：可以开裂，对裂缝宽度进行控制，计算最大裂缝宽度必须小于裂缝宽度允许值。已知构件的界面尺寸和材料，确定其开裂时的内力（轴力和弯矩），是验算构件是否出现裂缝和计算开裂构件的裂缝间距和宽度所必须的。先讨论素混凝土梁的开裂弯矩。临近混凝土开裂前，梁的截面保持平截面变形。假设混凝土的最大拉应变达二倍轴心受拉峰值应变时，即将开裂。此时拉区应力分布和轴心受拉应力应

5、变曲线相似，压区混凝土应力很小，接近三角形分布。将截面应力图简化为拉区梯形，如下：11.2构件的开裂内力最大拉应力值为和压区三角形最大压应力为，建立水平力的平衡方程：可得受压区高度为，顶面最大压力为，得开裂弯矩：，如果按弹性材料计算，即假设应力图为直线分布，素混凝土开裂时得名义弯曲抗拉强度为，它与混凝土轴心抗拉强度得比值成为截面抵抗矩塑性影响系数不同截面形式有不同的，一般在1.25-2.0之间。截面高度对该系数影响较大，规范建议对进行如下修正：式中h得取值为。钢筋混凝土梁，受拉区临开裂时的应变值很小，压区应力接近于三角形，拉区改用名义弯曲抗

6、拉强度后，可以用换算截面法计算开裂弯矩。梁内的受拉和受压钢筋，按弹性模量比换算成等效面积和，看作均质弹性材料计算换算截面面积、中和轴位置和受压区高度x，及惯性矩和受拉边缘的截面抵抗矩等。在截面内力作用下，受拉边缘混凝土的应力为：即可利用抗裂等级公式验算裂缝的出现。也可使确定构件的开裂弯矩和轴力。试验结果表明，这样计算的误差不大，其他一些设计规范采用了同样的方法，限制混凝土的拉应力或开裂内力。对于轴心受拉构件，临开裂时的轴力按前式的要求限制混凝土出现裂缝时，在轴力N作用下的混凝土拉应力取：钢筋混凝土出现受拉裂缝后，裂缝的数量逐渐增多，间距减小

7、，宽度加大。由于影响混凝土裂缝发展的因素众多，以及混凝土的非匀质性和材性的离散度较大，裂缝的开展和延伸又一定的随机性，使构件表面的裂缝状况变异性大，对其准确的认识和分析的难度也大，出现了多种不同的观点和相应的计算方法。11.3.1粘结－滑移法最早从钢筋混凝土轴心受拉杆的试验研究中心提出了粘结－滑移法，以后的研究遵循其基本概念加以补充和修正。11.3裂缝机理分析拉杆受力后，临近开裂前，混凝土和钢筋的应变值相等，应力分别为，。二者沿轴线均为常值，粘结应力，如图中的点划线,无相对滑移。当构件的最薄弱截面上出现首批裂缝（如图中①），裂缝间距很大。裂

8、缝截面混凝土退出工作，全部轴力都由钢筋承担，应力突增至，裂缝两侧局部发生滑移。此时钢筋和混凝土的应力沿轴线发生变化。在二者的界面产生相应的粘结应力分布，见实线①。离裂缝①一段距离