钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性
钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性
在试验中量测这些值，就可求出η。
Ate—有效受拉面积，图9-6。
3. ζ——受压边缘混凝土平均应变综合系数
为了简化计算，直接给出：
（9－15）
最后的Bs的计算公式：
（9－16）
纯弯段内平均截面弯曲刚度
9.1.4 受弯构件的截面刚度B——考虑荷载长期作用的影响
考虑荷载长期作用的影响 后，截面弯曲刚度将降低，构件挠度将增大。
得：
解：（1）本题的关键：将多孔板截面换算成工字形截面。 换算条件：ⅰ. 形心位置不变； ⅱ. 面积不变； ⅲ. 对形心轴的惯性矩不变。
解出bh，hh
本题：
9.2 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算 9.2.1 裂缝的出现、分布和开展 以轴心受拉构件为例 由此看来： 首批裂缝在混凝土抗拉强度较薄弱的截面产生，其次的裂缝将在裂缝间距≥2L的区段上产生，哪里最薄弱，哪里先出现裂缝。 但裂缝间距不会小于L，即稳定后的裂缝间距为：L～2L。
实际工程中：0.5～0.7Mu。
9.1.2 短期刚度Bs
（1）不考虑徐变影响 短期刚度
（2）引用平截面假定 指平均应变
而
∴有
计算短期刚度的思路：
由定义知：
由平截面假定知：
∴
（9－3）
∴ 导出εcm、εsm的计算公式，即可获得Bs的计算公式。
影响因素及其讨论：
（1） 为什么？
（2） 为什么？
【例题9-5】。。。。。。
【例题9-6】。。。。。。
9.3 钢筋混凝土截面延性
9.3.1 延性的概念
材料与截面
受拉
受压
脆性的
有延性的
构件截面
受弯正截面
第8章 钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性
裂缝的控制等级分为三级： 正常使用阶段严格要求不出现裂缝的构件，裂缝控制 等级属一级； 正常使用阶段一般要求不出现裂缝的构件，裂缝控制 等级属二级； 正常使用阶段允许出现裂缝的构件，裂缝控制等级属 三级。 钢筋混凝土结构构件由于混凝土的抗拉强度低，在正 常使用阶段常带裂缝工作，因此，其裂缝控制等级属于三 级。若要使结构构件的裂缝达到一级或二级要求，必须对 其施加预应力，将结构构件做成预应力混凝土结构构件。 试验和工程实践表明，在一般环境情况下，只要将钢 筋混凝土结构构件的裂缝宽度限制在一定的范围以内，结 构构件内的钢筋并不会锈蚀，对结构构件的耐久性也不会 构成威胁。因此，裂缝宽度的验算可以按下面的公式进行
宽度还需乘以荷载长期效应裂缝扩大系数τ l。对各种受力
构件，《规范》均取τ l=0.9×1.66≈1.5.这样，最大裂缝宽 度为
ω max = τ sτ lω m
安全、适用和耐久，是结构可靠的标志，总称为结构 的可靠性。 对于使用上需要控制变形和裂缝的结构构件，除了要 进行临近破坏阶段的承载力计算以外，还要进行正常使用 情况下的变形和裂缝验算。 因为，过大的变形会造成房屋内粉刷层剥落、填充墙 和隔断墙开裂及屋面积水等后果；在多层精密仪表车间 中，过大的楼面变形可能会影响到产品的质量；水池、油 罐等结构开裂会引起渗漏现象；过大的裂缝会影响到结构 的耐久性；过大的变形和裂缝也将使用户在心理上产生不 安全感。 此外，混凝土结构是由多种材料组成的复合人工材 料，由于结构本身组成成分及承载受力特点，在周围环境
Ψ＝ 1.1- 0.65ftk/(ρteσ sk)
(8-11)
式中ftk——混凝土抗拉强度标准值，按附表1-1采用。
为避免过高估计混凝土协助钢筋抗拉的作用，当按式 (8-11)算得的Ψ＜时，取Ψ=0.2；当Ψ=1.0时，取Ψ=1.0.对直 接承受重复荷载的构件，Ψ=1.0。 (2)最大裂缝宽度ωmax 由于混凝土的非匀质性及其随机性，裂缝并非均匀分 布，具有较大的离散性。因此，在荷载短期效应组合作用 下，其短期最大裂缝宽度应等于平均裂缝宽度ω m乘以荷载 短期效应裂缝扩大系数τ s。根据可靠概率为95％的要求， 该系数可由实测裂缝宽度分布直方图的统计分析求得：对 于轴心受拉和偏心受拉构件，τ s=1.9；对于受弯和偏心受 压构件已τ s=1.66。此外，最大裂缝宽度ω max尚应考虑在 荷载长期效应组合作用下，由于受拉区混凝土应力松弛和 滑移徐变裂缝间受拉钢筋平均应变还将继续增长；同时混 凝土收缩，也使裂缝宽度有所增大。因此，短期最大裂缝
第八章-钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性
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；
1. 混凝土收缩或温度变形受到约束产生的裂缝
大体积混凝土水化过程 中发热量很大，内部温度较 高，混混凝凝土土体收积缩膨或胀温，度内变外 温化差时很，大体，积内会部发混生凝变土化膨，胀 受若到能外自部由已变硬形化则混不凝会土产的生约 束裂，缝使；构但件若表变面形混受凝到土约受束拉， 产则生会裂在缝混。凝对土于中杆产件生系拉统应，
无滑移理论
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。
裂缝综合理论
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。
5.荷载 产生的 裂缝
拉、弯、剪、扭、粘结等引起的裂缝
目前，只有在拉、弯状态下混凝土横向裂 缝宽度的计算理论比较成熟。这也是下面 所要介绍的主要内容
我国《规范》将裂缝控制等级分为三级
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 ft k ；而按荷载效应准永久值组合验算时，构件受拉边
3. 跨高比
f S M kl02 B
l0越大，f越大。因此，我们可以做到在承载力计算前选定足够 的截面高度或较小的跨高比l0/h，配筋率又限制在一定范围内，
如果满足了承载力要求，计算挠度也必然满足
混凝土构件的变形
混凝土构件的变形、裂缝宽度验算和耐久性概念设计1．混凝土构件裂缝形成的原因？答：目前，混凝土是抗压性能大大优于抗拉性能的材料。
由于其极限拉伸变形很小，当混凝土构件受到弯矩、剪力、拉力和扭矩等荷载效应作用，或由于地基不均匀沉降、混凝土收缩和温度变化而产生的外加变形受到钢筋或其它构件约束，以及钢筋锈蚀体积膨胀时，混凝土中便产生拉应力，该拉应力超过其极限抗拉强度时就会开裂。
同时，混凝土材料来源广泛，成分多样，施工工序繁多，养护硬化需要较长时间，受环境影响较大，混凝土自身构成机理，以及冻融和化学作用等也往往是混凝土开裂的原因。
所以，钢筋混凝土构件截面在施工中和正常使用阶段难免出现荷载和非荷载因素导致的裂缝。
2．为什么要对混凝土构件进行裂缝宽度控制？答：对裂缝宽度进行控制的原因：（1）使用功能的要求有些使用上要求不出现渗漏的贮液（气）容器或输送管道，裂缝的存在会直接影响其使用功能，因此，要对其控制裂缝的出现。
（2）建筑外观要求外观是评价混凝土质量的重要因素之一，裂缝过宽会影响建筑的外观，引起人们的不安全感。
满足外观要求的裂缝宽度限值选取，取决于多种原因。
调查表明，控制裂缝宽度在0.3mm以内，对外观没有显著影响，一般不会引起人们的特别注意。
（3）耐久性要求这是控制裂缝最主要的原因。
化学介质、气体和水分侵入裂缝，破坏了钢筋的钝化膜，会在钢筋表面发生电化学反应，引起钢筋锈蚀，使构件发生破坏，影响结构的使用寿命。
3．混凝土构件裂缝控制的标准如何？答：混凝土构件的裂缝控制统一划分成三级，分别用应力及裂缝宽度进行控制。
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计算时，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进行计算时，构件受拉边缘混凝土的拉应力不应超过混凝土的抗拉强度标准值f tk，按荷载效应准永久组合下进行计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力；三级：允许出现裂缝的构件，最大裂缝宽度按荷载效应标准组合并考虑长期作用组合影响计算，并符合下列规定w max w lim式中w max—在荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算得到的最大裂缝宽度；w l im—最大裂缝宽度限值，设计时应根据结构构件的具体情况按教材附表17选用。
钢筋混凝土构件的裂缝变形和耐久性
钢筋混凝土构件的裂缝变形和耐久性钢筋混凝土是建筑中最常用的构件材料之一。
一些大型的建筑物，如大坝、桥梁等，因为需要承受较大的荷载，所以在设计时会有更高的要求。
在施工过程中，如果掌握不好压力和温度的变化等因素，就可能在构件表面产生裂缝。
虽然一些微小的裂缝不会影响建筑结构的安全性，但是大型的裂缝会对建筑的耐久性带来影响。
首先，裂缝的产生是由于建筑内部素材承受的荷载超过了它的承载力。
钢筋混凝土构件在设计时，需要根据其所要承受的荷载大小，选择合适的材料和结构形式。
如果施工时没有正确的按照规定来进行，则很容易引起裂缝的产生。
此外，温度和湿度因素也会影响构件的承载力。
例如，当混凝土中的水分蒸发时，可能会导致构件表面干燥收缩而引起裂缝的产生。
其次，裂缝变形会对建筑的耐久性产生影响。
值得注意的是，建筑耐久性并不只是指其寿命，还涉及到其功能方面和审美方面等。
如果裂缝不得到及时修复，将会更容易扩大、脱落，甚至有可能导致建筑物的倒塌。
此外，裂缝还可能对建筑的外观和形态产生影响，如给人不安全或破损的感觉，同时也影响整座建筑的审美质量。
因此，与其等待裂缝扩大，不如在裂缝刚出现的时候就及时修复，这样有助于提高建筑的耐久性。
裂缝修复的方法有很多种，如针孔注胶、搭接补强、摆筋等，选择不同的方法需要根据具体情况。
在修复过程中，需要注意掌握好所选用材料的特性，在时间和经济上做好合理的计划，以最大限度地避免裂缝的再次出现。
综上所述，钢筋混凝土构件要承受巨大的荷载和多种因素的影响，裂缝的产生是不可避免的。
为使建筑可持续发展，我们需要从多个方面去优化和控制这些因素，从而提高建筑的整体耐久性。
裂缝宽度和挠度
对于矩形、T形、倒T形及工字形截面， Ate的取 值见图所示的阴影面积。
b f
h/2
b (a) b
h
h f h h/2
b
(b) b f
hf h/2 bf (c)
h
h f b hf h/2 h
§8.1
概述
结构设计应满足的预定功能是安全性、适用 性及耐久性。 安全性：即结构构件能承受在正常施工和正常使用时 可能出现的各种作用以及在偶然事件发生时 及发生后，仍能保持必需的整体稳定性。 适用性：即在正常使用时，结构构件具有良好的工作 性能，不出现过大的变形和过宽的裂缝 耐久性：即在正常的维护下，结构构件具有足够的耐 久性能，不发生锈蚀和风化现象。
为防止由于钢筋周围砼过快的碳化失去对钢筋 的保护作用，出现锈胀引起沿钢筋纵向的裂 缝，规定了钢筋的最小混凝土保护层厚度。
混凝土
第 七 章
通常，裂缝宽度一般可用控制最大受力钢筋直
径来保证，只有在构件截面尺寸小，钢筋应力高时
才进行验算。裂缝宽度的验算主要是按荷载效应准
永久组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度的计
第 8章
钢筋混凝土构件裂缝、变形和耐久性
提 要
本章主要内容： 了解考虑构件变形、裂缝和耐久性的重要性； 分析受弯构件竖向弯曲裂缝的出现和开展过程； 掌握钢筋混凝土构件裂缝宽度的验算； 掌握受弯构件截面刚度计算与变形（挠度）验算。 熟悉减小构件变形和裂缝宽度以及增加结构构件 耐久性的方法。
混凝土
第 七 章
d eq lcr 1.9cs 0.08 te
① 平均裂缝间距
混凝土结构设计原理(第3版)试卷2
第9章钢筋混凝土构件的变形、裂缝验算及耐久性一、填空题1.混凝土构件裂缝开展宽度及变形验算属于正常使用极限状态的设计要求，验算时材料强度采用标准值，荷载采用标准值、准永久值。
2. 增大构件截面高度是提高钢筋混凝土受弯构件抗弯刚度的最有效措施。
3.平均裂缝宽度计算公式中，σ是指裂缝截面处的纵向钢筋拉应力，其值是按荷载sk效应的标准组合计算的。
4.钢筋混凝土构件的平均裂缝间距随混凝土保护层厚度增大而增大，随纵筋配筋率增大而减小。
5.钢筋混凝土受弯构件挠度计算中釆用的最小刚度原则是指在相同符号弯矩范围内，假定其刚度为常数，并按最大弯矩截面处的最小刚度进行计算。
6.裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ是指裂缝间受拉纵筋平均应变与裂缝截面处的受拉纵筋应变之比，反映了裂缝间拉区混凝土参与工作的程度。
7.结构构件正常使用极限状态的要求主要指在各种作用下的裂缝宽度和变形不应超过规定的限值。
8.结构的耐久性设计要求是指结构构件应满足设计使用年限的要求。
9.混凝土结构应根据使用环境类别和结构类别进行耐久性设计。
10.在荷载作用下，截面受拉区混凝土中出现裂缝，裂缝宽度与受拉纵筋应力几乎成正比。
11.钢筋混凝土和预应力混凝土构件，按所处环境类别和结构类别确定相应的裂缝控制等级最大裂缝宽度限值。
12.平均裂缝间距与混凝土保护层厚度、纵向受拉钢筋直径、纵向受拉钢筋表面特征系数及纵向钢筋配筋率有关。
13.轴心受拉构件的平均裂缝宽度为构件裂缝区段范围内钢筋的平均伸长与相应水平处构件侧表面混凝土平均伸长之差。
14.最大裂缝宽度等于平均裂缝宽度乘以扩大系数，这个系数是考虑裂缝宽度的随机性以及长期荷载作用的影响。
15.受弯构件的最大挠度应按荷载效应的标准组合，并考虑荷载长期作用影响进行计算。
16.结构构件正截面的裂缝控制等级分为三级。
17.环境类别中一类环境是指室内正常环境。
二、选择题1.减少钢筋混凝土受弯构件的裂缝宽度，首先应考虑的措施是[ a ]。
钢筋混凝土构件变形、裂缝和耐久性
，此处 为换算截面对其重心轴的惯性矩， 为混
凝土的弹性模量。
图9.2 适筋梁
图9.3 抗弯刚度沿构件 跨度的变化
关系曲线图 9.2 变 形 验 算
9.2 变 形 验 算
裂缝出现以后(第Ⅱ阶段)：
裂缝出现以后，
曲线发生了明显的转折，出现了第一个转折点
()
。配筋率
越低的构件，其转折越明显。试验表明，尺寸和材料
202X
钢筋混凝土构件变形、 裂缝和耐久性
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教学提示：本章介绍钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算的主要内容。构件 的最大挠度根据截面抗弯刚度，用结构力学的方法计算；钢筋混凝土受弯构件 截面的抗弯刚度不为常数，考虑到荷载作用时间的影响，有短期刚度Bs和长期 刚度B的区别，且二者随弯矩的增加、配筋率的降低而减小。最大裂缝宽度的 计算公式是在平均裂缝间距和平均裂缝宽度理论计算值的基础上，根据试验资 料统计求得并乘以“扩大系数”后加以确定；该式为半经验性理论公式。混凝 土结构的耐久性应根据环境类别和设计使用年限进行设计。
Mk
Mkh0式中
sm cm
1
○ 9.2 变 形 验 算
根据材料力学中刚 度的计算公式和式 (9-3)，有 ○ ——荷按载效应标 准组合计算的弯矩 值。
2
裂缝截面处的应变 和 在荷载效应的标准组合下，裂 缝截面处纵向受拉钢筋重心处 拉应变 和受压区边缘混凝土的压应变 按下式计算：
9.2 变 形 验 算
04.
03.
——受压翼缘的加强 系数，。
——裂缝截面处受压 区高度系数；
——裂缝截面处内力 臂长度系数；
——压应力图形丰满 程度系数；
9.2 变 形 验 算
3) 平均应变 s m 和c m
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钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性
1.
试说明对构件进行裂缝和变形验算的必要性。
2.
简述混凝土结构构件裂缝的出现、分布和展开的过程和机理。
3.
减小裂缝宽度的最有效措施有哪些？ 4.
钢筋混凝土梁的纯弯段在裂缝间距稳定后，钢筋和混凝土的应变沿构件长度上的分布具有哪些特征？ 5.
为什么不用裂缝宽度的平均值而用最大值作为评价指标？ 6.
在挠度和裂缝宽度验算公式中，怎样体系“按荷载标准组合并考虑荷载准永久组合影响”进行计算的？ 7.
确定混凝土构件变形和裂缝限值应考虑哪些因素？ 8.
混凝土保护层的作用有哪些，对不同环境中的构件，混凝土保护层如何确定其最小厚度？ 9.
影响混凝土结构耐久性的主要因素有哪些？ 10.
如何进行耐久性设计？ 11.
如何提高混凝土结构的耐久性？ 12.
试说明参数ψ、η和ζ的物理意义及其主要影响因素。
13.
何谓构件的弯曲刚度，与工程力学中的刚度相比有何区别和特点？ 14.
试说明构件受弯构件刚度B 的意义。
15.
何谓混凝土结构受弯构件挠度计算中的最小刚度原则？试分析其合理性。
16.
试分析减少混凝土构件裂缝宽度的有效措施。
17. 试分析减少受弯构件挠度的有效措施。
18. 已知某钢筋混凝土屋架下弦，200mm 200mm b h ⨯=⨯，轴向拉力s 135kN N =，有4根
HRB400直径14mm 的受拉钢筋，C30等级混凝土，保护层厚度20mm c =，lim 0.2mm w =。
试验算裂缝宽度是否满足规范要求？当不满足时如何处理？
19. 受均布荷载作用的矩形截面简支梁，混凝土为C25级，采用HRB335级钢筋，01.075h h =，允许挠度值为0200l 。
设可变荷载标准值k Q 与永久荷载标准值k G 的比为2.0，可变荷载
准永久值系数为0.4，可变荷载与永久荷载的分项系数分别为1.4和1.2。
试画出此梁不需作挠度验算的最大跨高比1h 与配筋率的关系曲线。
20. 设25mm c =，其他条件同上题，最大裂缝宽度限值lim 0.3mm w =，试画出此梁不需作裂
缝宽度验算的钢筋直径d 与配筋率ρ的关系曲线。
21. 一简支梁，梁截面为T 型，其500=h mm 、200=b mm 、'f 600b =mm 、'f 60h =mm ，
混凝土强度等级C20、受拉纵筋3 20。
梁承受的弯矩值，按荷载短期效应组合计算得s 82M =kN ·m ，允许2.0][max =ωmm 。
试验算裂缝宽度能否满足要求。
22. 某钢筋混凝土简支梁，计算跨度l =6.3m ，矩形截面b ×h =250mm ×700mm ，混凝土为
C20；钢筋为II 级。
梁上承受均布恒载标准值(包括梁自重)g k =21.7kN/m ，均布活荷载标
准值q k =13.50kN/m ，通过正截面强度计算，受拉钢筋选配222+220。
保护层厚度c=25mm ，钢筋表面特性系数7.0=ν，此梁处于室内正常环境下，最大裂缝宽度允许值3.0][max =ωmm ，试对此梁进行裂缝宽度验算。
23. 某一矩形截面简支梁，截面尺寸250mm ×860mm ，计算跨度0 3.48m l =，跨中按荷载效
应标准组合计算的弯距值k 80000N m M =，按荷载效应准永久组合计算的弯距值
q 65000N m M =，混凝土强度等级为C20，配置416HRB400级钢筋，2s 804mm A =，板的允许挠度为0200l ，试验算该梁的挠度。