第七章混凝土的强度裂缝及刚度理论小结
混凝土的强度裂缝及刚度理论
§7.1.2 混凝土破坏准则
2、混凝土破坏包络面的特点与表达
在以主应力
为轴的主应力空间中，取拉
应力为正，压应力为负，将 实验中获得的混凝土多轴强
度数据（
）标
在其中，相邻各点以光滑曲 面相连，就可得到一个混凝
土的破坏包络面：
§7.1.2 混凝土破坏准则
2、混凝土破坏包络面的特点与表达
在破坏包络面上可找到一些反映特殊应力状态的点。
混凝土单轴抗压、抗拉强度
混凝土双轴等压、等拉强度（ （
和 各有3个点，分别位于各主轴上；
）和
）位于坐标平面内的两个坐标轴的等分
线上，同样在3个坐标平面内各有一点； 混凝土三轴等拉强度（ 落在静水压力轴的正方向上。 ）只有一点，
和
值较大的双
斜剪破坏 只发生在三轴受压（C/C/C）应力状态，且
挤压流动 只发生在三轴受压应力状态（C/C/C），且
和 值较大。
§7.1.2 混凝土破坏准则
1、混凝土破坏形态
混凝土的5种典型的破坏形态，主要是从试件破坏后
的表面宏观现象加以区分和命定的。
如果从混凝土受力破坏的机理和本质出发，即考虑引
抗压强度相等，三轴抗压（C/C/C）强度与
土多轴强度的试验规律大相径庭。
无关等，都与混凝
§7.1.2 混凝土破坏准则
3、古典强度理论——统计平均剪应力理论（Von Mises，
1913）
当材料的统计平均剪应力或八面体剪应力达到一极限值 时
发生屈服，其表达式为：
这一破坏面是以静水压力轴为中心的圆柱面。它最适合于软钢 类塑性材料，在塑性力学中应用最广。
钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算
第7章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算
7.3 受弯构件挠度验算
一、受弯构件挠度验算的特点
对于简支梁承受均布荷载作用时，其跨中挠度：
f
5(g k
qk
)l
4 0
384 EI
Bs ––– 荷载短期效应组合下的抗弯刚度
B Bl ––– 荷载长期效应组合影响的抗弯刚度
f
5(gk qk )l04 384 B
例如，对矩形截面受弯构件，可根据代换前、后弯矩相等原则复 核截面承载力，即
裂缝宽度验算就是要计算构件的在荷载作用下产生的最大裂缝 宽度不应超过《规范》规定的最大裂缝宽度限值，即
wmax≤wlim
混凝土构件的最大裂缝宽度限值wlim见附表A-12。
第7章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算
一、钢筋混凝土构件裂缝的形成和开展过程
通过理论分析可知， 裂缝之间混凝土和钢筋的 应变沿轴线分布为曲线形， 如图7-1（b）、（c）所示。 裂缝截面钢筋应变最大， 混凝土的应变为零；裂缝 间混凝土的应变最大，钢 筋的应变最小。
（1）等强度代换。当构件受承载力控制时，钢筋可按强度相等 原则进行代换。
（2）等面积代换。当构件按最小配筋率配筋时，钢筋可按面积 相等原则进行代换。
（3）当构件受裂缝宽度或挠度控制时，钢筋代换后应进行裂缝 宽度或挠度验算。
第7章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算
二、代换方法
1、等强度代换
不同规格钢筋的代换，应按钢筋抗力相等的原则进行代换,即
《规范》规定：对构件进行正常使用极限状态验算时，应按荷载 效应的标准组合和准永久组合，或标准组合并考虑长期作用影响来进 行。标准组合是指对可变荷载采用标准值、组合值为荷载代表值的组 合；准永久组合是指对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合。
混凝土的裂缝刚度及挠度理论
4
3、现
状
（1）对于裂缝的计算理论并未取得一致的看法。 （2）不同观点反映在各国关于裂缝宽度计算公式有较 大差别，有的甚至差了好几倍。 （3）从目前的裂缝计算模式上看，主要有三类： 粘结滑移理论（Saligar）； 无滑移理论（Base） 基于实验的统计公式 有滑移和无滑移统一理论代表了目前的研究方向。 （4）断裂力学理论亦受到研究者的重视。
N max
(侧面) s c侧 s c f q (承拉面)
受弯构件
s 钢筋与混凝土产生相对滑移所形成的裂缝宽度； c 包裹钢筋的混凝土的弹性回缩值，与保护层厚度c成线性关系 f ——受弯构件挠曲变形使裂缝增加部分
—— ——
q ——钢筋表面处到外表面总的剪切变形。
5
4、粘结滑移理论
平均裂缝宽度
m
s
Es
lm
——钢筋应变不均匀系数；
l m ——平均裂缝间距
钢筋
lm
m
s
Es
lm
6
5、 值建议
丹麦Efsen公式
1
60
s
M cr M
Hemuponckun公式
ct 1 1 f ct
（6）CEB-TFP模式规范——有滑移理论
lmax ( sm cm cs )
（7）前苏联ChhII规范——统计法《混凝土和钢筋混凝 土设计规范》
l
s
Es
20(3.5 100p ) 3 d s
13
14
15
12、长期荷载作用对裂缝宽度
最大值ຫໍສະໝຸດ max lmaxM M cr
Im
混凝土结构变形裂缝及耐久性
混凝土结构变形裂缝及耐久性混凝土是一种常见的建筑材料，具有很高的强度和耐久性。
然而，长期的使用和外界的环境因素会导致混凝土结构的变形、裂缝和降低其耐久性。
本文将详细讨论混凝土结构的变形、裂缝形成的原因以及如何提高混凝土结构的耐久性。
混凝土结构的变形是指在荷载作用下，混凝土结构的形状和尺寸发生改变的现象。
混凝土结构的变形可以分为弹性变形和塑性变形。
弹性变形是指结构在荷载作用下恢复到原始形状和尺寸的能力，而不会发生永久性变形。
塑性变形是指结构在荷载作用下发生永久性的变形。
混凝土结构的变形主要受到荷载的大小和性质以及混凝土的性质和配合比的影响。
混凝土结构的裂缝是指混凝土结构中出现的裂纹。
裂缝的形成主要是由于混凝土的收缩和膨胀、温度变化、荷载作用以及组装接缝等原因。
混凝土的收缩和膨胀是混凝土自身的物理性质导致的，通过控制混凝土的配合比、使用外加剂等方法可以减少收缩和膨胀引起的裂缝。
对于温度变化引起的裂缝，可以通过在设计中考虑温度变形、添加防护层等方式进行控制。
荷载作用和组装接缝引起的裂缝可以通过加强结构的支撑和添加裂缝控制剂等方法来减轻。
混凝土结构的耐久性是指结构在长期使用和外界环境的影响下能够保持其功能和寿命的能力。
混凝土结构的耐久性主要受到混凝土的质量和施工质量的影响。
质量好的混凝土能够更好地抵抗荷载和环境的影响，延长结构的使用寿命。
施工质量影响混凝土的密实性和抗渗性，而密实性和抗渗性是保证混凝土结构耐久性的关键因素。
在建筑施工中，应严格按照设计要求进行混凝土的制作、搅拌、浇筑和养护过程。
此外，还可以采用一些增强混凝土耐久性的措施，如使用高强度混凝土、添加膨胀剂和防水剂、加装抗腐蚀层等。
总之，混凝土结构的变形、裂缝和耐久性是混凝土结构设计和施工中需要考虑的重要问题。
通过合理的设计、施工和养护措施，可以减少混凝土结构的变形和裂缝的发生，并提高混凝土结构的耐久性，延长其使用寿命。
在实际工程中，需要根据具体情况综合考虑各种因素，制定相应的施工和维护方案。
建筑施工实习报告混凝土裂缝
建筑施工实习报告混凝土裂缝一、问题描述：在建筑施工实习期间，我注意到混凝土结构中存在着一些裂缝问题。
混凝土裂缝是指在混凝土中产生的开裂现象，常见的裂缝类型包括龟裂、塑性收缩裂缝、温度裂缝等。
二、问题原因：1. 龟裂：龟裂是由于混凝土表层过早干燥、收缩不均匀或混凝土拉伸、压缩应力超过承载能力而产生的。
常见原因包括混凝土过早脱模、表层干燥速度过快、混凝土浇筑过程中挤入过多空气等。
2. 塑性收缩裂缝：塑性收缩裂缝是由于混凝土在初凝阶段发生体积收缩引起的。
混凝土在凝结过程中会释放出一定的热量，导致温度升高。
而温度升高会引起混凝土体积的收缩，造成裂缝。
3. 温度裂缝：温度裂缝是由于混凝土在不同温度作用下产生热胀冷缩而引起的。
混凝土的热胀冷缩系数较大，温度变化会导致混凝土体积的改变，从而产生裂缝。
三、解决方案：1. 龟裂：可以通过控制混凝土供应商提供的混凝土材料的质量，避免空气参与过多，以充分振捣和养护混凝土，减少混凝土表面层的收缩。
2. 塑性收缩裂缝：可以通过加入适量的矿物掺合料来减少混凝土的收缩。
另外，在混凝土浇筑后，可以进行适当的养护措施，如喷水养护等，以减缓混凝土的收缩速度。
3. 温度裂缝：可以通过采用温控混凝土来减少温度变化引起的裂缝。
此外，还可以在混凝土中添加温度控制剂，如聚丙烯纤维等，以增强混凝土的抗温度变化能力。
四、改进措施：1. 加强施工管理，监测混凝土的浇筑和养护工艺，确保养护措施到位。
2. 合理控制混凝土的含水率，避免水胶比过高。
水胶比过高会导致混凝土的强度不足，易产生裂缝。
3. 加强对混凝土的质量控制，确保混凝土达到设计强度要求。
五、总结：通过对混凝土裂缝问题的分析和解决方案的提出，我们可以有效减少混凝土裂缝的发生，提高混凝土结构的质量和安全性。
同时，在实习中也需要加强对混凝土施工过程的观察和监测，及时发现和解决相关问题，从而提高自己的实践能力和专业技术水平。
混凝土的断裂和传统强度破坏理论
混凝土的断裂和传统强度破坏理论混凝土作为一种材料，在空间各种简单或复杂应力作用下，存在宏观表象上不同的破坏现象，有拉裂破坏、压溃破坏、剪切破坏等不同表现形式。
传统的强度破坏理论包括：（1）最大拉应力强度准则。
按照这个强度准则，混凝土材料中任一点的主拉力达到单轴抗拉强度时，材料即达到破坏。
（2）莫尔-库仑强度准则。
按照这个强度准则，当某一截面上的剪切应力达到剪切强度极限值时，混凝土材料即达到破坏，但剪切强度与面上的正应力有关。
（3）Tresca强度准则。
Tresca提出，当混凝土材料中一点应力达到最大剪应力的临界值K时，混凝土材料即达到极限强度，如式（1.1）所示。
（4）Von Mises强度准则。
按照这个强度准则，当混凝土材料中一点应力达到最大剪应力的临界值K时，混凝土材料即达到极限强度，如式（1.2）所示。
除此之外，还有Ottosen强度准则、Reimann强度准则、Hsich-Ting-Chen 四参数强度准则等。
上述传统的强度准则都是以均质连续介质假定为基础的，工程实践和试验表明，在构件没有宏观裂缝的情况下，这些传统的强度准则在一定程度上具有可行性。
但是一旦结构出现宏观裂缝，裂缝将如何扩展，对于这一类问题，传统的强度理论是无能为力的。
另外，更深入的研究表明，混凝土不同破坏现象的深层原因均是由于混凝土内部先天存在的大小不同的微裂缝引起，这些内部众多的微裂缝在荷载作用过程中不断扩展汇合，是混凝土宏观断裂和解体破坏的深层机理。
显然，传统强度理论无法考虑这种先天的微裂缝带来的影响。
实际上，正如本书第2章线弹性断裂力学中所述，这些先天裂缝在一定程度上将产生强度的尺寸效应。
与均质连续介质不同的是，混凝土的破坏往往可以表现为三个不同的阶段：第一阶段通常为砂浆和骨料结合面的破坏，此时结合面开始出现较为严重的微裂缝扩展现象，众多的微裂缝开始稳定、缓慢地发展。
在此之前，可以认为混凝土具有弹性性质。
第二阶段往往是砂浆的破坏，此时由于结合面上的裂缝开始扩展汇合进入砂浆，使得硬化水泥浆内部裂缝开始稳定、缓慢地发展。
第七章---混凝土的强度、裂缝及刚度理论小结
§7.1.5 讨论与小结
受压构件配置螺旋箍筋（如螺旋箍筋柱）或采用 钢管混凝土（如钢管混凝土拱肋），是提高其强度更 有效的措施。 钢纤维混凝土对限制混凝土裂缝发展、改善混凝 土抗裂性能有较明显的效果。
§7.1.5 讨论与小结
从混凝土受力破坏的机理和本质出发，可以将混 凝土的破坏归结为两种基本的形态，即主拉应力作用 和主压应力作用。然而，这两种作用在不同的路径、 时间条件下，将产生完全不同的结果。
§7.1.5 讨论与小结
混凝土的破坏，是其内部微裂缝发展、开裂以至 结构破坏的结果；混凝土的宏观变形伴随着内部微观 裂缝发展；在混凝土应力达到一定水平时，不可恢复 的内部微裂缝使混凝土宏观力学性能反映出明显的非 线性。
由于混凝土材料特殊物理力学性混凝土材料特殊物理力学性能决定其不适合采不适合采用传统强度理论用传统强度理论故本节讲述的多种混凝土强度准则和混凝土强度准则和本构模型本构模型都是建立在大量试验成果基础上建立在大量试验成果基础上的
高等桥梁结构理论
第七章 混凝土的 强度、裂缝及刚度理论
7.1.5 讨论与小结
§7.1.5 讨论与小结
§7.1.5 讨论与小结
试验表明，高质量混凝土内部微裂缝发展的临界压应力可达极 限强度的70%至80%；劣质混凝土的这种临界压应力只有极限强度 的40%左右。 在长期高应力状态下，混凝土的强度将有较大下降。对于短期 的施工临时荷载，桥梁规范容许混凝土压应力为极限强度的75%， 已达到高质量混凝土内部微裂缝发展的临界压应力。由于内部微 裂缝发展的不可逆性，因此，控制施工阶段混凝土应力，尤其是 作用时间较长的荷载应力，是一个及其重要的问题。
本节讲述的混凝土强度理论和混凝土本构关系， 是有限单元法进行个别重要结点强度分析和结构承载 能力分析的基础。
混凝土结构裂缝的认识、分析及治理
１正确认识混凝土结构裂缝的难 以避免性
混凝土由胶 凝材 料、粗 细骨料和水按适 当的比例配合 ，
拌合制成 。这些材料的弹性模 量、温度线膨胀系数及受力性
能 不尽 相 同 ，因 而 往 往 不 能 完 全 地 协调 变 形 。 水 泥 在 硬 化 过
程 中会发生显著的收缩变形 ，而骨料会 限制水泥浆体 收缩 。 在硬化 过程 开始时 ，水泥浆体 与骨料的接触面上就 已经产生
３强迫位移裂缝
地 基 基 础 沉 降 、温 度 变 形 积 累 、 地 震 等 作 用 容 易 引 起 结
耐 久性不会有太大的影响 ，只是影响结构 的外观 ，通过一些 掩饰 、抹面就可 以解决。所 以，我们应正确认识裂缝 问题 ，
不 必 盲 目恐慌 。
构局部变形 ，致使结构构件发生位移 、产生 约束应 力而形成 裂缝。这类裂缝 常在构件 中的对称位置 出现 ，是 一种 发展 型 裂缝 ，性质不稳定 ，随时间的推移 而变化 ，需要跟踪观测 ， 并及时采取措施。
度 、刚度 及稳定 性 ，造成 结构构件的过度变形、建筑物 的倾 斜 甚至倒塌 。本文论及 的裂缝 系可 见的、宽度在 Ｏ０ ｍｍ以 ．５
上 的 宏 观裂 缝 。
１１ ．受弯裂缝 －构件 因承受弯矩作用而产生。在弯矩作 用
平 面 外 ，受 拉 － １ 形 成 受拉 裂 缝 ，垂 直 于 主 拉 应 力迹 线 ，楔 ￣ ＂
在结构设计过程 中，因体 型设计不合理 、计 算图式与实 际情况差异过大 ，会使考虑 的结构抗 力与实际的作 用效应不 能相互对应 ，致使结构薄 弱部位产生裂缝。对于轴压 构件 ，
构 造 配 箍 筋 不 足 会 导 致 纵 筋 压 曲鼓 出造 成 裂 缝 。 另 外 ，构 件
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第七章 混凝土的 强度、裂缝及刚度理论
7.1.5 讨论与小结
§7.1.5 讨论与小结
在桥梁构件强度计算与验算中，不论钢筋混凝土 构件还是预应力混凝土构件，一般都是按规范简化设 计计算方法进行的。这些方法，以试验为基础、构件 宏观效应为研究对象，构件受力均简化为单向或平面 应力状态，并以单轴试验强度、构件强度控制结构强 度。
§7.1.5 讨论与小结
由于混凝土材料特殊物理力学性能决定其不适合采 用传统强度理论，故本节讲述的多种混凝土强度准则和 本构模型，都是建立在大量试验成果基础上的。
这些试验成果所反映的混凝土破坏形态及力学性能， 是值得充分认识的。
§7.1.5 讨论与小结
从混凝土受力破坏的机理和本质出发，可以将混 凝土的破坏归结为两种基本的形态，即主拉应力作用 和主压应力作用。然而，这两种作用在不同的路径、 时间条件下，将产生完全不同的结果。
§7.1.5 讨论与小结
受压构件配置螺旋箍筋（如螺旋箍筋柱）或采用钢 管混凝土（如钢管混凝土拱肋），是提高其强度更有 效的措施。 钢纤维混凝土对限制混凝土裂缝发展、改善混凝土 抗裂性能有较明显的效果。
§7.1.5 讨论与小结
根据混凝土的破坏机理，合理配置钢筋将有助于 改善混凝土的受力，提高混凝土的强度。对于主要承 压构件（如拱肋、墩柱、塔等）、构件受压区及局部 承压区（如预应力筋锚固区）等，加强横向约束钢筋， 将形成有利的应力状态，减少横向拉应变，限制混凝 土纵向微裂缝发展，从而提高纵向抗压强度及延性。
§7.1.5 讨论与小结
在一般情况下，这是实用设计的有效方法。然而， 桥梁结构复杂的受力状况，单靠规范简化计算方法和 构造措施往往不能全面顾及；一些特殊的强度分析问 题也不能按规范方法进行。
本节讲述的混凝土强度理论和混凝土本构关系，是 有限单元法进行个别重要结点强度分析和结构承载能 力分析的基础。
§7.1.5 讨论与小结
混凝土的破坏，是其内部微裂缝发展、开裂以至 结构破坏的结果；混凝土的宏观变形伴随着内部微观 裂缝发展；在混凝土应力达到一定水平时，不可恢复 的内部微裂缝使混凝土宏观力学性能反映出明显的非 线性。
§7.1.5 讨论与小结
试验表明，高质量混凝土内部微裂缝发展的临界压应力可达极 限强度的70%至80%；劣质混凝土的这种临界压应力只有极限强度 的40%左右。 在长期高应力状态下，混凝土的强度将有较大下降。对于短期 的施工临时荷载，桥梁规范容许混凝土压应力为极限强度的75%， 已达到高质量混凝土内部微裂缝发展的临界压应力。由于内部微 裂缝发展的不可逆性，因此，控制施工阶段混凝土应力，尤其是 作用时间较长的荷载应力，是一个及其重要的问题。