文档介绍：混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理土木工程学院结构教研室土木工程学院结构教研室第七章钢筋混凝土构件的第七章钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性裂缝、变形和耐久性第七章钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性第七章钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性§ 概述设计任何建筑物和构筑物时,必须使其满足下列各项预定的功能要求:(1)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。(2)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。(3)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。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,在周围环境中水及侵蚀性介质的作用下,随着时间的推移,混凝土将出现裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等现象,钢筋将锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀,钢筋与混凝土之间的粘结锚固作用将逐渐减弱,即出现耐久性问题。耐久性问题开始时表现为对结构构件外观和使用功能的影响,到一定阶段上可能引发承载力方面的问题,使结构构件出现突然的破坏。图7-1为超过正常使用极限状态的例子。进行结构构件设计时,既要保证它们不超过承载能力极限状态,又要保证它们不超过正常使用极限状态。为此,要求对它们进行下列计算和验算:⑴所有结构构件均应进行承载力(包括压屈失稳)计算;在必要时尚应进行结构的倾覆和滑移验算。处于地震区的结构尚应进行结构构件抗震的承载力验算。⑵对某些直接承受吊车的构件应进行疲劳强度验算。⑶对使用上需要控制变形值的结构构件应进行变形验算。⑷根据裂缝控制等级的要求应对混凝土结构构件的裂缝控制情况进行验算。正常使用极限状态和承载能力极限状态对应着结构的两个不同的工作阶段,因而要采用不同的荷载效应代表值和荷载效应组合进行验算与计算。此外、在荷载保持不变的情况下由于混凝土的徐变等特性、裂缝和变形将随着时间的推移而发展。因此在讨论裂缝和变形的荷载效应组合时应该区分荷载效应的标准组合和准永久组合。对构件进行正常使用极限状态的验算时,应该根据不同要求分别按荷载效应的标准组合、准永久组合或标准组合并考虑长期作用影响进行验算以保证变形、裂缝、应力等计算值不超过相应的规定限值。正常使用极限状态的一般验算公式为S≤C (7-1)式中 S ——正常使用极限状态的荷载效应组合值;C——结构构件达到正常使用要求所规定的变形、 裂缝宽度和应力限值。荷载效应的标准组合为QiknicikQGKdSSSS?????21?(7-2)荷载效应的准永久组合为式中 SGk——水久荷载标准位的效应;SQ1k ——在从本组合中起控制作用的一个可变荷载标准值的效应;SQik——第i个可变行核标准位的效应;ψci——第i个可变荷载的组合值系数,其值不应大于1。按附表12采用。Ψqi——第i个可变荷载的准永久值系数,按附表12采用。(7-3)QikniqiGKdSSS????1?§;另一类是由变形因素(非荷载)引起的裂缝,如由材料收缩、温度变化、混凝上碳化(钢筋锈蚀膨胀)以及地基不均匀沉降等原因引起的裂缝,工程实践中结构物的裂缝属于变形因素为主引起的约占80%,属于荷载为主引起的的占20%。非荷载引起的裂缝十分复杂,目前主要是通过构造措施(如加强配筋、设变形缝等)进行控制。本节所讨论的为荷载引起的正截面裂缝验算。 根据正常使用阶段对结构构件裂缝的不同要求,将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