1、第八章第八章 钢筋混凝土构件钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算正常使用极限状态验算 结构设计首先按承载能力极限状态进行计算，以保证结构安全使用；结构设计首先按承载能力极限状态进行计算，以保证结构安全使用；然后按正常使用极限状态进行验算，以保结构的适用性及耐久性。然后按正常使用极限状态进行验算，以保结构的适用性及耐久性。内内 容容 简简 介介抗裂验算抗裂验算裂缝宽度验算裂缝宽度验算变形验算变形验算8-1 概述一、抗裂验算一、抗裂验算二、裂缝宽度验算二、裂缝宽度验算1 1、普通钢筋混凝土结构、普通钢筋混凝土结构 普通钢筋砼结构在使用荷载的作用下，总是带裂缝工作的。在荷载效应的短期组合和长期组合两种
2、情况下，验算构件的最大裂缝宽度不应超过允许值。（340页表1）8-1 概述二、裂缝宽度验算二、裂缝宽度验算2 2、预应力混凝土结构、预应力混凝土结构一级为严格要求不出现裂缝的构件。按荷载效应的短期组合进行计算，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。二级为一般要求不出现裂缝的构件。按荷载效应的短期组合和长期组合分别计算，构件受拉边缘混凝土允许产生拉应力，但拉应力不应超过混凝土拉应力限制系数控制的应力值。三级为允许出现裂缝的构件。在荷载效应的短期组合和长期组合两种情况下，验算构件的最大裂缝宽度不应超过允许值。（340页表2）三、变形验算三、变形验算 在荷载效应的短期组合和长期组合两种情况下，验算受弯构
3、件的最大挠度值不应超过允许值。（340页表3）8-1 概述 水工建筑物，构件截面尺寸一般都较大，刚度大，一般都能满足变形要求。但某些受弯构件，如吊车梁、闸门顶梁若变形过大，将影响使用。四、可靠度水准四、可靠度水准 正常使用极限状态进行验算时，荷载分项系数、材料强度分项系数以及结构系数都取1.0，即荷载和材料强度都采用其标准值。8-1 概述 由于超出正常使用极限状态而产生的后果不像超过承载能力极限状态所造成的后果那样严重。一、轴心受拉构件的抗裂验算一、轴心受拉构件的抗裂验算（一）抗裂极限状态（一）抗裂极限状态 轴心受拉构件在即将发生开裂时，混凝土的拉应力达到其轴心抗拉强度，拉应变达到极限拉应变。
4、tfAsNcrssAcAcs 钢筋与混凝土共同变形：tfAsNcrssAcActcccsEfE tEscsEfE/E 则则令令tcsscsssfEEEE sEtssAfA 若将钢筋面积换算成假想的混凝土的面积，则构件总的换算截面面积sEcscAAAAA 0（二）抗裂轴力（二）抗裂轴力0)(AfAAfAffAAfANtsEctstEtcsstccr（三）抗裂验算（三）抗裂验算 对于轴心受拉构件，在荷载效应的短期组合和长期组合下，应按下列公式进行抗裂验算：tfAsNcrssAcA00AfNAfNtkctltkcts00AfNAfNtkctltkcts 换算截面面积。换算截面面积。砼抗拉强度标准值；
5、砼抗拉强度标准值；对长期组合；对长期组合对荷载效应短期组合对荷载效应短期组合系数；系数；求确定的砼拉应力限制求确定的砼拉应力限制根据抗裂验算可靠度要根据抗裂验算可靠度要的轴向力值；的轴向力值；期组合及长期组合计算期组合及长期组合计算由荷载标准值按荷载短由荷载标准值按荷载短、0700850Af.(NNtkctctctls 二、受弯构件的抗裂验算二、受弯构件的抗裂验算（一）抗裂极限状态（一）抗裂极限状态 受弯构件即将 开裂的瞬间（如图）：（二）抗裂弯矩（二）抗裂弯矩Mcr 为方便起见，采用等效换算的方法。即在保持抗裂弯矩相等的条件下，将应力曲线图形等效折算成直线分布的应力图形。Mcrtua 状态截
6、面应力和应变分布tmfMcrtua 状态截面应力和应变分布tmf 引用材料力学公式，可得出受弯构件正截面抗裂弯矩的计算公式：)/(0000yhIWWfMtmcr。截面抵抗矩的塑性系数惯性矩；换算截面对其重心轴的边缘的距离；换算截面重心轴至受压矩；对受拉边缘的弹性抵抗换算截面mIAW0000 经过换算，就可把构件视作匀质弹性体，截面面积为0sEsEcAAAA（三）截面抵抗矩塑性系数（三）截面抵抗矩塑性系数（四）抗裂验算（四）抗裂验算00WfMWfMmtkctlmtkcts的的弯弯矩矩值值；期期组组合合及及长长期期组组合合计计算算由由荷荷载载标标准准值值按按荷荷载载短短、lsMM、受力状态等有关。
7、还与截面高度、配筋率此外，试验表明，图形有关。与所假定的受拉区应力截面抵抗矩的塑性系数mm。页附录表详见已求得。抗矩的塑性系数一些常用截面的截面抵4341m三、偏心受拉构件的抗裂验算三、偏心受拉构件的抗裂验算0000000000WAeWAfNWAeWAfNmmtkctlmmtkcts).()70.085.0(0000llsstkctctctlsNMeNMeeAfNN；对长期组合对荷载效应短期组合轴向拉力的偏心矩；换算截面面积。砼抗拉强度标准值；对长期组合对荷载效应短期组合系数；求确定的砼拉应力限制根据抗裂验算可靠度要的轴向力值；期组合及长期组合计算由荷载标准值按荷载短、四、偏心受压构件的抗裂验
8、算四、偏心受压构件的抗裂验算0000000000WAeWAfNWAeWAfNmtkctlmtkcts式中符号意义与前相同。五、提高构件抗裂能力的方法五、提高构件抗裂能力的方法 构件在即将发生开裂时，钢筋的应力是很低的。所以，用增加钢筋的办法提高构件的抗裂能力是极不经济的；提高构件抗裂能力主要是：加大构件截面尺寸；加大构件截面尺寸；提高混凝土的强度等级；提高混凝土的强度等级；在混凝土中掺入钢纤维在混凝土中掺入钢纤维;采用预应力混凝土结构。采用预应力混凝土结构。一般钢筋混凝土构件在使用条件下是带裂缝工作的。一、裂缝的成因及对策一、裂缝的成因及对策（一）荷载作用引起的裂缝（一）荷载作用引起的裂缝包括
9、：包括：1、由弯矩、轴向拉力、偏心拉（压）力引起的垂直裂缝，、由弯矩、轴向拉力、偏心拉（压）力引起的垂直裂缝，or称为正截面裂缝；（正截面裂缝宽度可以计算）称为正截面裂缝；（正截面裂缝宽度可以计算）2、由剪力、扭矩引起的斜裂缝，、由剪力、扭矩引起的斜裂缝，or称为斜截面裂缝。称为斜截面裂缝。（斜截面裂缝宽度计算内容研究还不充分）（斜截面裂缝宽度计算内容研究还不充分）对于荷载作用引起的裂缝，只要通过合理配筋，例如选用粘结好的变形钢筋、钢筋直径不过粗、钢筋在混凝土中均匀分布就可以控制裂缝宽度。1、材料原因、材料原因水泥异常凝结引起的裂缝水泥异常凝结引起的裂缝受风化的水泥，其品质很受风化的水泥，其品
10、质很不安定不安定。混凝土浇筑后达到一定强混凝土浇筑后达到一定强度前，在凝结硬化阶段会度前，在凝结硬化阶段会产生如图所示的短小的不产生如图所示的短小的不规则裂缝。规则裂缝。随着水泥品质的改善，这随着水泥品质的改善，这种裂缝目前较少见到。种裂缝目前较少见到。水泥方面水泥方面（二）非荷载作用引起的裂缝（二）非荷载作用引起的裂缝骨料方面骨料方面骨料中泥份引起的裂缝碱骨料反应引起的裂缝 为了控制此种裂缝，应选择优质和低含碱量的水泥和骨料，为了控制此种裂缝，应选择优质和低含碱量的水泥和骨料，采用较低的水灰比和掺用适量的加气剂。采用较低的水灰比和掺用适量的加气剂。2、混凝土下沉和泌水、混凝土下沉和泌水 混凝
11、土浇筑后，在凝结过程中会产生下沉和泌水，下沉混凝土浇筑后，在凝结过程中会产生下沉和泌水，下沉量约为浇筑高度的量约为浇筑高度的1%。当下沉受到钢筋或周围混凝土的约束。当下沉受到钢筋或周围混凝土的约束也会产生裂缝。也会产生裂缝。钢筋裂缝水平钢筋缝隙裂缝12mm/1m 高梁墙柱沿高度方向沉降分布混凝土下沉引起的裂缝3、施工原因、施工原因(a)材料混合不均匀(b)长时间搅拌(c)快速浇筑(d)先后浇筑时差过长混合材料不均匀混合材料不均匀：由于搅拌不均匀，材料的膨胀性和收缩：由于搅拌不均匀，材料的膨胀性和收缩的差异，引起局部的一些裂缝。的差异，引起局部的一些裂缝。长时间搅拌长时间搅拌：混凝土运输时间过长
12、，长时间搅拌突然停止：混凝土运输时间过长，长时间搅拌突然停止后很快硬化产生的异常凝结，引起网状裂缝。后很快硬化产生的异常凝结，引起网状裂缝。(a)材料混合不均匀(b)长时间搅拌(c)快速浇筑(d)先后浇筑时差过长浇筑速度过快浇筑速度过快：当构件高度较大，如一次快速浇筑混凝土，：当构件高度较大，如一次快速浇筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，产生下沉，引起裂缝。因下部混凝土尚未充分硬化，产生下沉，引起裂缝。交接缝交接缝：浇筑先后时差过长，先浇筑的混凝土已硬化，导致：浇筑先后时差过长，先浇筑的混凝土已硬化，导致交接缝混凝土不连续，这是结构产生裂缝的起始位置，将成交接缝混凝土不连续，这是结构产生裂缝
13、的起始位置，将成为结构承载力和耐久性的缺陷。为结构承载力和耐久性的缺陷。3、施工原因、施工原因(e)模板变形(f)支撑下沉(g)支撑下沉4、收缩裂缝、收缩裂缝(a)墙板干燥收缩裂缝与边框架的变形 混凝土在空气中结硬时要体混凝土在空气中结硬时要体积缩小，产生收缩变形。积缩小，产生收缩变形。如果构件受到边界约束就会产如果构件受到边界约束就会产生收缩裂缝；配筋多的构件，生收缩裂缝；配筋多的构件，也易产生局部收缩裂缝；新老也易产生局部收缩裂缝；新老混凝土界面上也容易产生收缩混凝土界面上也容易产生收缩裂缝。裂缝。防止措施：设置收缩缝，防止措施：设置收缩缝，改善水泥性能，降低水灰比，改善水泥性能，降低水灰
14、比，水泥用量不宜过多，配筋率不水泥用量不宜过多，配筋率不宜过高。宜过高。结构干燥收缩变形温度裂缝(b)结构干燥收缩变形与墙板裂缝5、温度裂缝、温度裂缝 结构构件随着温度变化而产结构构件随着温度变化而产生变形，即热胀冷缩。生变形，即热胀冷缩。可设置可设置伸缩缝。伸缩缝。大体积混凝土硬化过程中，水大体积混凝土硬化过程中，水泥和水反应，放出大量热。热泥和水反应，放出大量热。热量散不去，产生温度应力，是量散不去，产生温度应力，是结构内部受压外部受拉。结构内部受压外部受拉。防止措施：浇筑混凝土时防止措施：浇筑混凝土时进行合理分块，采用低热水泥，进行合理分块，采用低热水泥，在混凝土内部埋置预冷骨料，在混凝
15、土内部埋置预冷骨料，加强养护以及预埋冷却水管通加强养护以及预埋冷却水管通冷水等。冷水等。6 6、不均匀沉降产生裂缝、不均匀沉降产生裂缝不均匀沉降产生的裂缝不均匀沉降产生的裂缝ABDCABDCA沉降量AC 节点间的伸长2AA（=裂缝总宽度）(a)墙板的开裂(b)裂缝宽度 基础不均匀沉降，部分基础不均匀沉降，部分结构构件被迫变形而引起结构构件被迫变形而引起裂缝。裂缝。防止措施：根据地基防止措施：根据地基条件及上部结构形式采用条件及上部结构形式采用合理的构造措施，如设置合理的构造措施，如设置沉降缝等。沉降缝等。(a)混凝土开裂混凝土开裂7、钢筋锈蚀产生的裂缝(b)水、水、CO2侵入侵入(c)开始锈蚀
16、开始锈蚀(d)钢筋体积膨胀钢筋体积膨胀 防止措施：提高混凝土的密实度和抗渗性；防止措施：提高混凝土的密实度和抗渗性；适当加大混凝土的保护层厚度。适当加大混凝土的保护层厚度。8、反复冻融产生的裂缝反复冻融产生的裂缝反复冻融产生的裂缝二、裂缝的出现、分布与开展二、裂缝的出现、分布与开展在裂缝出现前在裂缝出现前，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀分布的。，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀分布的。当混凝土的拉应力达到抗拉强度时当混凝土的拉应力达到抗拉强度时，首先会在构件最薄弱截面位置出现第一条（批），首先会在构件最薄弱截面位置出现第一条（批）裂缝。（图裂缝。（图a)裂缝出现瞬间裂缝出
17、现瞬间，裂缝截面位置的混凝土退出受拉工作，应力降为零，而钢筋拉应力，裂缝截面位置的混凝土退出受拉工作，应力降为零，而钢筋拉应力应力产生突增（图应力产生突增（图b)。配筋率越小，钢筋的应力增量就越大。配筋率越小，钢筋的应力增量就越大。由于钢筋与混凝土之间存在粘结由于钢筋与混凝土之间存在粘结，随着距裂缝截面距离的增加，混凝土中又重新建，随着距裂缝截面距离的增加，混凝土中又重新建立起拉应力立起拉应力 c，而钢筋的拉应力则随距裂缝截面距离的增加而减小。，而钢筋的拉应力则随距裂缝截面距离的增加而减小。当距裂缝截面有足够的长度当距裂缝截面有足够的长度 l 时，混凝土拉应力时，混凝土拉应力 c增大到增大到f
18、t，此时将出现新的裂缝。此时将出现新的裂缝。（图图b、c中的中的-截面）截面）从第一条（批）裂缝出现到裂缝全部出齐为从第一条（批）裂缝出现到裂缝全部出齐为裂缝出现阶段裂缝出现阶段，该阶段的荷载增量并不，该阶段的荷载增量并不大，截面弯矩达到大，截面弯矩达到0.5Mu0.7Mu.由以上分析可见：由以上分析可见：裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋不断伸长，导致钢筋与混凝裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋不断伸长，导致钢筋与混凝土之间产生变形差。土之间产生变形差。由于混凝土材料的不均匀性以及截面尺寸的偏差等因素的影响由于混凝土材料的不均匀性以及截面尺寸的偏差等因素的影响，裂，裂缝的出现、分布和开展具有
19、很大的离散性，因此裂缝间距和宽度也是不缝的出现、分布和开展具有很大的离散性，因此裂缝间距和宽度也是不均匀的。均匀的。但大量的试验统计资料分析表明，裂缝间距和宽度的平均值具但大量的试验统计资料分析表明，裂缝间距和宽度的平均值具有一定规律性，是钢筋与混凝土之间粘结受力机理的反映。有一定规律性，是钢筋与混凝土之间粘结受力机理的反映。混凝土受拉区面积相对大小混凝土受拉区面积相对大小 如果混凝土受拉区面积相对较大，裂缝间距就比较大。如果混凝土受拉区面积相对较大，裂缝间距就比较大。混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度c的大小的大小 试验表明，当混凝土保护层厚度较大时，裂缝间距就大。试验表明，当混凝土保护层厚度
20、较大时，裂缝间距就大。钢筋与混凝土之间的粘结作用大，裂缝间距就小。钢筋钢筋与混凝土之间的粘结作用大，裂缝间距就小。钢筋与混凝土之间粘结作用的大小，与钢筋表面特征有关，与钢筋与混凝土之间粘结作用的大小，与钢筋表面特征有关，与钢筋单位长度内侧表面积的大小有关。所以用变形钢筋时裂缝间距单位长度内侧表面积的大小有关。所以用变形钢筋时裂缝间距就比用光面钢筋时的裂缝间距小就比用光面钢筋时的裂缝间距小;在钢筋截面面积相同的条件下，在钢筋截面面积相同的条件下，钢筋根数多、直径细时，裂缝间距小。钢筋根数多、直径细时，裂缝间距小。根据试验资料统计分析，并考虑受力特征的影响，对根据试验资料统计分析，并考虑受力特征的
21、影响，对于常用的于常用的带肋钢筋带肋钢筋，规范规范给出受弯构件的裂缝间距给出受弯构件的裂缝间距lm的计算公式为的计算公式为:teeqmdKcKl21 各个字母的含义请见下页各个字母的含义请见下页有有效效受受拉拉砼砼面面积积。筋筋率率，纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋的的有有效效配配周周长长）为为纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋截截面面总总当当钢钢筋筋用用不不同同直直径径时时，径径纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋的的等等效效直直；时时，取取；当当时时，取取当当离离：边边缘缘至至受受拉拉区区底底边边的的距距最最外外层层纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋外外平平均均裂裂缝缝间间距距试试验验常常数数和和tetesteteseqeqmA
22、AAuuAddccccclKK (;/4,6565202021teeqmdKcKl21第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 裂缝开展宽度的验算 Ate有效受拉砼截面面积；有效受拉砼截面面积；(受弯、偏拉及大偏压：受弯、偏拉及大偏压：Ate 2ab，a为为As重心至截面受拉边缘重心至截面受拉边缘的距离，的距离，b为矩形截面的宽度，为矩形截面的宽度，有受拉翼缘的倒有受拉翼缘的倒T形及工形截面，形及工形截面，b为受拉翼缘宽度；为受拉翼缘宽度；全截面受拉的偏拉：全截面受拉的偏拉：取拉应力较大一侧钢筋的相应有效受拉砼取拉应力较大一侧钢筋的相应有效受拉砼截面面积；截面面积；轴拉：轴拉：取取2al
23、s，ls为沿截面周边配置的受拉钢筋重心连线的总长为沿截面周边配置的受拉钢筋重心连线的总长度度)；平均裂缝宽度等于混凝土在裂缝截面处的回缩量，也就是在平均裂缝间距长度范围内的钢筋伸长量，与和钢筋位于同一高度处的受拉混凝土纤维伸长量之差，即)1(smcmsmmmmcmsmmlllw )1(smcmsmmmmcmsmmlllw式中：表示纵向钢筋平均拉应变。表示与纵向钢筋相同水平处测表面混凝土平均拉应变。smcmsssmsssmssmEEmssmlEw砼的变形很小，可忽略,则msmmlw引入钢筋应变不均匀系数来表示裂缝间的混凝土对钢筋应变所产生影响。值值裂缝截面受拉钢筋应力裂缝截面受拉钢筋应力在荷载标
24、准值作用下在荷载标准值作用下应变应变裂缝截面的受拉钢筋的裂缝截面的受拉钢筋的这里，这里，变不均匀系数变不均匀系数裂缝间纵向受拉钢筋应裂缝间纵向受拉钢筋应平均裂缝间距平均裂缝间距凝土的平均应变凝土的平均应变纵向受拉钢筋、受拉混纵向受拉钢筋、受拉混、,0.1ssstetmcmsmfl mssmlEw 实测表明，裂缝宽度具有很大的离散性。实测表明，裂缝宽度具有很大的离散性。最大裂缝宽度由平均裂缝宽度乘以最大裂缝宽度由平均裂缝宽度乘以“扩大系数扩大系数”得到。得到。mssmlEww22max )1.03()1.03(321max321maxteeqsslteeqsssdcEwdcEw。）；。）；荷载效
25、应的长期组合荷载效应的长期组合，合合。（荷载效应的短期组。（荷载效应的短期组荷载长期作用影响系数荷载长期作用影响系数。）；。）；，光面钢筋，光面钢筋变形钢筋变形钢筋钢筋表面形状系数。（钢筋表面形状系数。（。）；。）；，轴心受拉构件，轴心受拉构件偏心受拉构件偏心受拉构件，件件受弯构件和偏心受压构受弯构件和偏心受压构构件受力特征系数。（构件受力特征系数。（6.15.14.10.13.115.10.13332221111 )1.03()1.03(321max321maxteeqsslteeqsssdcEwdcEw纵向受拉钢筋的应力。构件的组合及长期组合计算的分别按荷载效应的短期、时，取当筋率，纵向受
26、拉钢筋的有效配周长）为纵向受拉钢筋截面总当钢筋用不同直径时，径纵向受拉钢筋的等效直；时，取；当时，取当离：边缘至受拉区底边的距最外层纵向受拉钢筋外slsstetetesteteseqeqAAuuAddmmcmmcmmcmmcc.03.003.0(;/4,65652020纵向受拉钢筋的应力。构件的组合及长期组合计算的分别按荷载效应的短期、slss（一）轴心受拉构件（一）轴心受拉构件值。计算的构件的轴向拉力期组合载效应的短期组合及长分别由荷载标准值按荷、lsslslssssNNANAN（二）受弯构件（二）受弯构件计算的构件的弯矩值。期组合载效应的短期组合及长分别由荷载标准值按荷、lsslslsss
27、sMMAhMAhM0087.087.0（三）大偏心受压构件（三）大偏心受压构件020020000)(1(12.087.00.114,)(400011)1()1(hehzzyhlhlheyeeeNNzeANzeANfsssssslsslslssss受压区合力点的距离。纵向受拉钢筋合力点至筋的合力点的距离。截面重心至纵向受拉钢。时，当系数；使用阶段的偏心矩增大；受拉钢筋合力点的距离轴向压力作用点至纵向值。计算的构件的轴向压力期组合载效应的短期组合及长分别由荷载标准值按荷、（四）偏心受拉构件（四）偏心受拉构件aheeeNNheANheANsslssslslsssss 2)1.11()1.11(000
28、筋）合力点的距离。筋）合力点的距离。为拉应力较大一侧的钢为拉应力较大一侧的钢拉的偏心受拉构件，拉的偏心受拉构件，受拉钢筋（对全截面受受拉钢筋（对全截面受轴向拉力作用点至纵向轴向拉力作用点至纵向值；值；计算的构件的轴向拉力计算的构件的轴向拉力期组合期组合载效应的短期组合及长载效应的短期组合及长分别由荷载标准值按荷分别由荷载标准值按荷、由于影响结构耐久性和建筑观感的是裂缝的最大开展宽由于影响结构耐久性和建筑观感的是裂缝的最大开展宽度，因此应对它进行验算，要求最大裂缝宽度的计算值不超度，因此应对它进行验算，要求最大裂缝宽度的计算值不超过过规范规范规定的限值。规定的限值。limmaxww。页附录五表详
29、见宽度规定的允许最大裂缝混凝土结构设计规范最大裂缝宽度1340limmax)1.03()1.03(321max321maxteeqsslteeqsssdcEwdcEw增大钢筋截面面积增大钢筋截面面积As，就能增大配筋率，就能增大配筋率 ，并能减小，并能减小钢筋拉应力钢筋拉应力 ，从而可使最大裂缝宽度减小。但这样，从而可使最大裂缝宽度减小。但这样将增加工程造价，因此，这是一种措施，但并不是最好的措将增加工程造价，因此，这是一种措施，但并不是最好的措施。施。采用变形钢筋，同时采用细直径钢筋，采用变形钢筋，同时采用细直径钢筋，减小减小,可以使可以使最大裂缝宽度减小，效果比较明显，而又不增加工程费用，
30、最大裂缝宽度减小，效果比较明显，而又不增加工程费用，因此，是减小裂缝宽度的有效措施。因此，是减小裂缝宽度的有效措施。提高混凝土强度等级，可以减小提高混凝土强度等级，可以减小 值，从而减小裂缝值，从而减小裂缝宽度，但这样作同样要增加工程费用。宽度，但这样作同样要增加工程费用。增大构件截面尺寸，意味着降低配筋率增大构件截面尺寸，意味着降低配筋率 ，虽可以减，虽可以减小一点小一点 值，但却使值，但却使 增大，完全有可能增大，完全有可能出现相反效果，反而使裂缝宽度增大。所以，这不是办法。出现相反效果，反而使裂缝宽度增大。所以，这不是办法。teteeqdsteeqd/增大钢筋截面面积增大钢筋截面面积As
31、，就能增大配筋率，就能增大配筋率 ，并能减小，并能减小钢筋拉应力钢筋拉应力 ，从而可使最大裂缝宽度减小。但这样，从而可使最大裂缝宽度减小。但这样将增加工程造价，因此，这是一种措施，但并不是最好的措将增加工程造价，因此，这是一种措施，但并不是最好的措施。施。采用变形钢筋，同时采用细直径钢筋，采用变形钢筋，同时采用细直径钢筋，减小减小,可以使可以使最大裂缝宽度减小，效果比较明显，而又不增加工程费用，最大裂缝宽度减小，效果比较明显，而又不增加工程费用，因此，是减小裂缝宽度的有效措施。因此，是减小裂缝宽度的有效措施。提高混凝土强度等级，可以减小提高混凝土强度等级，可以减小 值，从而减小裂缝值，从而减小
32、裂缝宽度，但这样作同样要增加工程费用。宽度，但这样作同样要增加工程费用。增大构件截面尺寸，意味着降低配筋率增大构件截面尺寸，意味着降低配筋率 ，虽可以减，虽可以减小一点小一点 值，但却使值，但却使 增大，完全有可能增大，完全有可能出现相反效果，反而使裂缝宽度增大。所以，这不是办法。出现相反效果，反而使裂缝宽度增大。所以，这不是办法。teteeqdsteeqd/减小钢筋直径采用变形钢筋增加配筋量采用预应力混凝土结构（一）裂缝影响耐久性的原因（一）裂缝影响耐久性的原因 一般的钢筋混凝土构件总是带裂缝工作的，裂缝的出现加快了混一般的钢筋混凝土构件总是带裂缝工作的，裂缝的出现加快了混凝土的碳化，也是使
33、钢筋开始锈蚀的主要条件。凝土的碳化，也是使钢筋开始锈蚀的主要条件。钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键问题。钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键问题。（二）钢筋锈蚀的破坏机理（二）钢筋锈蚀的破坏机理 钢筋锈蚀引起混凝土结构破坏过程如下钢筋锈蚀引起混凝土结构破坏过程如下，首先在裂缝宽度较大处发生个别点的首先在裂缝宽度较大处发生个别点的“坑蚀坑蚀”，继而逐渐形，继而逐渐形成成“环蚀环蚀”，同时向裂缝两边扩展，形成锈蚀面，使钢筋有效面，同时向裂缝两边扩展，形成锈蚀面，使钢筋有效面积减小。严重锈蚀时，会导致积减小。严重锈蚀时，会导致沿钢筋长度出现纵向裂缝沿钢筋长度出现纵向裂缝，甚至导，甚至
34、导致混凝土保护层脱落，习称致混凝土保护层脱落，习称“暴筋暴筋”，从而导致截面承载力下降，从而导致截面承载力下降，直至最终引起结构破坏。直至最终引起结构破坏。（1）混凝土本身要保证密实度（降低水灰比、改善混凝土的级）混凝土本身要保证密实度（降低水灰比、改善混凝土的级配、掺减水剂、妥善振捣加强养护），具有足够的保护层厚度，配、掺减水剂、妥善振捣加强养护），具有足够的保护层厚度，严格控制含氯量。严格控制含氯量。（2）采用覆盖层，防止）采用覆盖层，防止CO2、O2、Cl-的渗入。的渗入。（3）在强腐蚀性介质中的混凝土结构中，可采用钢筋阻锈剂、）在强腐蚀性介质中的混凝土结构中，可采用钢筋阻锈剂、防腐蚀钢
35、筋、环氧涂层钢筋、镀锌钢筋、不锈钢钢筋等。防腐蚀钢筋、环氧涂层钢筋、镀锌钢筋、不锈钢钢筋等。（4）对钢筋采用阴极防护法。采用此方法可防止钢筋的溶解，）对钢筋采用阴极防护法。采用此方法可防止钢筋的溶解，使钢筋表面氧化膜更为完整和稳定。阴极防护法只用于重大工程使钢筋表面氧化膜更为完整和稳定。阴极防护法只用于重大工程中。中。（5）按设计规范，将受拉裂缝宽度限制在允许的范围内。）按设计规范，将受拉裂缝宽度限制在允许的范围内。（三）防止钢筋锈蚀的主要措施（三）防止钢筋锈蚀的主要措施如何计算如何计算f f？材料力学公式：材料力学公式：EIMlSf2max均质弹性梁均质弹性梁 抗弯刚度抗弯刚度EIEI为常量
36、为常量 f f与与MM成正比。成正比。f f与与M M不成正比。不成正比。EIMlf2max485支梁对于承受均布荷载的简EIMlf2max121的简支梁对于跨中承受集中荷载钢筋混凝土梁的抗弯刚度不是常数是随荷载增大而降低的值。钢筋混凝土梁的抗弯刚度不是常数是随荷载增大而降低的值。因为：因为：1.混凝土是弹塑性材料混凝土是弹塑性材料,E是变化的，荷载大，是变化的，荷载大，E变小；变小；2.混凝土开裂后混凝土开裂后,截面减小截面减小,使使I变小。变小。(1)裂缝出现前，裂缝出现前，M-f接近直线。接近直线。(2)出现裂缝后，出现转折点出现裂缝后，出现转折点A。砼塑性发展，变形模量降低；截面开裂，
37、抗弯刚度降低。砼塑性发展，变形模量降低；截面开裂，抗弯刚度降低。(3)钢筋屈服，出现第二个转折点钢筋屈服，出现第二个转折点C，截面刚度急剧降低。，截面刚度急剧降低。由于砼开裂、弹塑性应力由于砼开裂、弹塑性应力-应变关系和钢筋屈服等影响，应变关系和钢筋屈服等影响，钢筋钢筋砼砼适筋梁适筋梁的的M-f 关系不再是直线关系不再是直线。钢筋砼梁，钢筋砼梁，用抗弯刚度用抗弯刚度B代替代替EI，B随随M增大而减小。增大而减小。刚度刚度B确定后可用材料力学公式计算梁的挠度。确定后可用材料力学公式计算梁的挠度。水工规范对钢筋砼梁抗弯刚度采用简化计算方法。水工规范对钢筋砼梁抗弯刚度采用简化计算方法。085.0IE
38、Bcs弹性模量降低的系数。考虑混凝土出现塑性时惯性矩；换算截面对其重心轴的混凝土的弹性模量；土受弯构件的短期刚度不出现裂缝的钢筋混凝85.00IEBcs30)12.055.01)(28.0025.0(bhEBcffEs.h.h,h.h,bhh)bb(;.h.h,h.h,bhh)bb(;b)bh/(A,;BffffffffffffsEs000000020202020 取取时时当当板有效截面面积的比值板有效截面面积的比值受拉翼缘截面面积与腹受拉翼缘截面面积与腹取取时时当当值值腹板有效截面面积的比腹板有效截面面积的比受压翼缘截面面积与受压翼缘截面面积与为截面肋宽；为截面肋宽；，纵向受拉钢筋配筋率纵向
39、受拉钢筋配筋率弹性模量的比值弹性模量的比值钢筋弹性模量与混凝土钢筋弹性模量与混凝土；土受弯构件的短期刚度土受弯构件的短期刚度不出现裂缝的钢筋混凝不出现裂缝的钢筋混凝 长期荷载下，压区砼徐变使挠度随时间增大。长期荷载下，压区砼徐变使挠度随时间增大。砼收缩引起梁刚度降低，挠度增大。尤其是砼收缩引起梁刚度降低，挠度增大。尤其是拉区钢筋拉区钢筋较多而压区很少或未配，压区砼自由收缩，梁上部缩较多而压区很少或未配，压区砼自由收缩，梁上部缩短。拉区砼收缩受钢筋约束，砼受拉，可出现裂缝。短。拉区砼收缩受钢筋约束，砼受拉，可出现裂缝。影响砼徐变和收缩的因素如影响砼徐变和收缩的因素如受压钢筋的配筋率，加荷受压钢筋
40、的配筋率，加荷龄期，荷载的大小、持续时间及养护条件龄期，荷载的大小、持续时间及养护条件等对长期挠等对长期挠度的增长有影响。度的增长有影响。4.00.2、为受压筋和受拉筋的配筋率。为受压筋和受拉筋的配筋率。(As/bho，As/bho)0，=2.0；，1.6；为中间值，为中间值，按直线内插。按直线内插。翼缘位于拉区的倒翼缘位于拉区的倒T形截面，挠度增大系数形截面，挠度增大系数乘以乘以1.2。考虑荷载长期作用对梁挠度的影响考虑荷载长期作用对梁挠度的影响 试验结果确定荷载长期作用的挠度增大系数试验结果确定荷载长期作用的挠度增大系数值为荷载长期作用的挠度与即时产生的挠度的比值。值为荷载长期作用的挠度与
41、即时产生的挠度的比值。sslslBMMMB)1(1 1、对于荷载效应的短期组合（并考虑部分荷载的长、对于荷载效应的短期组合（并考虑部分荷载的长期作用的影响）时期作用的影响）时 矩形、矩形、T形及工形截面受弯构件的长期刚度形及工形截面受弯构件的长期刚度Bl2 2、对于荷载效应的长期组合、对于荷载效应的长期组合slBB sslslBMMMB)1(。以以应在上式计算基础上乘应在上式计算基础上乘型截面，型截面，对翼缘在受拉区的对翼缘在受拉区的所以所以时时而而时时当当受拉钢筋的配筋率受拉钢筋的配筋率受压钢筋的配筋率受压钢筋的配筋率可按下式计算可按下式计算挠度増大的影响系数挠度増大的影响系数考虑荷载的长期
42、作用对考虑荷载的长期作用对的弯矩值；的弯矩值；期组合及长期组合计算期组合及长期组合计算由荷载标准值按荷载短由荷载标准值按荷载短、长期刚度；长期刚度；短期刚度；短期刚度；2.10.26.1.0.2,0;6.1,;4.00.2,TMMBBlsls slBB 8.4 变 形 验 算四、受弯构件的挠度计算四、受弯构件的挠度计算v 将将Bl代替代替EI，挠度值按材料力学公式求得，挠度值按材料力学公式求得。v 挠度计算值不应超过挠度计算值不应超过340页表页表3规定的允许值。规定的允许值。fs、fl按短期及长期组合对应的长期刚度按短期及长期组合对应的长期刚度Bl进行进行 计算所求得的挠度值。计算所求得的挠
43、度值。ssff llff f为挠度允许值为挠度允许值。主要从以下几个方面考虑：。主要从以下几个方面考虑：1、保证结构的使用功能要求保证结构的使用功能要求。过大的变形将影响甚至丧失结构构件使用。过大的变形将影响甚至丧失结构构件使用功能，如支承精密仪器设备的梁板结构挠度过大，难以使仪器保持功能，如支承精密仪器设备的梁板结构挠度过大，难以使仪器保持水平；屋面结构挠度过大会造成积水产生渗漏；吊车梁和桥梁的过水平；屋面结构挠度过大会造成积水产生渗漏；吊车梁和桥梁的过大变形会妨碍吊车和车辆的正常运行等。大变形会妨碍吊车和车辆的正常运行等。2、防止对结构构件产生不良影响防止对结构构件产生不良影响。支承在砖墙
44、上的梁端产生过大转角，。支承在砖墙上的梁端产生过大转角，使支承面积减小、支承反力偏心增大，引起墙体开裂。使支承面积减小、支承反力偏心增大，引起墙体开裂。3、防止对非结构构件产生不良影响防止对非结构构件产生不良影响。结构变形过大会使门窗等不能正常。结构变形过大会使门窗等不能正常开关，导致隔墙、天花板的开裂或损坏。开关，导致隔墙、天花板的开裂或损坏。4、保证使用者的感觉在可接受的程度之内保证使用者的感觉在可接受的程度之内。过大振动、变形会引起使用。过大振动、变形会引起使用者的不适或不安全感。者的不适或不安全感。由于弯矩沿梁长是变化的，由于弯矩沿梁长是变化的，抗抗弯刚度沿梁长也是变化的弯刚度沿梁长也
45、是变化的。但。但按变刚度梁来计算挠度变形很按变刚度梁来计算挠度变形很麻烦。麻烦。规范规范为简化起见，取同号为简化起见，取同号弯矩区段的最大弯矩截面处的弯矩区段的最大弯矩截面处的最小刚度，最小刚度，按等刚度梁来计算。按等刚度梁来计算。计算计算Bl，简支梁简支梁取跨中截面的取跨中截面的刚度，即刚度，即按跨中截面取；按跨中截面取；悬臂悬臂梁梁按支座截面取；按支座截面取；等截面连续等截面连续构件构件，取跨中和支座截面刚度，取跨中和支座截面刚度的平均值。的平均值。“最小刚度原则最小刚度原则”注 意则应采取措施减小挠度，即增大构件的刚度：则应采取措施减小挠度，即增大构件的刚度：增加截面尺寸增加截面尺寸 提高混凝土强度等级提高混凝土强度等级 增加配筋量增加配筋量 选用合理的截面形式选用合理的截面形式最有效的办法：最有效的办法：增大截面高度增大截面高度例题见186页若 不能满足 ssffllff 五、减小受弯构件挠度的措施五、减小受弯构件挠度的措施
