高等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫第一頁，共四十頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性具有足夠的承載力和變形能力安全性適用性耐久性在使用荷載下不產(chǎn)生過大的裂縫和變形在一定時期內(nèi)維持其安全性和適用性的能力第二頁，共四十頁，2022年，8月28日極限狀態(tài)設(shè)計理論承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能裂縫、變形、振動（剛度）控制裂縫控制變形和振動第三頁，共四十頁，2022年，8月28日產(chǎn)生裂縫的原因

在混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫通常是由拉應(yīng)力引起的。因混凝土的極限拉伸應(yīng)變etu隨混凝土品種、配合比、添加劑、養(yǎng)護(hù)條件、加載速度、截面上的應(yīng)力梯度等不同會發(fā)生變化。嚴(yán)格地說，只有當(dāng)混凝土的拉伸應(yīng)變et達(dá)到某處混凝土的極限拉應(yīng)變etu時才會出現(xiàn)裂縫。第四頁，共四十頁，2022年，8月28日第五頁，共四十頁，2022年，8月28日固體下沉，表面泌水而引起的。大風(fēng)、高溫使水分從混凝土表面快速蒸發(fā)引起的（龜裂）。塑性裂縫混凝土的收縮受到約束后產(chǎn)生的裂縫約束收縮裂縫施工期間的裂縫第六頁，共四十頁，2022年，8月28日混凝土收縮或溫度變形受到約束產(chǎn)生的裂縫

大體積混凝土水化過程中發(fā)熱量很大，內(nèi)部溫度較高，混凝土體積膨脹，內(nèi)外溫差很大，內(nèi)部混凝土膨脹受到外部已硬化混凝土的約束，使構(gòu)件表面混凝土受拉產(chǎn)生裂縫。第七頁，共四十頁，2022年，8月28日第八頁，共四十頁，2022年，8月28日施工措施不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫

混凝土在澆筑、硬化過程中會產(chǎn)生下沉和泌水，當(dāng)下沉受到阻擋時會產(chǎn)生內(nèi)部的泌水，干燥后就會成為裂縫。第九頁，共四十頁，2022年，8月28日基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫

基礎(chǔ)不均勻下沉?xí)r會迫使墻體一起變形，在主拉應(yīng)力作用下混凝土墻體也會開裂。主拉應(yīng)力主拉應(yīng)力基礎(chǔ)下沉第十頁，共四十頁，2022年，8月28日鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫第十一頁，共四十頁，2022年，8月28日溫度裂縫溫度區(qū)段氣溫升高時T第十二頁，共四十頁，2022年，8月28日受力裂縫拉、彎、剪、扭、粘結(jié)等引起的裂縫斜裂縫！！垂直裂縫！縱向裂縫?。?！目前，只有拉、彎狀態(tài)下混凝土橫向裂縫寬度的計算理論比較成熟第十三頁，共四十頁，2022年，8月28日第十四頁，共四十頁，2022年，8月28日鋼筋混凝土受拉試件全過程試驗重要結(jié)論ms(s)l2lsmc(c)cm*裂縫數(shù)量增加至一定數(shù)量時不再增加，但寬度不斷變化*開裂后剛度退化第十五頁，共四十頁，2022年，8月28日

由于混凝土材料的不均勻性，裂縫的出現(xiàn)、分布和開展具有很大的離散性，裂縫間距和寬度也是不均勻的。但大量的試驗統(tǒng)計分析表明，裂縫間距和寬度的平均值具有一定規(guī)律性。

如果兩條裂縫的間距大于2l,則在其間還會存在σct≥ft的混凝土

區(qū)段，就會產(chǎn)生新的裂縫;

如果兩條裂縫的間距小于2l，則由于粘結(jié)應(yīng)力傳遞長度不夠，裂縫間混凝土處處σct＜ft，因此將不會再出現(xiàn)新的裂縫。故裂縫間距最終將穩(wěn)定在l~2l

之間，可近似取裂縫的平均間距l(xiāng)m=1.

5l。第十六頁，共四十頁，2022年，8月28日裂縫產(chǎn)生和開展過程中鋼筋及混凝土的應(yīng)力變化1.裂縫出現(xiàn)前，混凝土和鋼筋的應(yīng)變沿構(gòu)件的長度基本上是均勻分布的；2.當(dāng)構(gòu)件最薄弱截面混凝土的拉應(yīng)變ξt達(dá)到極限拉應(yīng)變ξtu時，會出現(xiàn)第一條裂縫；3.裂縫出現(xiàn)后，裂縫截面的混凝土立即退出受拉工作，拉應(yīng)力st=0；裂縫兩側(cè)混凝土迅速回縮，使得裂縫一出現(xiàn)就有一定的寬度；第十七頁，共四十頁，2022年，8月28日4.開裂后裂縫截面由于受拉混凝土退出工作，鋼筋拉應(yīng)力ss突增，但鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)，在裂縫兩側(cè)一定范圍內(nèi)就會產(chǎn)生粘結(jié)應(yīng)力τ，隨著離裂縫距離的增加，混凝土中又重新建立起拉應(yīng)力st，而裂縫截面突增的鋼筋拉應(yīng)力ss也逐漸恢復(fù)正常；5.當(dāng)混凝土中拉應(yīng)力st增大到ft時，下一個最薄弱截面將可能出現(xiàn)新的裂縫；6.當(dāng)鋼筋接近屈服時，鋼筋與混凝土之間會產(chǎn)生較大滑移，粘結(jié)應(yīng)力基本喪失，裂縫間混凝土退出受拉工作，鋼筋應(yīng)力漸趨相等。第十八頁，共四十頁，2022年，8月28日00.0010.0020.0030.00420010050150N(kN)平均應(yīng)變混凝土：fc=30.8MPa;ft=1.97MPa;

Ec=25.1103MPa.鋼筋：fy=376MPa;fsu=681MPa;

Es=205103MPa;As=284mm2.混凝土中的鋼筋裸鋼筋152NN915152*從平均應(yīng)變意義上，空氣中的鋼筋和混凝土中的鋼筋的本構(gòu)關(guān)系不同第十九頁，共四十頁，2022年，8月28日裂縫寬度的計算理論

粘結(jié)滑移理論以軸心受拉為例C*基本假定就是：開裂后，裂縫處混凝土退出工作，鋼筋和混凝土之間發(fā)生滑移，混凝土回縮至圖中虛線的位置*裂縫寬度=裂縫間鋼筋和混凝土之間的變形差值先求出裂縫間距第二十頁，共四十頁，2022年，8月28日裂縫的間距l(xiāng)（s+s）AssAsc=ftl（s+s）AssAsm第二十一頁，共四十頁，2022年，8月28日裂縫的間距l(xiāng)（s+s）AssAsc=ftl（s+s）AssAs裂縫的平均間距第二十二頁，共四十頁，2022年，8月28日裂縫的間距bhbfbf’bh0.5hhf’hf為了和受彎構(gòu)件相統(tǒng)一，定義：有效配筋率有效受拉面積于是，對軸拉和受彎構(gòu)件，平均裂縫間距的公式可統(tǒng)一寫成：第二十三頁，共四十頁，2022年，8月28日裂縫寬度裂縫處鋼筋的應(yīng)變C設(shè)稱為裂縫間鋼筋應(yīng)力不均勻系數(shù)，則有裂縫處鋼筋的應(yīng)力第二十四頁，共四十頁，2022年，8月28日

裂縫間距越小，裂縫寬度也越??；鋼筋直徑越細(xì)，裂縫寬度也越??；配筋率ρ越大，裂縫寬度也越??；采用變形鋼筋，可減小裂縫寬度。

根據(jù)粘結(jié)-滑移理論，“裂縫寬度是裂縫間距范圍內(nèi)鋼筋與混凝土的變形差”，寬裂縫對結(jié)構(gòu)耐久性很不利，分布細(xì)而密的裂縫對結(jié)構(gòu)耐久性較有利。這是控制裂縫寬度的一個重要原則。第二十五頁，共四十頁，2022年，8月28日無滑移理論認(rèn)為混凝土開裂后，混凝土與鋼筋之間無相對滑移，裂縫的發(fā)展寬度與裂縫量測點距最近一根鋼筋表面的距離c直接相關(guān)。*Broms（美）Base（英）等人通過試驗得出：C第二十六頁，共四十頁，2022年，8月28日粘接滑移與無滑移理論的結(jié)合上述兩種理論和實際情況均有一定的差距，為此將二者結(jié)合起來，按下述公式進(jìn)行計算分析：C各系數(shù)由試驗分析確定第二十七頁，共四十頁，2022年，8月28日統(tǒng)計分析法（Gergely-Lutz法）-

美國規(guī)范ACI318-95）對612個底面裂縫寬度和344個側(cè)面裂縫寬度進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出：hh0x’dcdcAsh使用荷載下鋼筋的應(yīng)力，ksi第二十八頁，共四十頁，2022年，8月28日半理論半經(jīng)驗的方法《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010）《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》所采用的方法第二十九頁，共四十頁，2022年，8月28日平均裂縫間距te<0.01時，取te=0.01c<20時，取c=20；c>65時，取c=65受彎kl=1.0；軸拉kl=1.1光圓，取0.7；變形，取1.0第三十頁，共四十頁，2022年，8月28日平均裂縫寬度kw=0.85第三十一頁，共四十頁，2022年，8月28日裂縫的最大寬度由裂縫的統(tǒng)計特性，按95%的保證率考慮到長期荷載下，混凝土徐變影響導(dǎo)致裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，取擴(kuò)大系數(shù)為1.5第三十二頁，共四十頁，2022年，8月28日以數(shù)理統(tǒng)計分析為基礎(chǔ)的計算方法《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力橋涵設(shè)計規(guī)范》采用的方法受拉鋼筋的總周長第三十三頁，共四十頁，2022年，8月28日裂縫寬度的控制裂縫的控制等級嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫一級二級三級一般要求不出現(xiàn)裂縫可以出現(xiàn)裂縫但要驗算裂縫的寬度C由不同的《規(guī)范》根據(jù)具體的情況確定第三十四頁，共四十頁，2022年，8月28日

關(guān)于裂縫計算的討論：1.最新的研究表明，現(xiàn)有的裂縫理論還很不完善，裂縫本身又有較大的離散性，計算結(jié)果誤差較大；2.目前只驗算橫向裂縫，但從長期來看，橫向裂縫對結(jié)構(gòu)耐久性的影響并不大，而縱向裂縫對結(jié)構(gòu)耐久性的影響最大，卻而又不會計算；3.目前只驗算混凝土表面的裂縫寬度，而直接影響耐久性的是鋼筋表面處的裂縫寬度，但還不會計算；4.研究裂縫的主要目的是提高結(jié)構(gòu)的耐久性，在裂縫計算理論尚不完善的情況下，提高結(jié)構(gòu)的耐久性的有效措施是提高混凝土的密實性，適當(dāng)加大混凝土保護(hù)層，以及合理的構(gòu)造措施。5.《規(guī)范》只反映現(xiàn)階段人們的認(rèn)識水平，有待逐年修改，更新，在裂縫計算方面還有很多工作要做。第三十五頁，共四十頁，2022年，8月28日

除了用計算控制裂縫外，設(shè)計者更應(yīng)當(dāng)從構(gòu)造上控制裂縫。

根據(jù)無滑移理論，鋼筋表面與混凝土有可靠粘結(jié)。近年的研究表明，由于鋼筋的勻質(zhì)性，在鋼筋周圍一定范圍內(nèi)鋼筋可有效約束混凝土的不均勻變形，這樣，在宏觀上就大大提高了混凝土的極限拉伸應(yīng)變，通常把這個范圍稱為鋼筋的約束區(qū)，研究表明鋼筋約束區(qū)大約為鋼筋周圍7.5d的范圍。利用鋼筋約束區(qū)的概念可以從構(gòu)造上有效地控制裂縫的寬度。

第三十六頁，共四十頁，2022年，8月28日例如：