第三章 结构裂缝的理论(土木工程事故处理分析与处理)

2020/1/21土木建筑学院岳建伟河南大学22020/1/21第三章结构裂缝的理论混凝土结构微裂缝理论1荷载裂缝理论2约束变形裂缝理论3地基变形理论4结构裂缝的分类532020/1/21一、混凝土结构微裂缝理论(a）水泥石微裂缝；(b）界面微裂缝；(c）骨料微裂缝1.微裂缝的类型42020/1/21一、混凝土结构微裂缝理论2.微裂缝对混凝土受荷性能的影响混凝土立方试块从微裂到加载破坏52020/1/21一、混凝土结构微裂缝理论2.微裂缝对混凝土受荷性能的影响62020/1/21一、混凝土结构微裂缝理论3.微裂缝对混凝土变形性能的影响时，微裂缝不会随时间开展，混凝土的徐变主要是水泥胶凝体粘性流动的结果，与应力的大小成线性关系，称之为线性徐变。ccf5.0时，水泥胶凝体不仅随时间发生粘性流动，而且在混凝土中受荷前产生的微裂缝中也会随时间扩展，应变与应力的大小成非线性关系，称之为非线性徐变。ccf5.0微裂缝随时间增长迅速扩展，使混凝土的变形超过其极限变形能力而突然破坏。ccf8.072020/1/21一、混凝土结构微裂缝理论4.微裂缝对混凝土结构的不利影响1）降低混凝土的抗裂性能2）降低混凝土抵抗变形的能力3）降低混凝土的持久强度4）增加由于徐变引起的预应力损失82020/1/21二、荷载裂缝理论国家标准对荷载裂缝控制的方法有两种：一种是通过构件截面承载力的计算和构造间接控制，如混凝土结构中各种受力构件的斜裂缝和砌体结构中的各种裂缝采用间接控制法；另一种是通过构件正截面裂缝宽度的计算直接控制。92020/1/21二、荷载裂缝理论1.荷载裂缝出现的机理荷载裂缝102020/1/21二、荷载裂缝理论1.荷载裂缝出现的机理00yIMbIVS0022()22tp112020/1/21二、荷载裂缝理论1.荷载裂缝出现的机理2tg2=tktpf主应力的作用方向与梁纵向轴线夹角为出现与主拉应力方向垂直的裂缝0,0M2tg出现与梁纵向轴线成45的斜裂缝0,0V02tg出现与梁纵向轴线成90的垂直裂缝122020/1/21二、荷载裂缝理论2.荷载垂直裂缝开展宽度的计算132020/1/21二、荷载裂缝理论2.荷载垂直裂缝开展宽度的计算0(εε)crlmscwdlε(εε)(1)εεcmsmmsmcmcrsmcrccrsmswllalE0.85skmcrswlEε/εcmsm0.15smsk=142020/1/21二、荷载裂缝理论2.荷载垂直裂缝开展宽度的计算(1.90.08)eqcrtedlc2iieqiiinddndtesteAA0.651.1tksktef152020/1/21二、荷载裂缝理论2.荷载垂直裂缝开展宽度的计算最大裂缝宽度按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度，是在平均裂缝宽度的基础上乘以短期、长期裂缝宽度扩大系数进行计算。maxε(1)εεcmslsmslsmcrsmwwlε(1)(1.90.08/)εcmsksleqtesmscdE(1.90.08/)skcreqtesacdE162020/1/21二、荷载裂缝理论2.荷载垂直裂缝开展宽度的计算最大裂缝宽度ε(1)εcmcrslsma172020/1/21二、荷载裂缝理论3.斜裂缝开展宽度的计算试验表明，斜裂缝出现之前，箍筋变形几乎可忽略不计，因此可以认为梁斜向开裂时的剪力Vcr与箍筋形式及间距无关。表明影响Vcr的主要因素为混凝土抗拉强度，纵向钢筋含筋率和剪跨比。00.4(145)0.3tcrfVbh182020/1/21二、荷载裂缝理论3.斜裂缝开展宽度的计算箍筋箍筋的应变分布192020/1/21二、荷载裂缝理论3.斜裂缝开展宽度的计算sinsvsvcrcAVVs1.18(1)crmdsvsvsvVVwKstgctgctgAEcos[90(180)]cossvz1.7(0.260)sin0.1sin(45)crmdsvsvVVwsAE202020/1/21三、约束变形裂缝理论1.约束的存在有三个条件约束是由相互连接的结构构件之间或结构组成材料之间在变形过程中的相互牵制，使其界面上的变形最后达到一致。1）至少有两种以上的结构构件和结构材料，或同一结构构件和结构材料但有不同的温度、湿度状态2）构件或结构之间相互连接，或相互支承；3）结构构件或结构材料发生变形。212020/1/21三、约束变形裂缝理论2.构件的外部约束1）约束力可忽略不计，接近于自由体222020/1/21三、约束变形裂缝理论2.构件的外部约束2）构件的变形部分得到满足，部分受到约束，其约束力仍较大弹性排架和框架结构232020/1/21三、约束变形裂缝理论2.构件的外部约束3）构件的收缩不能自由完成，变形得不到满足，可视为嵌固或完成约束状态242020/1/21三、约束变形裂缝理论2.构件的内部约束内部约束指结构构件内部各质点或各组成部分的相互约束。构件中钢筋对混凝土收缩变形时的约束252020/1/21三、约束变形裂缝理论2.构件的内部约束262020/1/21三、约束变形裂缝理论3.温度及其分布规律温度变化这类作用不是直接以力的形式出现，习惯上也称为“温度荷载”，而我国《建筑结构荷载规范，称之为温度作用。1）日照温度作用；2）骤然降温的温度作用；3）年温温度作用。272020/1/21三、约束变形裂缝理论3.温度分布的影响因素某一特定时刻结构表面与内部各点的温度状态，是指混凝土结构各点温度的大小及分布规律，其影响因素主要有：1）外界大气温度变化；2）混凝土的热性能；3）结构物形状；4）水泥水化热；282020/1/21三、约束变形裂缝理论4.工程中几种常遇结构构件温度应力的实用计算方法1）完全约束梁或板的温度应力rtTtrETE292020/1/21三、约束变形裂缝理论4.工程中几种常遇结构构件温度应力的实用计算方法1）完全约束梁或板的温度应力21TTT12rT0.5tTE低温面为约束拉应力，取正号；高温面为约束压应力，取负号302020/1/21三、约束变形裂缝理论4.工程中几种常遇结构构件温度应力的实用计算方法2）宽梁、厚堵表面冷却的自约束应力2()02(1)yyTTh()1yrTv202()(1)1ryryTEhEv312020/1/21三、约束变形裂缝理论4.工程中几种常遇结构构件温度应力的实用计算方法3）圆筒形构筑物的温度应力,,1rlrrMMDr1rTrh312(1)EhDv2,,12(1)rlrEThMMv,,12(1)rrETv322020/1/21三、约束变形裂缝理论4.工程中几种常遇结构构件温度应力的实用计算方法4）平置结构构件温度应力()()xxxcu()0xxddxh()rxxrduEEdx2()2rxxdudEdxdx()xruuTx22()22xrdududxdx2()()20xxxducuEdxhxchE2()2()20xxduudx332020/1/21三、约束变形裂缝理论4.工程中几种常遇结构构件温度应力的实用计算方法4）平置结构构件温度应力2()2()20xxduudx()sin()cos(/2)xTuhxhlcos()[1]cos(/2)xhxEThl,max1[1]cos(/2)xEThl342020/1/21三、约束变形裂缝理论4.工程中几种常遇结构构件温度应力的实用计算方法5）伸缩缝间距,max1[1]cos(/2)xEThltxfmax,max2arccosxtuThElhcTtux410)101(5.0dfsttuminmax1arccos2xtuThEllhcT裂缝之间的间距可称为最小伸缩缝间距maxmin1()1.5arccos2mxtuThElllhcT平均伸缩缝间距。