混凝土构件的延性及耐久性.ppt
第九章 混凝土构件的变形裂缝及耐久性,钢筋混凝土受弯构件的挠度验算 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算 混凝土构件的截面延性 混凝土结构的耐久性,三、混凝土构件的截面延性,（一）延性概念（二）截面延性的表示及计算（三）截面的延性的影响因素（四）提高截面曲率延性系数的措施,结构、构件或截面延性是指从屈服到破坏的能力。即延性是反映构件的后期变形能力。“后期”是指从钢筋开始屈服进入破坏阶段直到最大承载能力（或下降到最大承载能力的 85）时的整个过程。,（一）延性概念,延性要求的目的：满足抗震方面的要求；防止脆性破坏；在超静定结构中，适应外界的变化；使超静定结构能充分的进行内力重分布。,（一）延性概念,结构、构件或截面延性是指从屈服到破坏的能力。即延性是反映构件的后期变形能力。“后期”是指从钢筋开始屈服进入破坏阶段直到最大承载能力（或下降到最大承载能力的 85）时的整个过程。,截面的延性用延性系数来表达 延性系数用达到最大承载力时的截面曲率与受拉钢筋开始屈服时的截面曲率的比来表示。,（二）截面延性的表示及计算,截面的延性用延性系数来表达 延性系数用达到最大承载力时的截面曲率与受拉钢筋开始屈服时的截面曲率的比来表示。,（二）截面延性的表示及计算,根据平截面假设,（二）截面延性的表示及计算,cu受压区边缘混凝土极限压应变；xa 达到截面最大承载力时混凝土受压区的压应变高度y 钢筋开始屈服时的钢筋应变，y=fyEs；k 钢筋开始屈服时的受压区高度系数。,（二）截面延性的表示及计算,钢筋开始屈服时的混凝土受压区高度系数k可按图虚线所示的混凝土受压区压应力图形为三角形，由平衡条件求得。对单筋截面：,k 的求解,对双筋截面,（二）截面延性的表示及计算,可用承载力计算中采用的混凝土受压区高度x来表示，对单筋截面：,xa 的求解,对双筋截面,（二）截面延性的表示及计算,（三）截面的延性的影响因素,纵向钢筋配筋率 混凝土极限压应变 钢筋屈服强度 混凝土强度,延性的主要因素,纵向受拉钢筋配筋率增大，延性系数减小。这是由于配筋率高时，k和xa均增大，导致y增大而u减少,纵向钢筋配筋率,受压钢筋配筋率增大，延性系数增大。因这时k和xa均减少，导致y减小而u增大。,令,纵向钢筋配筋率,混凝土极限压应变cu增大，则延性系数提高。大量试验表明，采用密排箍筋能增加对受压混凝土的约束，使极限压应变值增大，从而提高延性系数。,混凝土极限压应变,规范混凝土应力-应变曲线参数,钢筋屈服强度,钢筋屈服强度 fy适当提高，延性系数有所减小。这是由于钢筋屈服强度提高时，k和xa均增大，导致y增大而u减少,混凝土强度,混凝土强度等级提高，也可使延性系数有所提高。因为此时相应的k及xa均略有减小，导致y减少而u增大。,提高截面曲率延性系数的措施主要有：(1)限制纵向受拉钢筋的配筋率：一般不应大于2.5；受压区高度x(0.250.35）h0；(2)规定受压钢筋和受拉钢筋的最小比例：一般使AsAs保持为0.3-0.5;(3)在弯矩较大的区段适当加密箍筋。,（四）提高截面曲率延性系数的措施,纵向受拉钢筋配筋率增大，延性系数减小。受压钢筋配筋率增大，延性系数增大。混凝土极限压应变cu增大，则延性系数提高。钢筋屈服强度 fy适当提高，延性系数有所减小。混凝土强度等级提高，也可使延性系数有所提高。,四、混凝土结构的耐久性（自学）,（一）耐久性概念（二）耐久性的影响因素（三）耐久性设计,混凝土结构的耐久性是指在设计使用年限内，在正常维护下，必须保持适合于使用，而不需进行维修加固。混凝土结构的设计使用年限根据结构的重要性按现行的有关国家标准建筑结构可靠度设计统一标准(GB 50068)的规定确定。我国规定的设计使用年限分为50年和100年。,（一）耐久性概念,（二）耐久性的影响因素,1、影响耐久性能的主要因素2、混凝土的碳化3、钢筋的锈蚀,影响耐久性的主要因素,内部（混凝土的强度、密实性、水泥 用量、水灰比、氯离子、及碱含 量、外加剂用量、保护层厚度等）,外部（环境条件，包括温度、湿度、CO2含量、侵蚀性介质等）,混凝土的碳化及钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的最主要的综合因素。,设计不周,施工质量差,使用中维修不当,1、影响耐久性能的主要因素,2、混凝土的碳化,（1）概念 混凝土中的高碱性，会在钢筋表面形成氧化膜，它能有效的保护钢筋。混凝土碳化是指大气中的CO2 不断向混凝土内部扩散，并与其中的碱性水化物，主要是Ca(OH)2发生反应，使pH值下降。其他物质如二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)也能与混凝土中碱性物质发生类似反应，使pH值下降。碳化对混凝土本身是无害的，但当碳化至钢筋表面时，将会破坏氧化膜，钢筋有锈蚀的危险，此外也会加剧混凝土的收缩，可导致混凝土开裂。这些均给混凝土的耐久性带来不利影响。,2、混凝土的碳化,（2）主要影响因素,主要影响因素,环境因素,材料本身的性质,空气中CO2 的浓度,混凝土周围相对湿度,水灰比,混凝土表面覆盖层的情况,混凝土保护层厚度,2、混凝土的碳化,（3）减小碳化的措施,采用合理的混凝土配合比提高混凝土的密实度、抗渗性规定钢筋保护层最小厚度采用覆盖面层（水泥砂浆或涂料）,3、钢筋的锈蚀,（1）钢筋锈蚀的机理 钢筋表面氧化膜被破坏后，当钢材表面从空气中吸收溶有CO2,O2或SO2的水分，形成一种电解质的水膜时，就会在钢材表面层的不同成分或晶界面之间构成无数微电池（腐蚀电池）。阳极和阴极反应构成整个腐蚀过程，这即为电化学腐蚀。结果生成的氢氧化亚铁Fe(OH)2在空气中又进一步被氧化成氢氧化铁Fe(OH)3，后失水变成铁的氧化物，体积膨胀。钢筋锈蚀有相当长的过程，先在裂缝较宽处的个别点上形成“抗蚀”“环蚀”向两边扩展，形成锈蚀面，使钢筋截面削弱。上述反应不断进行，钢筋体积膨胀，导致沿钢筋长度的混凝土出现纵向裂缝，使混凝土保护层剥落，暴筋，截面承载力降低，最终失效。,（2）主要影响因素 混凝土碳化至钢筋表面使氧化膜破坏是钢筋锈蚀的必要条件，含氧水分侵人是钢筋锈蚀的充分条件。,3、钢筋的锈蚀,由于钢筋大面积的锈蚀才导致混凝土沿钢筋发生纵向裂缝，但纵向裂缝的出现将会加速钢筋的锈蚀，可以把大范围内出现沿钢筋的纵向裂缝作为判别混凝土结构构件寿命终结的标准。,（3）减小钢筋锈蚀的措施,A：混凝土本身要降低水灰比，保证密实度，具有足够的保护层厚度，严格控制含氯量 B：采用覆盖层，防止CO2,O2,Cl的渗入。C：在海工结构、强腐蚀介质中的混凝土结构中，可采用钢筋阻锈剂、防腐蚀钢筋、环氧涂层钢筋、镀锌钢筋、不锈钢钢筋等。D：对钢筋采用阴极防护法。,3、钢筋的锈蚀,（三）耐久性设计,1、耐久性设计的目的和基本原则2、混凝土结构的环境类别3、混凝土结构的设计使用年限4、保证耐久性的技术措施及构造要求,耐久性概念设计的目的是指在规定的设计使用年限内，在正常维护下，必须保持适合于使用，满足既定功能的要求。耐久性概念设计的基本原则是根据结构的环境类别和设计使用年限进行设计。耐久性设计的目标：保证结构的使用年限。我国设计标准的设计基准期为50年。,1、耐久性设计的目的和基本原则,2、混凝土结构的环境类别,3、混凝土结构的设计使用年限,(1)结构设计技术措施 1)未经技术鉴定及设计许可，不能改变结构的使用环境，不得改变结构的用途。2)对于结构中使用环境较差的构件，宜设计成可更换或易更换的构件。3)宜根据环境类别，规定维护措施及检查年限；对重要的结构，宜在与使用环境类别相同的适当位置设置供耐久性检查的专用构件。4)对于暴露在侵蚀性环境中的结构构件，其受力钢筋可采用环氧涂层带肋钢筋，预应力筋应有防护措施。在此情况下宜采用高强度等级的混凝土。,4、保证耐久性的技术措施及构造要求,(2)对混凝土材料的要求 一类，二类和三类环境中，设计使用年限为50年的结构混凝土应符合下表的规定,4、保证耐久性的技术措施及构造要求,(2)对混凝土材料的要求 一类环境中，设计使用年限为100年的结构混凝土应符合下列规定：A：钢筋混凝土结构的最低混凝土强度等级为C30;预应力混凝土结构的最低混凝土强度等级为C40；B：混凝土中的最大氯离子含量为0.06%;C：宜使用非碱活性骨料；当使用碱活性骨料时，混凝土中的最大碱含量为3.0kg/m3;D：混凝土保护层厚度应按本规范表的规定增加40%；当采取有效的表面防护措施时，混凝土保护层厚度可适当减少；E：在使用过程中，应定期维护。,4、保证耐久性的技术措施及构造要求,(2)对混凝土材料的要求(其他特殊的要求)A：二类和三类环境中，设计使用年限为100年的混凝土结构，应采取专门有效措施。B：严寒及寒冷地区的潮湿环境中，结构混凝土应满足抗冻要求，混凝土抗冻等级应符合有关标准的要求。C：有抗渗要求的混凝土结构，混凝土的抗渗等级应符合有关标准的要求。D：三类环境中的结构构件，其受力钢筋宜采用环氧树脂涂层带肋钢筋；对预应力钢筋，锚具及连接器，应采取专门防护措施。E：四类和五类环境中的混凝土结构，其耐久性要求应符合有关标准的规定。F：对临时性混凝土结构，可不考虑混凝土的耐久性要求。,4、保证耐久性的技术措施及构造要求,(3）施工要求 混凝土的耐久性主要取决于它的密实性，除应满足上述对混凝土材料的要求外，还应高度重视对混凝土的施工质量，控制商品混凝土的各个环节，加强对混凝土的养护，防止过早受荷等。,4、保证耐久性的技术措施及构造要求,混凝土保护层的作用,保证钢筋和混凝土共同作用,满足对受力钢筋的有效锚固,保证耐久性的要求,梁柱的保护层厚度要大些，因为棱角部分的混凝土双向碳化，且易产生沿钢筋的纵向裂缝。当保护层厚度大于40mm时，应对保护层采用有效的防裂构造措施（例如，在保护层厚度内，配置钢筋网片）,保护层厚度过大,不经济,使裂缝宽度较大,较好的方法,防护覆盖,规定维修年限,(3）混凝土保护层最小厚度,4、保证耐久性的技术措施及构造要求,(3）混凝土保护层最小厚度,4、保证耐久性的技术措施及构造要求,处于一类环境中的构件，主要是从保证有效锚固及耐火性的要求加以确定的。处于二、三类环境中的构件，主要是按设计使用年限混凝土保护层完全碳化确定的，它与混凝土等级有关,
