混凝土構(gòu)件的延性及耐久性.ppt

第九章 混凝土構(gòu)件的變形裂縫及耐久性,鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算 混凝土構(gòu)件的截面延性 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,三、混凝土構(gòu)件的截面延性,（一）延性概念 （二）截面延性的表示及計(jì)算 （三）截面的延性的影響因素 （四）提高截面曲率延性系數(shù)的措施,結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面延性是指從屈服到破壞的能力。即延性是反映構(gòu)件的后期變形能力。 “后期”是指從鋼筋開始屈服進(jìn)入破壞階段直到最大承載能力（或下降到最大承載能力的 85）時(shí)的整個(gè)過程。,（一）延性概念,延性要求的目的： 滿足抗震方面的要求； 防止脆性破壞； 在超靜定結(jié)構(gòu)中，適應(yīng)外界的變化； 使超靜定結(jié)構(gòu)能充分的進(jìn)行內(nèi)力重分布。,（一）延性概念,結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面延性是指從屈服到破壞的能力。即延性是反映構(gòu)件的后期變形能力。 “后期”是指從鋼筋開始屈服進(jìn)入破壞階段直到最大承載能力（或下降到最大承載能力的 85）時(shí)的整個(gè)過程。,截面的延性用延性系數(shù)來表達(dá) 延性系數(shù)用達(dá)到最大承載力時(shí)的截面曲率與受拉鋼筋開始屈服時(shí)的截面曲率的比來表示。,（二）截面延性的表示及計(jì)算,截面的延性用延性系數(shù)來表達(dá) 延性系數(shù)用達(dá)到最大承載力時(shí)的截面曲率與受拉鋼筋開始屈服時(shí)的截面曲率的比來表示。,（二）截面延性的表示及計(jì)算,根據(jù)平截面假設(shè),（二）截面延性的表示及計(jì)算,cu受壓區(qū)邊緣混凝土極限壓應(yīng)變； xa 達(dá)到截面最大承載力時(shí)混凝土受壓區(qū)的壓應(yīng)變高度y 鋼筋開始屈服時(shí)的鋼筋應(yīng)變，y=fyEs； k 鋼筋開始屈服時(shí)的受壓區(qū)高度系數(shù)。,（二）截面延性的表示及計(jì)算,鋼筋開始屈服時(shí)的混凝土受壓區(qū)高度系數(shù)k可按圖虛線所示的混凝土受壓區(qū)壓應(yīng)力圖形為三角形，由平衡條件求得。對單筋截面：,k 的求解,對雙筋截面,（二）截面延性的表示及計(jì)算,可用承載力計(jì)算中采用的混凝土受壓區(qū)高度x來表示，對單筋截面：,xa 的求解,對雙筋截面,（二）截面延性的表示及計(jì)算,（三）截面的延性的影響因素,縱向鋼筋配筋率 混凝土極限壓應(yīng)變 鋼筋屈服強(qiáng)度 混凝土強(qiáng)度,延性的主要因素,縱向受拉鋼筋配筋率增大，延性系數(shù)減小。這是由于配筋率高時(shí)，k和xa均增大，導(dǎo)致y增大而u減少,縱向鋼筋配筋率,受壓鋼筋配筋率增大，延性系數(shù)增大。因這時(shí)k和xa均減少，導(dǎo)致y減小而u增大。,令,縱向鋼筋配筋率,混凝土極限壓應(yīng)變cu增大，則延性系數(shù)提高。 大量試驗(yàn)表明，采用密排箍筋能增加對受壓混凝土的約束，使極限壓應(yīng)變值增大，從而提高延性系數(shù)。,混凝土極限壓應(yīng)變,規(guī)范混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線參數(shù),鋼筋屈服強(qiáng)度,鋼筋屈服強(qiáng)度 fy適當(dāng)提高，延性系數(shù)有所減小。這是由于鋼筋屈服強(qiáng)度提高時(shí)，k和xa均增大，導(dǎo)致y增大而u減少,混凝土強(qiáng)度,混凝土強(qiáng)度等級提高，也可使延性系數(shù)有所提高。因?yàn)榇藭r(shí)相應(yīng)的k及xa均略有減小，導(dǎo)致y減少而u增大。,提高截面曲率延性系數(shù)的措施主要有： (1)限制縱向受拉鋼筋的配筋率：一般不應(yīng)大于2.5；受壓區(qū)高度x(0.250.35）h0 ； (2)規(guī)定受壓鋼筋和受拉鋼筋的最小比例：一般使AsAs保持為0. 3-0.5; (3)在彎矩較大的區(qū)段適當(dāng)加密箍筋。,（四）提高截面曲率延性系數(shù)的措施,縱向受拉鋼筋配筋率增大，延性系數(shù)減小。 受壓鋼筋配筋率增大，延性系數(shù)增大。 混凝土極限壓應(yīng)變cu增大，則延性系數(shù)提高。 鋼筋屈服強(qiáng)度 fy適當(dāng)提高，延性系數(shù)有所減小。 混凝土強(qiáng)度等級提高，也可使延性系數(shù)有所提高。,四、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性 （自學(xué)）,（一）耐久性概念 （二）耐久性的影響因素 （三）耐久性設(shè)計(jì),混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是指在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在正常維護(hù)下，必須保持適合于使用，而不需進(jìn)行維修加固。 混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性按現(xiàn)行的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB 50068)的規(guī)定確定。我國規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限分為50年和100年。,（一）耐久性概念,（二）耐久性的影響因素,1、影響耐久性能的主要因素 2、混凝土的碳化 3、鋼筋的銹蝕,影響耐久性的主要因素,內(nèi)部（混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)性、水泥 用量、水灰比、氯離子、及堿含 量、外加劑用量、保護(hù)層厚度等）,外部（環(huán)境條件，包括溫度、濕度、 CO2含量、侵蝕性介質(zhì)等）,混凝土的碳化及鋼筋銹蝕是影響混凝土結(jié)構(gòu) 耐久性的最主要的綜合因素。,設(shè)計(jì)不周,施工質(zhì)量差,使用中維修不當(dāng),1、影響耐久性能的主要因素,2、混凝土的碳化,（1）概念 混凝土中的高堿性，會在鋼筋表面形成氧化膜，它能有效的保護(hù)鋼筋。 混凝土碳化是指大氣中的CO2 不斷向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，并與其中的堿性水化物，主要是Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，使pH值下降。其他物質(zhì)如二氧化硫(SO2)、硫化氫(H2S)也能與混凝土中堿性物質(zhì)發(fā)生類似反應(yīng)，使pH值下降。 碳化對混凝土本身是無害的，但當(dāng)碳化至鋼筋表面時(shí)，將會破壞氧化膜，鋼筋有銹蝕的危險(xiǎn)，此外也會加劇混凝土的收縮，可導(dǎo)致混凝土開裂。這些均給混凝土的耐久性帶來不利影響。,2、混凝土的碳化,（2）主要影響因素,主要影響因素,環(huán)境因素,材料本身的性質(zhì),空氣中CO2 的濃度,混凝土周圍相對濕度,水灰比,混凝土表面覆蓋層的情況,混凝土保護(hù)層厚度,2、混凝土的碳化,（3）減小碳化的措施,采用合理的混凝土配合比 提高混凝土的密實(shí)度、抗?jié)B性 規(guī)定鋼筋保護(hù)層最小厚度 采用覆蓋面層（水泥砂漿或涂料）,3、鋼筋的銹蝕,（1）鋼筋銹蝕的機(jī)理 鋼筋表面氧化膜被破壞后，當(dāng)鋼材表面從空氣中吸收溶有CO2, O2或SO2的水分，形成一種電解質(zhì)的水膜時(shí)，就會在鋼材表面層的不同成分或晶界面之間構(gòu)成無數(shù)微電池（腐蝕電池）。 陽極和陰極反應(yīng)構(gòu)成整個(gè)腐蝕過程，這即為電化學(xué)腐蝕。結(jié)果生成的氫氧化亞鐵Fe (OH)2在空氣中又進(jìn)一步被氧化成氫氧化鐵Fe (OH)3，后失水變成鐵的氧化物，體積膨脹。 鋼筋銹蝕有相當(dāng)長的過程，先在裂縫較寬處的個(gè)別點(diǎn) 上形成“抗蝕”“環(huán)蝕”向兩邊擴(kuò)展，形成銹蝕面，使鋼 筋截面削弱。上述反應(yīng)不斷進(jìn)行，鋼筋體積膨脹，導(dǎo)致沿 鋼筋長度的混凝土出現(xiàn)縱向裂縫，使混凝土保護(hù)層剝落， 暴筋，截面承載力降低，最終失效。,（2）主要影響因素 混凝土碳化至鋼筋表面使氧化膜破壞是鋼筋銹蝕的必要條件，含氧水分侵人是鋼筋銹蝕的充分條件。,3、鋼筋的銹蝕,由于鋼筋大面積的銹蝕才導(dǎo)致混凝土沿鋼筋發(fā)生縱向裂縫，但縱向裂縫的出現(xiàn)將會加速鋼筋的銹蝕，可以把大范圍內(nèi)出現(xiàn)沿鋼筋的縱向裂縫作為判別混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件壽命終結(jié)的標(biāo)準(zhǔn)。,（3）減小鋼筋銹蝕的措施,A：混凝土本身要降低水灰比，保證密實(shí)度，具有足夠的保護(hù)層厚度，嚴(yán)格控制含氯量 B：采用覆蓋層，防止CO2, O2, Cl的滲入。 C：在海工結(jié)構(gòu)、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中的混凝土結(jié)構(gòu)中，可采用鋼筋阻銹劑、防腐蝕鋼筋、環(huán)氧涂層鋼筋、鍍鋅鋼筋、不銹鋼鋼筋等。 D：對鋼筋采用陰極防護(hù)法 。,3、鋼筋的銹蝕,（三）耐久性設(shè)計(jì),1、耐久性設(shè)計(jì)的目的和基本原則 2、混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別 3、混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限 4、保證耐久性的技術(shù)措施及構(gòu)造要求,耐久性概念設(shè)計(jì)的目的是指在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在正常維護(hù)下，必須保持適合于使用，滿足既定功能的要求。 耐久性概念設(shè)計(jì)的基本原則是根據(jù)結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別和設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行設(shè)計(jì)。 耐久性設(shè)計(jì)的目標(biāo)：保證結(jié)構(gòu)的使用年限。 我國設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。,1、耐久性設(shè)計(jì)的目的和基本原則,2、混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別,3、混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限,(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)措施 1)未經(jīng)技術(shù)鑒定及設(shè)計(jì)許可，不能改變結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境，不得改變結(jié)構(gòu)的用途。 2)對于結(jié)構(gòu)中使用環(huán)境較差的構(gòu)件，宜設(shè)計(jì)成可更換或易更換的構(gòu)件。 3)宜根據(jù)環(huán)境類別，規(guī)定維護(hù)措施及檢查年限；對重要的結(jié)構(gòu)，宜在與使用環(huán)境類別相同的適當(dāng)位置設(shè)置供耐久性檢查的專用構(gòu)件。 4)對于暴露在侵蝕性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其受力鋼筋可采用環(huán)氧涂層帶肋鋼筋，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)有防護(hù)措施。在此情況下宜采用高強(qiáng)度等級的混凝土。,4、保證耐久性的技術(shù)措施及構(gòu)造要求,(2)對混凝土材料的要求 一類，二類和三類環(huán)境中，設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)符合下表的規(guī)定,4、保證耐久性的技術(shù)措施及構(gòu)造要求,(2)對混凝土材料的要求 一類環(huán)境中，設(shè)計(jì)使用年限為100年的結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)符合下列規(guī)定： A：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最低混凝土強(qiáng)度等級為C30;預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的最低混凝土強(qiáng)度等級為C40； B：混凝土中的最大氯離子含量為0.06%; C：宜使用非堿活性骨料；當(dāng)使用堿活性骨料時(shí)，混凝土中的最大堿含量為3.0kg/m3; D：混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)按本規(guī)范表9.2.1的規(guī)定增加40%；當(dāng)采取有效的表面防護(hù)措施時(shí)，混凝土保護(hù)層厚度可適當(dāng)減少； E： 在使用過程中，應(yīng)定期維護(hù)。,4、保證耐久性的技術(shù)措施及構(gòu)造要求,(2)對混凝土材料的要求(其他特殊的要求) A：二類和三類環(huán)境中，設(shè)計(jì)使用年限為100年的混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取專門有效措施。 B：嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)的潮濕環(huán)境中，結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)滿足抗凍要求，混凝土抗凍等級應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 C：有抗?jié)B要求的混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土的抗?jié)B等級應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 D：三類環(huán)境中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其受力鋼筋宜采用環(huán)氧樹脂涂層帶肋鋼筋；對預(yù)應(yīng)力鋼筋，錨具及連接器，應(yīng)采取專門防護(hù)措施。 E：四類和五類環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)，其耐久性要求應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 F：對臨時(shí)性混凝土結(jié)構(gòu)，可不考慮混凝土的耐久性要求。,4、保證耐久性的技術(shù)措施及構(gòu)造要求,(3）施工要求 混凝土的耐久性主要取決于它的密實(shí)性，除應(yīng)滿足上述對混凝土材料的要求外，還應(yīng)高度重視對混凝土的施工質(zhì)量，控制商品混凝土的各個(gè)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對混凝土的養(yǎng)護(hù)，防止過早受荷等。,4、保證耐久性的技術(shù)措施及構(gòu)造要求,混凝土保護(hù)層的作用,保證鋼筋和混凝土共同作用,滿足對受力鋼筋的有效錨固,保證耐久性的要求,梁柱的保護(hù)層厚度要大些，因?yàn)槔饨遣糠值幕炷岭p向碳化，且易產(chǎn)生沿鋼筋的縱向裂縫。 當(dāng)保護(hù)層厚度大于40mm時(shí)，應(yīng)對保護(hù)層采