鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度計算方法

1、第26卷第4期2008年11月海洋工程THE0CEANENGINEERINGV0126No4NOV20o8文章編號：1005—9865(2008)04—011106鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度計算方法王元戰(zhàn)，趙沖久，丁嵬一，王軍(1天津大學(xué)建筑工程學(xué)院天津市港口與海洋工程重點實驗室，天津300072；2交通部天津水運工程科學(xué)研究院水工構(gòu)造物淦測、診斷與加固技術(shù)實驗室，天津300456；3中交水運工程規(guī)劃設(shè)計院有限公司，北京100007)摘要：

2、裂縫寬度計算是混凝土裂縫控制的重要內(nèi)容，由于相關(guān)影響因素很多，至今各國規(guī)范的裂縫寬度計算公式尚存在不小的差異。文中分析國內(nèi)外各種裂縫寬度計算理論中的幾個代表性公式和有限元方法，通過實例計算對各種裂縫寬度計算公式與有限元方法和實驗數(shù)據(jù)進行比較分析。在荷載水平較低時各種方法的計算結(jié)果差異較小，與實驗結(jié)果也比較吻合；在荷載水平較高時，各種方法計算結(jié)果差異較大，與實驗結(jié)果差異更大。最后，對現(xiàn)行《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》采用的裂縫寬度計算公式

3、提出了改進建議。，關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；裂縫寬度；計算方法中圖分類號：TU375文獻標識碼：AInvestigationoncalculationmethodsforcrackwidthofreinforcedconcretemembersWANGYuan—zhan，ZHAOChongjiu2，DINGWei，一，WANGJun(1_rianjinKeyLaboratoryofHarbor＆OceanEngineering，Tianjin

4、University，Tianjin300072，China；2LaboratoryofCoastalEngineeringStructures，TianjinResearchInstituteofWaterTransportEngineering，Tianjin300456，China；3ChinaCommunicationsPlanningandDesignInstituteforWaterTransptation，Beijing1

5、00007，China)Abstra~：Crackwidthcalculationisprincipalforthecrackcontrolofreinforcedconcretemembersilethefactorsthataffectconcretecrackingarenumerous，therearelargediferencesamongthecrackwidthcalculationformulasfromdiferent

6、codesInthispaper，thetheoriesforcrackwidthcalculationareintmducedandthemainformulasofcrackwidthcalculationaresummarizedThefmulasofcrackwidthcalcu1ationarecomparedwithexperimentalmeasurementsthroughanexamplecalculationItis

7、shownthatthereislittlediferenceamongtheresultsfromdiferentformulasandthecalculationresultsagreewiththeexperimental“measurementsiftheloadvalueislOWwhilethe出ferencesoftheresultsfromdiferentfmulasarelargeandthereisasignific

8、antdiferencebetweenthecalculationresultsandtheexperimentalmeasurementsiftl】eloadvalueishighFinallysomef0rtherevisionofsuggestionstheDesignCodefHarborEngineeringConcreteStructuresarepresent—edKeywords：reinforcedconcreteme

9、mber；crackwidth；calculationmethod鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫不僅影響結(jié)構(gòu)美觀，更是結(jié)構(gòu)物承載能力、耐久性和防水性等各種性能下降的主要原因。特別對于處在干濕交替環(huán)境中的碼頭結(jié)構(gòu)，裂縫的存在會明顯地降低構(gòu)件的抗?jié)B性及抗凍性，對耐久性產(chǎn)生不利影響。過寬的裂縫也會加速鋼筋銹蝕，降低構(gòu)件承載力。文獻[1]詳細研究了碼頭結(jié)構(gòu)中帶裂縫鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題。收稿日期：2007—11O1基金項目：交通部天津水運工程科學(xué)研究院

10、科技開發(fā)基金資助項目(TKS07020202)；國家自然科學(xué)基金資助項目(50579046)作者簡介：王元戰(zhàn)(1958一)，男，天津市人，教授，主要從事港口、海岸及近海工程領(lǐng)域研究。第4期王元戰(zhàn)，等：鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度計算方法1l3為計算點水平位置處的應(yīng)變，不考慮應(yīng)力剛化效應(yīng)，PC。為從中和軸到計算點的距離，其他參數(shù)意義同前。裂縫寬度計算考慮以下三種情況：’1)若￡為負值，則表明不會開裂；2)若n=c0，則公式可化為：一=3ci￡，

11、與無粘結(jié)滑移理論建議公式本質(zhì)上是一致的；3)當(dāng)口，很大時，裂縫寬度的極限為：=15(h—)￡。當(dāng)(h—)很小時，O)max也很小，這與鋼筋混凝土板中不會發(fā)生很寬的裂縫是一致的?，F(xiàn)行英國標準規(guī)范BS8110所采用的裂縫寬度估計公式，也是采用公式(3)作為原則。該公式在大多數(shù)正常設(shè)計情況下能給出可接受的正確結(jié)果，但該公式考慮的影響因素較少。13歐洲CEB—FIP規(guī)范公式該規(guī)范裂縫寬度計算公式6(Un1a)(=17m，60=w5=2(c)K1

12、爰，e=毒[1一盧l()]04毒(5)式中：一、∞分別為最大裂縫寬度和平均裂縫寬度，為平均裂縫間距，e為鋼筋相對平均應(yīng)變，即鋼筋與周圍混凝土平均應(yīng)變的差值，c為混凝土保護層厚度，s為鋼筋間距，d為鋼筋直徑(mm)，P=A／Ate為有效配筋率，A為混凝土有效受拉面積；K1為鋼筋粘結(jié)性能系數(shù)，對于高粘結(jié)鋼筋Kl=04，對于光面鋼筋l=08，為構(gòu)件拉應(yīng)力分布影響系數(shù)，對于純彎構(gòu)件=0125，對于純拉構(gòu)件=025；O“s，為混凝土到達極限抗拉強

13、度開裂后截面中的鋼筋應(yīng)力，p。為鋼筋性能影響系數(shù)，盧。=1／(25。)，盧：為荷載持續(xù)時間和重復(fù)作用影響系數(shù)，對于首次加載2：10，對于持續(xù)加載或多次循環(huán)加載，=05。該公式的特點是考慮了鋼筋有效約束區(qū)的概念，并對鋼筋有效約束區(qū)A的計算做出了明確規(guī)定，有效約束區(qū)為鋼筋重心到構(gòu)件受拉表面的25倍，半徑為75d。14我國《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010—2002)公式矩形、T形、倒T形和I形截面的鋼筋混凝土受拉、受彎和偏心受壓構(gòu)件及預(yù)

14、應(yīng)力混凝土軸心受拉和受彎構(gòu)件，按荷載效應(yīng)的標準組合并考慮長期作用影響的最大裂縫寬度∞(rnrn)可按下列公式[]計算：一fO∞一sk(19co08)，11_065‘6)式中：a為構(gòu)件受力特征系數(shù)；為縱向受拉鋼筋的應(yīng)變不均勻系數(shù)，當(dāng)1時取=1，對直接承受重復(fù)荷載的構(gòu)件取=1；為按荷載效應(yīng)的標準組合計算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋的應(yīng)力或預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋的等效應(yīng)力；Es為鋼筋彈性模量；C為最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距

15、離(mm)，當(dāng)c65時取c=65；deq為受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑(mm)；P=(AA)／A為按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率，在最大裂縫寬度計算中，當(dāng)P001時取P=001；A為有效受拉混凝土截面面積；A為受拉區(qū)縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積；A為受拉區(qū)縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積。該公式的特點在于考慮了混凝土保護層厚度和裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)力(或應(yīng)變)不均勻系數(shù)等因素的影響。該公式反映的參數(shù)較全面，同時將軸心受拉、受彎、偏心受力

16、及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的裂縫寬度計算統(tǒng)一在一個公式中，計算能力強大。但是該公式的缺陷也比較明顯，公式中采用的有效受拉混凝土截面積A根據(jù)構(gòu)件截面高度h確定，而不與鋼筋直徑d相聯(lián)系，有待改進。15《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(Ⅲ267—98)公式《港151工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(Ⅲ267—98)E8]所提供的正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度計算采用數(shù)理統(tǒng)計公式。對于矩形、T形、倒T形和I形截面受拉、受彎和偏心受壓構(gòu)件，其最大裂縫寬度計算公式如下