鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度計(jì)算方法

1、第26卷第4期2008年11月海洋工程THE0CEANENGINEERINGV0126No4NOV20o8文章編號(hào)：1005—9865(2008)04—011106鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度計(jì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072；2交通部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院水工構(gòu)造物淦測(cè)、診斷與加固技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，天津300456；3中交水運(yùn)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京100007)摘要：

2、裂縫寬度計(jì)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(jì)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(jì)算理論中的幾個(gè)代表性公式和有限元方法，通過實(shí)例計(jì)算對(duì)各種裂縫寬度計(jì)算公式與有限元方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。在荷載水平較低時(shí)各種方法的計(jì)算結(jié)果差異較小，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果也比較吻合；在荷載水平較高時(shí)，各種方法計(jì)算結(jié)果差異較大，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異更大。最后，對(duì)現(xiàn)行《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用的裂縫寬度計(jì)算公式

3、提出了改進(jìn)建議。，關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；裂縫寬度；計(jì)算方法中圖分類號(hào)：TU375文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(duì)于處在干濕交替環(huán)境中的碼頭結(jié)構(gòu)，裂縫的存在會(huì)明顯地降低構(gòu)件的抗?jié)B性及抗凍性，對(duì)耐久性產(chǎn)生不利影響。過寬的裂縫也會(huì)加速鋼筋銹蝕，降低構(gòu)件承載力。文獻(xiàn)[1]詳細(xì)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(xiàng)目：交通部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院

10、科技開發(fā)基金資助項(xiàng)目(TKS07020202)；國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50579046)作者簡(jiǎn)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(jì)算方法1l3為計(jì)算點(diǎn)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(jì)算點(diǎn)的距離，其他參數(shù)意義同前。裂縫寬度計(jì)算考慮以下三種情況：’1)若￡為負(fù)值，則表明不會(huì)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(shí)，裂縫寬度的極限為：=15(h—)￡。當(dāng)(h—)很小時(shí)，O)max也很小，這與鋼筋混凝土板中不會(huì)發(fā)生很寬的裂縫是一致的。現(xiàn)行英國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范BS8110所采用的裂縫寬度估計(jì)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(jì)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(jì)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(duì)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(hù)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(duì)于高粘結(jié)鋼筋Kl=04，對(duì)于光面鋼筋l=08，為構(gòu)件拉應(yīng)力分布影響系數(shù)，對(duì)于純彎構(gòu)件=0125，對(duì)于純拉構(gòu)件=025；O“s，為混凝土到達(dá)極限抗拉強(qiáng)

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(shí)間和重復(fù)作用影響系數(shù)，對(duì)于首次加載2：10，對(duì)于持續(xù)加載或多次循環(huán)加載，=05。該公式的特點(diǎn)是考慮了鋼筋有效約束區(qū)的概念，并對(duì)鋼筋有效約束區(qū)A的計(jì)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響的最大裂縫寬度∞(rnrn)可按下列公式[]計(jì)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(shí)取=1，對(duì)直接承受重復(fù)荷載的構(gòu)件取=1；為按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)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(shí)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(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率，在最大裂縫寬度計(jì)算中，當(dāng)P001時(shí)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(diǎn)在于考慮了混凝土保護(hù)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(shí)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(jì)算統(tǒng)一在一個(gè)公式中，計(jì)算能力強(qiáng)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(jìn)。15《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(Ⅲ267—98)公式《港151工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)算采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)公式。對(duì)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(jì)算公式如下