混凝土構件的延性及耐久性.ppt

第九章 混凝土構件的變形裂縫及耐久性,鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算 混凝土構件的截面延性 混凝土結構的耐久性,三、混凝土構件的截面延性,（一）延性概念 （二）截面延性的表示及計算 （三）截面的延性的影響因素 （四）提高截面曲率延性系數的措施,結構、構件或截面延性是指從屈服到破壞的能力。即延性是反映構件的后期變形能力。 “后期”是指從鋼筋開始屈服進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）時的整個過程。,（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； 在超靜定結構中，適應外界的變化； 使超靜定結構能充分的進行內力重分布。,（一）延性概念,結構、構件或截面延性是指從屈服到破壞的能力。即延性是反映構件的后期變形能力。 “后期”是指從鋼筋開始屈服進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）時的整個過程。,截面的延性用延性系數來表達 延性系數用達到最大承載力時的截面曲率與受拉鋼筋開始屈服時的截面曲率的比來表示。,（二）截面延性的表示及計算,截面的延性用延性系數來表達 延性系數用達到最大承載力時的截面曲率與受拉鋼筋開始屈服時的截面曲率的比來表示。,（二）截面延性的表示及計算,根據平截面假設,（二）截面延性的表示及計算,cu受壓區(qū)邊緣混凝土極限壓應變； xa 達到截面最大承載力時混凝土受壓區(qū)的壓應變高度y 鋼筋開始屈服時的鋼筋應變，y=fyEs； k 鋼筋開始屈服時的受壓區(qū)高度系數。,（二）截面延性的表示及計算,鋼筋開始屈服時的混凝土受壓區(qū)高度系數k可按圖虛線所示的混凝土受壓區(qū)壓應力圖形為三角形，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算,可用承載力計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 混凝土極限壓應變 鋼筋屈服強度 混凝土強度,延性的主要因素,縱向受拉鋼筋配筋率增大，延性系數減小。這是由于配筋率高時，k和xa均增大，導致y增大而u減少,縱向鋼筋配筋率,受壓鋼筋配筋率增大，延性系數增大。因這時k和xa均減少，導致y減小而u增大。,令,縱向鋼筋配筋率,混凝土極限壓應變cu增大，則延性系數提高。 大量試驗表明，采用密排箍筋能增加對受壓混凝土的約束，使極限壓應變值增大，從而提高延性系數。,混凝土極限壓應變,規(guī)范混凝土應力-應變曲線參數,鋼筋屈服強度,鋼筋屈服強度 fy適當提高，延性系數有所減小。這是由于鋼筋屈服強度提高時，k和xa均增大，導致y增大而u減少,混凝土強度,混凝土強度等級提高，也可使延性系數有所提高。因為此時相應的k及xa均略有減小，導致y減少而u增大。,提高截面曲率延性系數的措施主要有： (1)限制縱向受拉鋼筋的配筋率：一般不應大于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)段適當加密箍筋。,（四）提高截面曲率延性系數的措施,縱向受拉鋼筋配筋率增大，延性系數減小。 受壓鋼筋配筋率增大，延性系數增大。 混凝土極限壓應變cu增大，則延性系數提高。 鋼筋屈服強度 fy適當提高，延性系數有所減小。 混凝土強度等級提高，也可使延性系數有所提高。,四、混凝土結構的耐久性 （自學）,（一）耐久性概念 （二）耐久性的影響因素 （三）耐久性設計,混凝土結構的耐久性是指在設計使用年限內，在正常維護下，必須保持適合于使用，而不需進行維修加固。 混凝土結構的設計使用年限根據結構的重要性按現行的有關國家標準建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準(GB 50068)的規(guī)定確定。我國規(guī)定的設計使用年限分為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,內部（混凝土的強度、密實性、水泥 用量、水灰比、氯離子、及堿含 量、外加劑用量、保護層厚度等）,外部（環(huán)境條件，包括溫度、濕度、 CO2含量、侵蝕性介質等）,混凝土的碳化及鋼筋銹蝕是影響混凝土結構 耐久性的最主要的綜合因素。,設計不周,施工質量差,使用中維修不當,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，它能有效的保護鋼筋。 混凝土碳化是指大氣中的CO2 不斷向混凝土內部擴散，并與其中的堿性水化物，主要是Ca(OH)2發(fā)生反應，使pH值下降。其他物質如二氧化硫(SO2)、硫化氫(H2S)也能與混凝土中堿性物質發(fā)生類似反應，使pH值下降。 碳化對混凝土本身是無害的，但當碳化至鋼筋表面時，將會破壞氧化膜，鋼筋有銹蝕的危險，此外也會加劇混凝土的收縮，可導致混凝土開裂。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,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 提高混凝土的密實度、抗?jié)B性 規(guī)定鋼筋保護層最小厚度 采用覆蓋面層（水泥砂漿或涂料）,3、鋼筋的銹蝕,（1）鋼筋銹蝕的機理 鋼筋表面氧化膜被破壞后，當鋼材表面從空氣中吸收溶有CO2, O2或SO2的水分，形成一種電解質的水膜時，就會在鋼材表面層的不同成分或晶界面之間構成無數微電池（腐蝕電池）。 陽極和陰極反應構成整個腐蝕過程，這即為電化學腐蝕。結果生成的氫氧化亞鐵Fe (OH)2在空氣中又進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。 鋼筋銹蝕有相當長的過程，先在裂縫較寬處的個別點 上形成“抗蝕”“環(huán)蝕”向兩邊擴展，形成銹蝕面，使鋼 筋截面削弱。上述反應不斷進行，鋼筋體積膨脹，導致沿 鋼筋長度的混凝土出現縱向裂縫，使混凝土保護層剝落， 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致混凝土沿鋼筋發(fā)生縱向裂縫，但縱向裂縫的出現將會加速鋼筋的銹蝕，可以把大范圍內出現沿鋼筋的縱向裂縫作為判別混凝土結構構件壽命終結的標準。,（3）減小鋼筋銹蝕的措施,A：混凝土本身要降低水灰比，保證密實度，具有足夠的保護層厚度，嚴格控制含氯量 B：采用覆蓋層，防止CO2, O2, Cl的滲入。 C：在海工結構、強腐蝕介質中的混凝土結構中，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法 。,3、鋼筋的銹蝕,（三）耐久性設計,1、耐久性設計的目的和基本原則 2、混凝土結構的環(huán)境類別 3、混凝土結構的設計使用年限 4、保證耐久性的技術措施及構造要求,耐久性概念設計的目的是指在規(guī)定的設計使用年限內，在正常維護下，必須保持適合于使用，滿足既定功能的要求。 耐久性概念設計的基本原則是根據結構的環(huán)境類別和設計使用年限進行設計。 耐久性設計的目標：保證結構的使用年限。 我國設計標準的設計基準期為50年。,1、耐久性設計的目的和基本原則,2、混凝土結構的環(huán)境類別,3、混凝土結構的設計使用年限,(1)結構設計技術措施 1)未經技術鑒定及設計許可，不能改變結構的使用環(huán)境，不得改變結構的用途。 2)對于結構中使用環(huán)境較差的構件，宜設計成可更換或易更換的構件。 3)宜根據環(huán)境類別，規(guī)定維護措施及檢查年限；對重要的結構，宜在與使用環(huán)境類別相同的適當位置設置供耐久性檢查的專用構件。 4)對于暴露在侵蝕性環(huán)境中的結構構件，其受力鋼筋可采用環(huán)氧涂層帶肋鋼筋，預應力筋應有防護措施。在此情況下宜采用高強度等級的混凝土。,4、保證耐久性的技術措施及構造要求,(2)對混凝土材料的要求 一類，二類和三類環(huán)境中，設計使用年限為50年的結構混凝土應符合下表的規(guī)定,4、保證耐久性的技術措施及構造要求,(2)對混凝土材料的要求 一類環(huán)境中，設計使用年限為100年的結構混凝土應符合下列規(guī)定： A：鋼筋混凝土結構的最低混凝土強度等級為C30;預應力混凝土結構的最低混凝土強度等級為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；當使用堿活性骨料時，混凝土中的最大堿含量為3.0kg/m3; D：混凝土保護層厚度應按本規(guī)范表9.2.1的規(guī)定增加40%；當采取有效的表面防護措施時，混凝土保護層厚度可適當減少； E： 在使用過程中，應定期維護。,4、保證耐久性的技術措施及構造要求,(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，設計使用年限為100年的混凝土結構，應采取專門有效措施。 B：嚴寒及寒冷地區(qū)的潮濕環(huán)境中，結構混凝土應滿足抗凍要求，混凝土抗凍等級應符合有關標準的要求。 C：有抗?jié)B要求的混凝土結構，混凝土的抗?jié)B等級應符合有關標準的要求。 D：三類環(huán)境中的結構構件，其受力鋼筋宜采用環(huán)氧樹脂涂層帶肋鋼筋；對預應力鋼筋，錨具及連接器，應采取專門防護措施。 E：四類和五類環(huán)境中的混凝土結構，其耐久性要求應符合有關標準的規(guī)定。 F：對臨時性混凝土結構，可不考慮混凝土的耐久性要求。,4、保證耐久性的技術措施及構造要求,(3）施工要求 混凝土的耐久性主要取決于它的密實性，除應滿足上述對混凝土材料的要求外，還應高度重視對混凝土的施工質量，控制商品混凝土的各個環(huán)節(jié)，加強對混凝土的養(yǎng)護，防止過早受荷等。,4、保證耐久性的技術措施及構造要求,混凝土保護層的作用,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,梁柱的保護層厚度要大些，因為棱角部分的混凝土雙向碳化，且易產生沿鋼筋的縱向裂縫。 當保護層厚度大于40mm時，應對保護層采