第四章 荷载超限裂缝机理

• 实践证明，设计与超载方面存在问题的情况确实是 极少的，而结构裂缝引起工程事故的几率却很高。 二、安全评估的内容 • (1)对结构图纸和结构计算进行重点的深入复查。 • (2)对施工现场环境和施工档案记录进行深入查访。 • (3)将裂缝现状检测记录进行系统整理。 • (4)对异常裂缝特征进行个性化机理分析。 • (5)最后做出有理论依据、负责任的安全评估。
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• 但许多研究表明极少遇到过荷载超限的情况出现。大 量的结构裂损事故甚至工程坍塌事故往往出现在负荷 未满，远远没有达到设计计算值的情况下。原因是应 该研讨的。 • 五、非常状态 • 这里所指的结构非常状态是指结构的带病工作状态。 • 可是由于某种偶然的特殊原因，导致了结构局部出现 了某种裂缝，则已成为病态。在带病工作状态下，结 构构件或整个体系的刚度锐减，计算图形或计算模型 都可能大不一样，情况也就不同了。很多本不应该出 现的结构构件裂损事故或工程坍塌事故，可以说绝大 多数都是结构在带病工作的情况下出现的。
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• 第二节 应力状态 • 一、内力图形 • 结构裂缝是由于结构在荷载作用条件下所产生的内力 值超过了结构材料的强度允许值而形成。研究结构裂 缝机理，应从研究结构的内力图形开始。由弯曲应力 与剪应力合成的主拉应力是直接产生结构裂缝的作用 力。 • 二、主拉应力状态 • 简支梁在均布荷载条件下，梁的跨中弯矩为最大，因 M 此梁底拉应力 σ = 也为最大，拉应力方向为水平， Z 而跨中的剪应力则为零，所以主拉应力方向也只能是 弯曲拉应力的方向，此拉应力在一般情况下，完全由 梁底充足的配筋所承受。因此不致出现规范允许以外 4 的裂缝。
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• 六、杂交裂缝 • 若两种以上不同原因产生不同性质的裂缝，先后 出现，迅速杂交，这种裂缝就叫杂交裂缝。 • 七、其他裂缝 • 其他裂缝主要指的是最常见的张拉裂缝，比如板 面上的通长贯穿裂缝、墙面上的通长倾斜裂缝、梁 侧面的枣核型裂缝、梁底的密集型裂缝，这类裂缝 的出现几率最大，数量最多。它主要影响使用功能， 影响外观，但它们并不是危险性最大的裂缝。 • 第四节 安全评估 • 一、评估问题的提出 • 当出现结构变形大和裂缝时我们首先检查的是:一是 设计是否满足承载力要求；二是使用荷载是否超过 设计限额。如果这二方面都没有问题,则应查明是否 存在如地基不均匀沉降或其它方面的问题.。 15
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• 五、脆性碎损 • 如果在梁或板的受压区的表面出现不规则的条、 块状碎裂现象，则必然是梁、板刚度不够，而配筋过 量，导致了梁、板受压区的抗压或抗剪能力不够，引 起的脆性破坏，危险性极大。在大客厅、小卧室、大 跨度、薄楼板，却仍在板内用分离配筋的方式，没有 弯起钢筋抗剪，最容易出现这样的脆性碎损裂缝事故 (如图4.9所示)。
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• 三、压应力状态 • 1．支座处压应力状态
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• 2．梁内的压应力状态
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• 四、屋(桁)架节点内的应力状态 • 桁架(或屋架)仅有受轴向力的压杆和拉杆两种构件， 因杆件自重应力和温湿度胀缩变形应力的存在，实 际工程中的桁(屋)架的应力状态仍是复杂的。次应力 多集中出现在节点区附近，尤其是端节点，往往存在 剪应力。这两种应力引起的裂缝导致的结构的损伤与 破坏属于脆性破坏。 五、应力合成与应力叠加 1．应力合成 • 垂直方向的剪应力与水平方向的张拉应力经过合成以 后，成为大小和方向一定的主拉应力，可是由于构件 各个部位材料阻抗能力(抗裂能力)的不均匀，会导致 裂缝方向略有改变。
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• 现行规范，现行的设计都是保证满足结构承载力极 限状态要求的，也就是满足力学平衡条件。保证结 构的任何构件，任何部位在荷载条件下所产生的内 应力不超过其材料允许强度，保证构件和体系的稳 定，保证构件和体系在长期工作条件下不进入不允 许的变形状态。 • 三、正常使用极限状态 • 是指对承载力、结构变形和裂缝宽度的控制在一定 的范围内，这是结构设计必须满足正常使用极限状 态的要求。 • 四、超载状态 • 在荷载条件超过了两种极限状态规定的标准限额时， 才会导致结构裂缝，引发工程事故。
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• 一、冲剪裂缝 • 冲剪裂缝多出现在柱顶或柱底的无梁板面上，比 如无梁楼板或筏板基础上。一般在设计过程中多把 注意力集中在板的抗弯能力方面，而忽视了板的抗 冲剪能力。冲剪裂缝环柱头周边均匀分布，危险性 极大，接近脆性破坏，没有延性，不给预警，如图 4．5所示。
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• 二、剪压裂缝 • 剪压裂缝是剪力与压力同时存在同时作用而形成 的裂缝，如图4.6所示。多出现在受力的桁(屋)架的 端节点附近，裂缝虽然属于挤压、闭合型，可认为 是无害裂缝。
第四章 荷载超限裂缝机理
本章将围绕“荷载超限裂缝机理”这个中心问题，从 结构荷载状态、结构应力状态、结构裂缝状态等几个 方面来进行讨论。 第一节 荷载状态 一、荷载标准和安全水准 以荷载标准值再乘以荷载分项系数(即超载系数)将荷载 值放大，再从另一方面将材料强度标准值乘以材料分 项系数将材料强度计算值缩小，得到的综合安全系数 就取得了最终的安全储备。 二、承载力极限状态
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• 2．应力叠加 • 在一种荷载作用下结构已产生了某一种应力，如果 又有另一荷载出现，产生了新的应力，两种应力叠 加，则不仅会影响应力和裂缝的走向，也会影响裂 缝的产状。 • 第三节 裂缝状态 • 裂缝状态与应力状态应该是直接相关，完全相应的。 裂缝走向应该与理论分析的应力走向正交，裂缝产 状应该与应力图形相对应的。但实际工程的环境条 件，内在因素往往是千差万别，错综复杂的。因此 致裂因素也就错综复杂。 • 在实际工程结构上的，值得关注的危险裂缝状态有 下列多种，它们往往是恶性事故的产生的主要原因。
• 在梁底支座附近，弯矩等于零，弯曲应力(水平向)已 不存在，仅存在垂直方向的最大剪应力，而在一般情 况下，剪力设计值V控制在0.2～0.25fcbh0范围之内， 也就是梁的断面bh0提供的抗剪强度有足够的安全储 备，纯剪破坏现象是绝对不会发生的。支座附近的主 450 拉应力方向趋近于 的方向时,就是主拉应力的应力 状态。如附图4.2(d)。
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• 三、剪拉裂缝 • 在挤压力、剪切力与拉力同时存在的情况下，其 共同作用的结果，就产生剪拉裂缝。它多出现在钢 筋混凝土梁的支座附近或桁架的端节点附近，如图 4.7所示。
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• 四、剪胀或挤胀裂缝 • 剪胀裂缝是在强大的集中荷载作用下结构在产生 强大的压缩变形的同时，由于压缩机理寻求压应力 扩散的机会而自然形成与压缩方向正交的变形，这 也称挤胀现象。压力机下混凝土试块上最先出现的 裂缝就属于挤胀或称剪胀裂缝(如图4.8所示)。
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