【混凝土结构设计原理】9.3 混凝土构件的延性和耐久性

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第九章：钢筋混凝土构件变形及裂缝宽度的验算

9.3 混凝土构件的延性及耐久性

延性的意义

结构构件在设计时，应满足一定的延性要求。延性是指结构构件或截面在受力钢筋达到屈服后，在承载力无显著变化的情况下的后期变化能力，也就是最终破坏之前经受非弹性变形的能力。

延性好的构件，它的破坏过程比较长，破坏前有明显的预兆，因此，能及早采取措施，避免发生伤亡事故及建筑物的全面崩溃。延性好的结构还可使超静定结构发生内力重分布，从而增加结构的极限荷载。而且延性好的结构能以残余的塑形变形来吸收地震的巨大能量，这对地震区的建筑物来说非常重要。对抗震结构，延性至少是与承载能力同等重要。

延性差的构件，破坏时会突然发生脆性破坏。

对于截面来说，截面延性指的是截面性质（材料和尺寸）所定义的后期变形能力。（“后期”是指从钢筋开始屈服进入破坏阶段直到最大承载能力（或下降到最大承载能力的 85％）时的整个过程），通常以曲率的比值Фu/Фy表示，称为曲率延性。

Фu相当于混凝土最终被压碎时的截面曲率

Фy相当于受拉钢筋刚屈服时的截面曲率

延性要求的目的：

满足抗震方面的要求；

防止脆性破坏；

在超静定结构中，适应外界的变化；

使超静定结构能充分的进行内力重分布。

截面的延性的计算及影响因素

截面的延性用延性系数来表达，计算时采用平截面假设。延性系数表达式：

影响受弯构件延性的因素和提高截面延性的措施：

纵向钢筋配筋率

受拉钢筋配筋率不宜太大，增加受压钢筋配筋率可明显增加构件延性。

材料强度

混凝土强度提高或钢筋强度降低时，延性增大，反之，延性减小。不宜采用高强度钢筋及强度等级过低的混凝土。但混凝土强度过高时，材料会变脆，也会使延性减小，故对抗震结构，混凝土等级不宜大于C60。

箍筋用量

箍筋布置的越密，直径越粗，其约束作用越大，能很大程度上提高构件的延性。特别在超筋情况下，箍筋对延性的影响更为显著。

耐久性

混凝土结构耐久性的概念

耐久性是指结构在指定的工作环境在设计使用年限内，在正常维护条件下，不需要进行大修和加固满足，而满足正常使用和安全功能要求的能力。所谓正常维护，是指结构在使用过程中仅需一般维护（包括构件表面涂刷等）而不进行花费过高的大修；指定的工作环境，指的是建筑物所在地区的自然环境及工业生产形成的环境。

耐久性设计依据主要是结构的环境类别、设计使用年限及考虑对混凝土材料的基本要求。

影响因素

内部因素：混凝土强度、渗透性、保护层厚度、水泥品种、标号和用量、外加济等；

外部因素：环境温度、湿度、CO2含量、侵蚀性介质等。

混凝土的碳化及钢筋的锈蚀

混凝土的碳化及钢筋的锈蚀是影响混凝土结构耐久性的最主要的综合因素。

碳化是混凝土中性化的形式，是指大气中的二氧化碳（CO2）不断向混凝土内部扩散，并与其中的碱性物质发生反应，使混凝土的PH值降低。

碳化对混凝土本身无害，其主要是当碳化至钢筋表面，氧化膜被破坏形成钢筋锈蚀的必要条件，同时含氧水份侵入形成钢筋锈蚀的充分条件，从而加剧混凝土开裂，导致结构破坏。

碳化影响因素有：环境因素和材料本身的性质。

凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳化，所需要的时间与碳化速度、混凝土保护层厚度、混凝土密实性以及覆盖层情况等因素有关。

减小碳化措施有：

合理设计混凝土的配合比；
提高混凝土的密实度、抗渗性；
规定钢筋保护层的最小厚度；
采用覆盖面层。

钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键问题, 它是一个电化学过程，因此锈蚀主要取决于氧气通过混凝土保护层向钢筋表面的阴极的扩散速度，而这种扩散速度主要取决于混凝土的密实度。氧气和水份是钢筋锈蚀必要条件。

钢筋锈蚀对混凝土结构损伤过程：坑蚀→环蚀 → 暴筋→结构失效。

防止钢筋锈蚀措施：

增加混凝土的密实性和混凝土的保护层厚度，采用涂面层、钢筋阻锈剂、涂层钢筋、对钢筋采用阴极防护法等。

耐久性设计

耐久性设计的目的及基本原则

耐久性概念设计的目的是指在规定的设计使用年限内，在正常维护下，必须保持适合于使用，满足既定功能的要求。

耐久性概念设计的基本原则是根据结构的环境类别和设计使用年限进行设计。

保证耐久性的措施

规定最小保护层厚度；
满足混凝土的基本要求；控制最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量以及最大碱含量。
裂缝控制：一级：严格要求不出现裂缝的构件；二级：一般要求不出现裂缝的构件；三级：允许出现裂缝的构件。
其他措施：

对环境较差的构件，宜采用可更换或易更换的构件；

对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋环氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。

采用有利提高耐久性的高强混凝土。

混凝土的抗渗等级

混凝土越密实，水灰比越小，其抗渗性能越好。混凝土的抗渗性能用抗渗等级表示，混凝土的抗渗等级划分为P4、P6、P8、P10、P12、大于P12等六个等级,相应表示能抵抗0.4、0.6、0.8、1.0及1.2MPa的静水压力而不渗水,换而言之就是混凝土抗渗试验时一组6个试件中4个试件未出现渗水时不同的最大水压力。抗渗等级≥P6的混凝土为抗渗混凝土。

掺用引气剂、减水剂可显著提高混凝土的抗渗性能。

混凝土的抗冻等级

混凝土的抗冻性用抗冻等级来表示，可按28d龄期的试件用快冻试验方法测定，混凝土的抗冻性划分为D10、D15、D25、D50、D100、D150、D200、D250、D300共9个等级。数字表示混凝土抗冻强度下降不超过25%，重量损失不超过5%，所能承受的最大冻融循环次数。

水工钢筋混凝土抗冻等级分为F400、F300、F250、F200、F150、F100、F50共7级。

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混凝土的耐久性只是简要介绍了一下，需要深入了解的可联系小编。文中有用词不准确，没有及时跟进规范的内容还望大家指出，谢谢

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【混凝土转自：结构设计-公众号原理】1.1混凝土结构的一般概念

【混凝土转自：结构设计-公众号原理】1.2混凝土结构的发展与应用概况

【混凝土转自：结构设计-公众号原理】2.1 混凝土的物理力学性能

【混凝土转自：结构设计-公众号原理】2.2钢筋的品种和力学性能

【混凝土转自：结构设计-公众号原理】2.3钢筋与混凝土的粘结