9.2.1裂缝对钢筋混凝土结构的应力、应变造成影响

为了建立计算裂缝宽度的公式，必须弄清楚裂缝出现与开展后构件各截面的应力、应变状态。下面以轴心受拉构件加以讨论。

图9-1 钢筋和混凝土应力随裂缝位置变化情况(www.xing528.com)

图9-1所示为一轴心受拉构件，在裂缝出现前，钢筋与混凝土变形相同，沿构件轴线方向各截面的钢筋与混凝土的应力分布是均匀的（图9-1a）。因混凝土抗拉强度的变异性，沿构件轴线的实际抗拉强度分布不均匀，因此，随着荷载增大，在混凝土最薄弱处将首先出现第一条裂缝，也可能同时出现几条裂缝。当第一条裂缝出现后，裂缝截面上的混凝土将不再承担拉力，开裂前由混凝土承担的拉力转由钢筋承担，使开裂截面处钢筋的应力突然增大（如图9-1b）。裂缝处的混凝土将向裂缝两边回缩，使混凝土和钢筋之间产生相对滑移和粘结应力。通过粘结应力的作用，钢筋的拉力将部分地传递给混凝土，从而使钢筋应力随着距裂缝截面距离的增大而逐渐减小，混凝土的应力从裂缝处为零随距裂缝截面的距离的增大而逐渐增大。当达到某一距离l以后，该处钢筋与混凝土具有相同的应变，粘结应力消失，钢筋与混凝土的应力又成均匀分布。当荷载稍有增加，在其他一些薄弱截面将出现新的裂缝。同样，裂缝两侧将产生粘结应力，钢筋与混凝土的应力将随距裂缝的距离而变化（图9-1c）。在原有裂缝两侧l范围内，或当间距小于l的已有裂缝间，将不可能再出现新的裂缝。因为这时通过粘结应力传递给混凝土的拉应力σ_ct将小于f_t，即已不足使混凝土开裂。当两条裂缝的间距较大时，随着荷载增加，在两条裂缝之间还会出现新的裂缝。特别用粘结性能较好的变形钢筋时，更会如此。当荷载增大到一定程度后，一般大约在开裂后超过开裂荷载的50%以上，裂缝间距趋于稳定。理论上讲，裂缝的最小间距为l，最大间距为2l，平均间距为1.5l。当然，由于混凝土的非均匀性，实际裂缝分布有很大的离散性。在下面讨论中，我们采用平均裂缝间距。