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混凝土結構設計原理,第 8 章 混凝土構件 的使用性能及結構的耐久性,教材作者：陳 平 課件制作：趙 祥、朱麗華 課件審查：李方圓,鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算 混凝土結構的耐久性,主要內容：,考慮構件變形、裂縫和耐久性的重要性 鋼筋混凝土構件變形和裂縫寬度的驗算方法,重點：,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,結構的功能: 安全性 承載能力極限狀態(tài) 適用性 影響正常使用，如吊車、精密儀器 對其它結構構件的影響 振動、變形過大 對非結構構件的影響：門窗開關，隔墻開裂等 心理承受：不安全感，振動噪聲 耐久性 裂縫過寬：鋼筋銹蝕導致承載力降低，影響使用壽 命外觀感覺,正常使用極限狀態(tài),第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,過大裂縫對結構的影響引起鋼筋的嚴重銹蝕，降低結構 的耐久性，損壞結構的外觀，引起使用者的不安 裂縫控制達到正常使用極限狀態(tài)界限時臨界裂縫寬度的限值 裂縫寬度的計算 產生原因荷載作用； 混凝土的組成成分； 溫度變化； 混凝土的收縮和徐變； 基礎的不均勻沉降； 鋼筋的銹蝕 裂縫形態(tài)正裂縫；斜裂縫；粘結裂縫,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,裂縫形態(tài),第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,裂縫出現(xiàn)及開展的過程,1 裂縫的出現(xiàn)、分布和開展,時，鋼筋與混凝土粘結無 破壞，純彎段各截面拉 應變均勻分布； 時，在薄弱處，出現(xiàn)第一批裂縫; 時，出現(xiàn)第二批裂縫，裂縫之間混凝土應力達到 ，裂縫間距在l2l之間，“裂縫出現(xiàn)階段”； 繼續(xù)增加，裂縫開展。,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,粘結強度 鋼筋表面積大小 配筋率,裂縫寬度影響因素,傳遞長度l,裂縫寬度,受拉區(qū)混凝土的滑移徐變和拉應力的松弛 混凝土的收縮 鋼筋直徑變化,裂縫寬度指的是受拉鋼筋重心水平處構件側表面上混凝土的裂縫寬度,1 裂縫的出現(xiàn)、分布和開展,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,2 平均裂縫間距,軸心受拉構件粘結應力傳遞長度,由平衡條件,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,2 平均裂縫間距,平均裂縫間距l(xiāng)m與 的關系,上式表明，當配筋率相同時，鋼筋直徑越細，裂縫間距越小，裂縫寬度也越小，即裂縫的分布與開展細而密。 但上式中，當 趨于零時，裂縫間距也趨于零，這與實際不符。 試驗表明，當 很大時，裂縫間距趨于某一常數(shù)，該數(shù)與混凝土保護層厚度以及鋼筋有效約束區(qū)有關。為此，對上式進行如下修正：,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,2 平均裂縫間距,對于常用的帶肋鋼筋，規(guī)范給出的平均裂縫間距l(xiāng)m的計算公式為,軸心受拉構件,受彎、偏拉、偏壓構件,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,3 平均裂縫寬度,平均裂縫寬度的計算公式為,平均裂縫寬度計算圖式,裂縫截面處縱向鋼筋的拉應力 縱向鋼筋應變不均勻系數(shù) 裂縫間混凝土自身伸長對裂縫 寬度的影響系數(shù)，為簡化，一般取0.85,式中：,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,3 平均裂縫寬度,裂縫截面處的鋼筋應力,均可按裂縫截面處力的平衡條件求得,軸心受拉構件,按荷載效應標準組合計算的軸向拉力 受拉鋼筋總截面面積,式中,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,3 平均裂縫寬度,裂縫截面處的鋼筋應力,受彎構件,按荷載效應標準組合計算的截面彎矩 截面有效高度 內力臂系數(shù)，可近似取為0.87,式中,受彎構件裂縫截面處的應力,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,3 平均裂縫寬度,裂縫截面處的鋼筋應力,偏心受拉構件,式中,大、小偏心受拉構件鋼筋應力計算圖式,軸向拉力作用點至受壓區(qū)或受拉較小邊縱 向鋼筋合力點的距離 截面重心至受壓或較小受拉邊緣的距離,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,3 平均裂縫寬度,裂縫截面處的鋼筋應力,偏心受壓構件,偏心受壓構件鋼筋應力計算圖式,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,3 平均裂縫寬度,裂縫截面處的鋼筋應力,偏心受壓構件,式中,按荷載標準組合計算的軸向壓力值 Nk至受拉鋼筋As合力點的距離 縱向受拉鋼筋合力點至受壓區(qū)合力點的距離 使用階段的軸向壓力偏心距增大系數(shù)，當l0h14時，取1.0。 受壓翼緣截面面積與腹板有效截面面積的比值,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,3 平均裂縫寬度,縱向鋼筋應變不均勻系數(shù),純彎區(qū)段內鋼筋應變分布,系數(shù) 的物理意義就是反映裂縫間受拉混凝土對縱向受拉鋼筋應變的影響程度,的影響因素,裂縫間拉區(qū)混凝土參與工作的程度 鋼筋的數(shù)量 鋼筋的粘結性能 鋼筋的布置,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,3 平均裂縫寬度,縱向鋼筋應變不均勻系數(shù),純彎區(qū)段內鋼筋應變分布,0.2時，取 0.2，當 1 時取 1，對直接承受重復荷載的構件取 1,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,3 平均裂縫寬度,縱向鋼筋應變不均勻系數(shù),有效受拉混凝土面積,受彎、偏拉、偏壓構件,軸拉構件 Ate取全截面,Ate 有效受拉混凝土截面面積,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,4 最大裂縫寬度及其驗算,最大裂縫寬度的計算,裂縫寬度統(tǒng)計,影響建筑觀感和結構耐久性的主要因素是裂縫的最大開展寬度 設計中控制的裂縫寬度是某一協(xié)議概率(5)下的相對最大裂縫寬度,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,4 最大裂縫寬度及其驗算,最大裂縫寬度的計算,規(guī)范規(guī)定：,式中：, 構件受力特征系數(shù)，軸拉構件 2.7， 偏拉構件 2.4，受彎和偏壓構件 2.1 最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離(mm) 縱向受拉鋼筋的等效直徑(mm),c,deq,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,4 最大裂縫寬度及其驗算,最大裂縫寬度限值,主要考慮兩方面的理由：,過大的裂縫會引起混凝土中鋼筋的嚴重銹蝕，降低結構的耐久性； 過大的裂縫會損壞結構外觀，引起使用者的不安。,一般認為裂縫寬度控制在0.30mm以內是合適的,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,4 最大裂縫寬度及其驗算,最大裂縫寬度驗算,wmax wlim,式中wlim為規(guī)范規(guī)定的最大裂縫寬度限值,注意事項： （1）適用范圍：20mmc65mm （2）規(guī)范規(guī)定： 0.01時，取 =0.01，以限制計算最大裂縫寬度 的應用范圍 （3）直接承受吊車荷載但不需作疲勞驗算的受彎構件，因吊車荷載滿載的可能性較小，且已取1，所以可將計算求得的最大裂縫寬度乘以0.85 （4）e0/h00.55的偏壓構件，試驗表明最大裂縫寬度小于允許值，因此可不予驗算。,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.1 鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算,4 最大裂縫寬度及其驗算,不滿足最大裂縫寬度要求時采取的措施,施加預應力,減小鋼筋直徑,適當增加配筋率,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,撓度驗算公式,保證結構的使用功能要求 防止對結構構件產生不良影響 防止對非結構構件產生不良影響 保證使用者的感覺在可接受的程度之內,f flim,flim為受彎構件的撓度限值,主要從以下幾個方面考慮：,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,1 混凝土受彎構件變形計算的特點,勻質彈性材料梁的跨中撓度 f 為,當梁的截面形狀、尺寸和材料確定時，其截面彎曲剛度EI 是一個常數(shù)，既與彎矩無關，也不受時間影響。,混凝土受彎構件的跨中撓度 f 為,B 仍稱為受彎構件的彎曲剛度，但由于混凝土是不均勻的非彈性材料，其變形模量 Ec 隨截面應力增大而減小，而裂縫截面的慣性矩 Ic 也隨裂縫開展而顯著降低，加之混凝土材料具有比較明顯的徐變、收縮等“時隨”特性，需要考慮長期荷載的影響，因而確定鋼筋混凝土構件的彎曲剛度 B 要較確定勻質材料梁 EI 復雜得多。,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,1 混凝土受彎構件變形計算的特點,鋼筋混凝土受彎構件的M關系曲線受諸多因素影響，目前尚難以給出明確的解析表達式。,適筋梁M關系曲線,解決辦法是通過一定的理論分析與試驗研究，首先確定構件在短期荷載作用下的剛度Bs，然后考慮長期荷載的影響，以計算構件正常使用階段的撓度。,對要求不出現(xiàn)裂縫的構件，也可近似地把混凝土開裂前的M曲線視為直線，它的斜率就是截面彎曲剛度，取為0.85EcIc。,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,2 短期剛度Bs,平均曲率,根據(jù)平均應變符合平截面的假定，可得平均曲率為,平均曲率半徑 縱向受拉鋼筋重心處的平均拉應變和受壓區(qū)邊緣混凝土的平均壓應變 截面的有效高度,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,梁純彎段內各截面應變及裂縫分布,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,2 短期剛度Bs,平均應變,按荷載效應的標準組合計算的裂縫截面處受壓區(qū)邊緣混凝土的壓應力 受壓區(qū)邊緣混凝土平均應變綜合系數(shù)，又稱截面彈塑性抵抗矩系數(shù),第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,2 短期剛度Bs,短期剛度Bs的計算公式,公式適用于矩形、T形、倒T形和I形截面受彎構件，計算的平均曲率與試驗結果符合較好。,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,3 受彎構件剛度B,（1）受壓區(qū)混凝土發(fā)生徐變 （2） 裂縫間受拉混凝土的應力松弛、混凝土和鋼筋的滑移徐變，使受拉混凝土不斷退出工作 （3） 裂縫不斷向上發(fā)展，使其上部原來受拉的混凝土脫離工作，使內力臂減小 （4）由于受拉區(qū)和受壓區(qū)混凝土的收縮不一致，使梁發(fā)生翹曲，亦將導致曲率的增大和剛度的降低 （5）所有影響混凝土徐變和收縮的因素都將影響剛度的降低，使構件撓度增大,荷載長期作用下剛度降低的原因：,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,3 受彎構件剛度B,按荷載效應的標準組合計算的彎矩，取計算區(qū)段內的最大彎矩值 按荷載效應的準永久組合計算的彎矩，取計算區(qū)段內的最大彎矩值 荷載效應的標準組合作用下受彎構件的短期剛度 考慮荷載長期作用對撓度增大的影響系數(shù),第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,4 最小剛度原則與撓度驗算,最小剛度原則就是在同一符號彎矩區(qū)段內最大彎矩Mmax 處的截面剛度Bmin作為該區(qū)段的剛度B以計算構件的撓度。,一方面按Bmin計算的撓度值偏大，另一方面，不考慮剪切變形的影響，對出現(xiàn)斜裂縫的情況，剪跨內鋼筋應力大于按正截面的計算值，這些均導致?lián)隙扔嬎阒灯?。上述兩方面的影響大致可以互相抵消，對國內外約350根試驗梁驗算結果，計算值與試驗值符合較好。因此，采用“最小剛度原則”是可以滿足工程要求的。,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,4 最小剛度原則與撓度驗算,沿梁長的剛度和曲率分布,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,4 最小剛度原則與撓度驗算,規(guī)范規(guī)定鋼筋混凝土受彎構件的撓度應滿足,fmin受彎構件的撓度限值 f 根據(jù)最小剛度原則采用的剛度計算的撓度，當跨間為同號彎矩時,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.2 鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算,5 提高受彎構件剛度的措施,增大構件截面有效高度是提高構件截面剛度最有效的措施 當截面高度及其他條件不變時，如有受拉翼緣或受壓翼緣，則 Bs有所增大 增大受拉筋的配筋率，Bs 略有增大 當設計中構件的截面高度受到限制時，可考慮增加受拉鋼筋配筋率、采用雙筋截面等措施 采用高性能混凝土、對構件施加預應力等都是提高混凝土構件剛度的有效措施,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.3 混凝土結構的耐久性,1 一般說明,結構的耐久性指一個構件、一個結構系統(tǒng)或一幢建筑物在一定時期內維持其適用性的能力，亦即結構在其設計使用年限內，應當能夠承受所有可能的荷載和環(huán)境作用，而不應發(fā)生過度的腐蝕、損壞和破壞。,混凝土結構的耐久性主要由兩方面決定：,混凝土、鋼筋材料本身特性 所處使用環(huán)境,第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.3 混凝土結構的耐久性,2 影響結構耐久性能的主要因素,內部因素,外部因素,其他因素,混凝土的強度、密實度、 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,環(huán)境條件，主要包括溫度、濕度、CO2含量、 侵蝕劑介質等,設計構造上的缺陷、 施工質量差、 使用中維修不當?shù)?第8章 混凝土構件的使用性能及結構的耐久性,8.3 混凝土結構的耐久性,3 混凝土結構的耐久性設計,混凝土結構的環(huán)境類別,設計使用年限,保證耐久性的技術措施及構造要求,規(guī)范采用的是耐久性概念設計,肚松衯宸/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/cio.gif冩?=/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/email.gif冩?A/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/imgr_logo.gif冭聖杁/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/logo.gif冩碝?D/ERP鏂噡1/2001騫寸15鏈?-灝忕櫧榧犲拰ERP.files/logo_compute.gif冭?疘:/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/ F/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/astd_oct.gif冮烜?E/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/biaoshi.gif凅?C/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?-鏂版湇鍔粡嫻庢誕鐜?files/email.gif冮?G/ERP鏂噡1/2001騫寸17鏈?- 潕,肚松衯?雎?lián)]=?牓2d?h糖 =M痞 ?(瘣滸?(h?棧哐鋃$*?z3蓚W傯=%u旄 冏?塧