混凝土構件的使用性能.ppt

第十一章 混凝土構件的使用性能,同濟大學土木工程學院建筑工程系顧祥林,混凝土結構基本原理,一、引言,結構構件的可靠性,本章的主要內容,具有足夠的承載力和變形能力,安全性,適用性,耐久性,在使用荷載下不產生過大的裂縫和變形,在一定時期內維持其安全性和適用性的能力,二、構件的裂縫控制 1. 裂縫的分類,施工期間產生的裂縫和使用期間產生的裂縫,按裂縫的產生時間,龜裂、橫向裂縫（與構件軸線垂直）、縱向裂縫、斜裂縫、八字裂縫、X形交叉裂縫等,按裂縫的產生原因,非受力因素產生的裂縫和受力因素產生的裂縫,按裂縫的形態(tài),二、構件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,固體下沉，表面泌水而引起的。 大風、高溫使水分從混凝土表面快速蒸發(fā)引起的（龜裂）。,塑性裂縫,混凝土的收縮受到約束后產生的裂縫,溫度裂縫,大體積混凝土中由于混凝土水化作用產生的水化熱使內外混凝土產生溫度差。,約束收縮裂縫,施工期間的裂縫,二、構件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,因施工程序不當而造成的受力裂縫,施工中的受力裂縫,施工期間的裂縫,二、構件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,使用期間的裂縫-鋼筋銹蝕引起的裂縫,二、構件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,使用期間的裂縫-溫度（氣溫）變化引起的裂縫,二、構件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,使用期間的裂縫-地基不均勻沉降引起的裂縫,二、構件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,使用期間的裂縫-外部環(huán)境引起的裂縫,凍融循環(huán)作用,堿骨料反應,鹽類腐蝕,外部環(huán)境,酸類腐蝕,二、構件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,使用期間的裂縫-荷載引起的裂縫,拉、彎、剪、扭、粘結等引起的裂縫,目前，只有在拉、彎狀態(tài)下混凝土橫向裂縫寬度的計算理論比較成熟。這也是下面所要介紹的主要內容,二、構件的裂縫控制 3.正截面抗裂度驗算（以GB50010為例）,嚴格要求不出現裂縫（一級）,荷載效應標準組合下（短期效應）混凝土中不產生拉應力,二、構件的裂縫控制 3.正截面抗裂度驗算（以GB50010為例）,一般要求不出現裂縫（二級）,荷載效應準永久組合下（長期效應）混凝土中不產生拉應力，荷載效應標準（短期）組合下混凝土中可有拉力但應小于混凝土抗拉強度,二、構件的裂縫控制 3.正截面抗裂度驗算（以GB50010為例）,允許出現裂縫（三級）,允許出現裂縫，但應限制其寬度，見教材表11-1,二、構件的裂縫控制 4.受彎構件斜截面抗裂度驗算（以GB50010為例）,混凝土的主應力,二、構件的裂縫控制 4.受彎構件斜截面抗裂度驗算（以GB50010為例）,混凝土的主拉應力,一級,二級,tp0.85ftk,tp0.95ftk,二、構件的裂縫控制 4.受彎構件斜截面抗裂度驗算（以GB50010為例）,混凝土的主壓應力,一級,二級,cp0.60fck,二、構件的裂縫控制 4.受彎構件斜截面抗裂度驗算（以GB50010為例）,先張法應考慮傳遞長度內的實際應力分布,三、橫向受力裂縫寬度的計算 1. 粘結滑移理論,以軸心受拉為例,*基本假定就是：開裂后，裂縫處混凝土退出工作，鋼筋和混凝土之間發(fā)生滑移，混凝土回縮至圖中虛線的位置,*裂縫寬度=裂縫間鋼筋和混凝土之間的變形差值,先求出裂縫間距,三、橫向受力裂縫寬度的計算 1. 粘結滑移理論,裂縫的間距,粘結應力的傳遞長度,裂縫數量增加至一定數量時不再增加，但寬度不斷變化,三、橫向受力裂縫寬度的計算 1. 粘結滑移理論,裂縫的間距,三、橫向受力裂縫寬度的計算 1. 粘結滑移理論,裂縫的間距,三、橫向受力裂縫寬度的計算 1. 粘結滑移理論,裂縫的間距,為了和受彎構件相統(tǒng)一，定義：,有效配筋率,有效受拉面積,于是，對軸拉和受彎構件，平均裂縫間距的公式可統(tǒng)一寫成：,三、橫向受力裂縫寬度的計算 1. 粘結滑移理論,裂縫的寬度,裂縫處鋼筋的應變,設 稱為裂縫間鋼筋應力不均勻系數，則有,裂縫處鋼筋的應力,三、橫向受力裂縫寬度的計算 2. 無滑移理論,認為混凝土開裂后，混凝土與鋼筋之間無相對滑移，裂縫的發(fā)展寬度與裂縫量測點距最近一根鋼筋表面的距離c直接相關。,*Broms（美）Base（英）等人通過試驗得出：,三、橫向受力裂縫寬度的計算 3. 粘接滑移與無滑移理論的結合,上述兩種理論和實際情況均有一定的差距，為此將二者結合起來，按下述公式進行計算分析：,各系數由試驗分析確定,四、裂縫寬度的實用計算方法 1. 半理論半經驗的方法,混凝土結構設計規(guī)范（GB50010）,水工鋼筋混凝土結構設計規(guī)范,所采用的方法,四、裂縫寬度的實用計算方法 1. 半理論半經驗的方法,平均裂縫間距,te0.01時，取te=0.01,c65時，取c=65,受彎kl=1.0；軸拉kl=1.1,光圓，取0.7；變形，取1.0,四、裂縫寬度的實用計算方法 1. 半理論半經驗的方法,平均裂縫寬度,kw=0.85,四、裂縫寬度的實用計算方法 1. 半理論半經驗的方法,預應力軸拉構件裂縫處鋼筋的應力,和普通混凝土構件的方法基本相同，但應引起開裂荷載的計算方法,使混凝土中預應力為0時的拉力,先張法,非預應力鋼筋的截面積,四、裂縫寬度的實用計算方法 1. 半理論半經驗的方法,預應力軸拉構件裂縫處鋼筋的應力,使混凝土中預應力為0時的拉力,后張法,非預應力鋼筋的截面積,四、裂縫寬度的實用計算方法 1. 半理論半經驗的方法,預應力軸拉構件裂縫處鋼筋的應力,鋼筋的應力,在Ns-Np0的拉力作用下混凝土中產生裂縫,非預應力鋼筋的截面積,預應力鋼筋的截面積,四、裂縫寬度的實用計算方法 1. 半理論半經驗的方法,預應力受彎構件裂縫處鋼筋的應力,和軸拉構件類似，參見教材中的相應內容！,四、裂縫寬度的實用計算方法 1. 半理論半經驗的方法,裂縫的最大寬度,由裂縫的統(tǒng)計特性，按95%的保證率,考慮到長期荷載下，混凝土徐變影響導致裂縫繼續(xù)擴大，取擴大系數為1.5,四、裂縫寬度的實用計算方法 2. 以數理統(tǒng)計分析為基礎的計算方法,公路鋼筋混凝土及預應力橋涵設計規(guī)范采用的方法,受拉鋼筋的總周長,五、裂縫寬度的控制,由不同的規(guī)范根據具體的情況確定,六、受彎構件的變形與剛度 1. 截面抗彎剛度的特點,鋼筋混凝土純彎段截面抗彎剛度的特點 ：,*隨著彎矩增大B不斷降低,*短期荷載效應時的撓度對應短期剛度Bs,*長期荷載效應時的撓度對應長期剛度Bl(徐變、裂縫的不斷發(fā)展等等),恒+活,恒+活載中的恒載部分,與荷載形式、支承條件有關的系數,六、受彎構件的變形與剛度 2. 短期剛度Bs,解析剛度法,就平均應變而言符合平截面假定,短期荷載效應,六、受彎構件的變形與剛度 2. 短期剛度Bs,解析剛度法,裂縫截面處的應力和應變,平均應變,六、受彎構件的變形與剛度 2. 短期剛度Bs,解析剛度法,GB50010采用的就是上述公式，且有 ，于是：,六、受彎構件的變形與剛度 3. 荷載長期作用下的剛度,恒+活中“恒”,基本概念,Ml,活中“活”,Ms,+,六、受彎構件的變形與剛度 3. 荷載長期作用下的