第十一章混凝土構(gòu)件使用性能

第十一章混凝土構(gòu)件的使用性能 同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程系顧祥林 混凝土結(jié)構(gòu)基本原理 一 引言 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性 本章的主要內(nèi)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(chǎn)生過大的裂縫和變形 在一定時(shí)期內(nèi)維持其安全性和適用性的能力 二 構(gòu)件的裂縫控制1 裂縫的分類 施工期間產(chǎn)生的裂縫和使用期間產(chǎn)生的裂縫 按裂縫的產(chǎn)生時(shí)間 龜裂 橫向裂縫 與構(gòu)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(chǎn)生原因 非受力因素產(chǎn)生的裂縫和受力因素產(chǎn)生的裂縫 按裂縫的形態(tài) 二 構(gòu)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(fēng) 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(chǎn)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(chǎn)生的水化熱使內(nèi)外混凝土產(chǎn)生溫度差 約束收縮裂縫 施工期間的裂縫 二 構(gòu)件的裂縫控制2 裂縫的成因 因施工程序不當(dāng)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(yīng) 鹽類腐蝕 外部環(huán)境 酸類腐蝕 二 構(gòu)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(jié)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(jì)算理論比較成熟 這也是下面所要介紹的主要內(nèi)容 二 構(gòu)件的裂縫控制3 正截面抗裂度驗(yàn)算 以GB50010為例 嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫 一級(jí) 荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下 短期效應(yīng) 混凝土中不產(chǎn)生拉應(yīng)力 二 構(gòu)件的裂縫控制3 正截面抗裂度驗(yàn)算 以GB50010為例 一般要求不出現(xiàn)裂縫 二級(jí) 荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下 長(zhǎng)期效應(yīng) 混凝土中不產(chǎn)生拉應(yīng)力 荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn) 短期 組合下混凝土中可有拉力但應(yīng)小于混凝土抗拉強(qiáng)度 二 構(gòu)件的裂縫控制3 正截面抗裂度驗(yàn)算 以GB50010為例 允許出現(xiàn)裂縫 三級(jí) 允許出現(xiàn)裂縫 但應(yīng)限制其寬度 見教材表11 1 二 構(gòu)件的裂縫控制4 受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算 以GB50010為例 混凝土的主應(yīng)力 二 構(gòu)件的裂縫控制4 受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算 以GB50010為例 混凝土的主拉應(yīng)力 一級(jí) 二級(jí) tp 0 85ftk tp 0 95ftk 二 構(gòu)件的裂縫控制4 受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算 以GB50010為例 混凝土的主壓應(yīng)力 一級(jí) 二級(jí) cp 0 60fck 二 構(gòu)件的裂縫控制4 受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算 以GB50010為例 先張法應(yīng)考慮傳遞長(zhǎng)度內(nèi)的實(shí)際應(yīng)力分布 三 橫向受力裂縫寬度的計(jì)算1 粘結(jié)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(jì)算1 粘結(jié)滑移理論 裂縫的間距 粘結(jié)應(yīng)力的傳遞長(zhǎng)度 裂縫數(shù)量增加至一定數(shù)量時(shí)不再增加 但寬度不斷變化 三 橫向受力裂縫寬度的計(jì)算1 粘結(jié)滑移理論 裂縫的間距 三 橫向受力裂縫寬度的計(jì)算1 粘結(jié)滑移理論 裂縫的間距 三 橫向受力裂縫寬度的計(jì)算1 粘結(jié)滑移理論 裂縫的間距 為了和受彎構(gòu)件相統(tǒng)一 定義 有效配筋率 有效受拉面積 于是 對(duì)軸拉和受彎構(gòu)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(jì)算1 粘結(jié)滑移理論 裂縫的寬度 裂縫處鋼筋的應(yīng)變 設(shè)稱為裂縫間鋼筋應(yīng)力不均勻系數(shù) 則有 裂縫處鋼筋的應(yīng)力 三 橫向受力裂縫寬度的計(jì)算2 無(wú)滑移理論 認(rèn)為混凝土開裂后 混凝土與鋼筋之間無(wú)相對(duì)滑移 裂縫的發(fā)展寬度與裂縫量測(cè)點(diǎn)距最近一根鋼筋表面的距離c直接相關(guān) Broms 美 Base 英 等人通過試驗(yàn)得出 三 橫向受力裂縫寬度的計(jì)算3 粘接滑移與無(wú)滑移理論的結(jié)合 上述兩種理論和實(shí)際情況均有一定的差距 為此將二者結(jié)合起來(lái) 按下述公式進(jìn)行計(jì)算分析 各系數(shù)由試驗(yàn)分析確定 四 裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50010 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 所采用的方法 四 裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法 平均裂縫間距 te 0 01時(shí) 取 te 0 01 c65時(shí) 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(shí)用計(jì)算方法1 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法 平均裂縫寬度 kw 0 85 四 裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法 預(yù)應(yīng)力軸拉構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)力 和普通混凝土構(gòu)件的方法基本相同 但應(yīng)引起開裂荷載的計(jì)算方法 使混凝土中預(yù)應(yīng)力為0時(shí)的拉力 先張法 非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積 四 裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法 預(yù)應(yīng)力軸拉構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)力 使混凝土中預(yù)應(yīng)力為0時(shí)的拉力 后張法 非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積 四 裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法 預(yù)應(yīng)力軸拉構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)力 鋼筋的應(yīng)力 在Ns Np0的拉力作用下混凝土中產(chǎn)生裂縫 非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積 預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積 四 裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法 預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)力 和軸拉構(gòu)件類似 參見教材中的相應(yīng)內(nèi)容 四 裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法 裂縫的最大寬度 由裂縫的統(tǒng)計(jì)特性 按95 的保證率 考慮到長(zhǎng)期荷載下 混凝土徐變影響導(dǎo)致裂縫繼續(xù)擴(kuò)大 取擴(kuò)大系數(shù)為1 5 四 裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法2 以數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)的計(jì)算方法 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 采用的方法 受拉鋼筋的總周長(zhǎng) 五 裂縫寬度的控制 由不同的 規(guī)范 根據(jù)具體的情況確定 六 受彎構(gòu)件的變形與剛度1 截面抗彎剛度的特點(diǎn) 鋼筋混凝土純彎段截面抗彎剛度的特點(diǎn) 隨著彎矩增大B不斷降低 短期荷載效應(yīng)時(shí)的撓度對(duì)應(yīng)短期剛度Bs 長(zhǎng)期荷載效應(yīng)時(shí)的撓度對(duì)應(yīng)長(zhǎng)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(guān)的系數(shù) 六 受彎構(gòu)件的變形與剛度2 短期剛度Bs 解析剛度法 就平均應(yīng)變而言符合平截面假定 短期荷載效應(yīng) 六 受彎構(gòu)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(yīng)力和應(yīng)變 平均應(yīng)變 六 受彎構(gòu)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(gòu)件的變形與剛度3 荷載長(zhǎng)期作用下的剛度 恒 活中 恒 基本概念 Ml 活中 活 Ms 六 受彎構(gòu)件的變形與剛度3 荷載長(zhǎng)期作