wA鋼筋混土構(gòu)件的變形

1、 第九章第九章 鋼筋混凝土鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂縫及混凝構(gòu)件的變形、裂縫及混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性土結(jié)構(gòu)的耐久性概 述：1、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件應(yīng)根據(jù)承載力極限狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)某些構(gòu)件還應(yīng)根據(jù)使用條件，進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，使變形和裂縫寬度不超過(guò)規(guī)定的限制值。2、結(jié)構(gòu)不滿足正常使用極限狀態(tài)的危害性比不滿足承載力極限狀態(tài)要低，可小些，驗(yàn)算時(shí)采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值、荷載準(zhǔn)永久值和材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。3、由于構(gòu)件的變形及裂縫寬度都隨時(shí)間增大，因此，驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用的影響。4、變形和裂縫寬度驗(yàn)算是以第階段、即帶裂縫工作階段為依據(jù)。正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算內(nèi)容包括變形、裂縫、

2、耐久性等 第一節(jié)第一節(jié) 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算 一、截面彎曲剛度的概念及定義 1定義： mei 使截面產(chǎn)生單位曲率（轉(zhuǎn)角）需要施加的彎矩值，它體現(xiàn)了截面抵抗彎曲變形的能力。 2主要特性 （1）隨荷載的增加而減小 （2）隨配筋率的降低而減小 （3）沿構(gòu)件跨度、截面抗彎剛度是變化的（4）隨加載時(shí)間的增長(zhǎng)而減小 3撓度計(jì)算公式撓度計(jì)算公式eimlsf20或 20lsfs為與荷載形式、支承條件有關(guān)的撓度系數(shù) 4截面抗彎剛度的取值截面抗彎剛度的取值 1）對(duì)要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 ei=0.85ecioio為換算截面的慣性矩 2）驗(yàn)算正常使用階段構(gòu)件的撓度時(shí)mtgbm=0.

3、5mu0.7mu 規(guī)范定義在m曲線上，0.5mu0.7mu 取段內(nèi)，任意一點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)o相連的割線斜率tg為截面彎曲剛度。二、短期剛度二、短期剛度bs 荷載短期作用下的截面彎曲剛度ksmb1、平均曲率 1）沿梁長(zhǎng)，受拉鋼筋的拉應(yīng)變和受壓區(qū)邊緣混凝土的壓應(yīng)變都是不均勻分布的； 2）沿梁長(zhǎng)，中和軸高度呈波浪形變化； 3）如果量測(cè)范圍較長(zhǎng)（750mm），則各水平纖維的平均應(yīng)變沿梁截面高度的變化符合平截面假定。根據(jù)平截面假定： ocmsmhr1r與平均中和軸相應(yīng)的平均曲率半徑 cmsm,分別為縱向受拉鋼筋重心處的平均拉應(yīng)變和受壓區(qū)邊緣砼的平均壓應(yīng)變oh截而的有效高度 cmsmokkshmmb2裂縫截面

4、的應(yīng)變裂縫截面的應(yīng)變 和和skcksskskecckcckckveecksk,分別按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合作用計(jì)算裂縫截面處縱向受拉鋼筋重心處的拉應(yīng)力和受壓區(qū)邊緣砼的壓應(yīng)力。cece分別為砼的變形模量和彈性模量 v砼的彈性特征值oskskham裂縫截面處內(nèi)力臂長(zhǎng)度系數(shù)受壓區(qū)面積 oofoffbhrbxhbb)()(fr受壓翼緣的加強(qiáng)系數(shù) offfbhhbbr/)(將曲線分布的壓應(yīng)力換算成平均壓應(yīng)力 ck200)(bhrmfkck壓應(yīng)力圖形豐滿程度系數(shù) 3平均應(yīng)變平均應(yīng)變 cmsm和ssscksksmehame0裂縫間縱向受拉鋼筋重心處的拉應(yīng)變不均勻系數(shù)。 coofkccckcckccmvebhrm

5、ve2)(c受壓區(qū)邊緣砼壓應(yīng)變不均勻系數(shù)取 cofrv/)(則 cokcmebhm2受壓區(qū)邊緣混凝土平均應(yīng)變綜合系數(shù)（截面彈塑性抵抗矩系數(shù)）4短期剛度短期剛度 csoscmsmokksebhehahmmb30211取 cseee /esscossossshaebhehaehaeb203022三、參數(shù)三、參數(shù) 、 和和 的表達(dá)式的表達(dá)式1裂縫截面處內(nèi)力臂長(zhǎng)度系數(shù) 0haemhamssksokosskok實(shí)驗(yàn)和理論分析可近似取 87. 0（常用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)及配筋率） 2.裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù) 的物理意義就是反映了裂縫間受拉混凝土對(duì)縱向受拉鋼筋應(yīng)變的影響程度。 的大小隨荷載而變化。

6、的大小還與以有效受拉砼截面面積計(jì)算、且考慮鋼筋粘結(jié)性能差異后的有效縱向受拉鋼筋配筋率 有關(guān)。 tetesteaaate=0.5bh+(bf-b)hf 此外， 值還受到截面尺寸的影響，即 隨截面高度的增加而增大。sktetkf65.01 .1當(dāng) 2 . 0取 2 . 0當(dāng) 1取 1當(dāng) 01. 0te時(shí)， 取 01. 0te3系數(shù)系數(shù) 試驗(yàn)表明： 與 e及受壓翼緣加強(qiáng)系數(shù) fr有關(guān)： feera5 . 3162 . 04短期剛度短期剛度bs的計(jì)算公式：的計(jì)算公式： fesssrhaeb5 .3162 .015.120注：1）、計(jì)算 fr當(dāng) ,2 . 00hhf取 02 . 0 hhf2）、考慮受壓

7、鋼筋時(shí)， )(eofffbhhbbr四、受彎構(gòu)件剛度四、受彎構(gòu)件剛度b（長(zhǎng)期剛度（長(zhǎng)期剛度 ） lb1荷載長(zhǎng)期作用下剛度降低的原因。 砼的徐變和收縮、鋼筋的應(yīng)力松馳、混凝土和鋼筋的相對(duì)滑移、受壓砼的塑性發(fā)展等等。2剛度b 用撓度增大的影響系數(shù)來(lái)反映荷載長(zhǎng)期作用部分的影響sqsqkblmsblmmsf2020)(mk、mq分別為荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合和永久組合值 如果上式僅用剛度b表達(dá) blmsfk20上兩式相等得： skqkbmmmb)1(時(shí)，當(dāng)0=2.0 時(shí)，=1.6時(shí)，04 .00 .2五、最小剛度原則與撓度計(jì)算五、最小剛度原則與撓度計(jì)算最小剛度原則：撓度計(jì)算時(shí)，一般取同號(hào)彎矩區(qū)段內(nèi)彎矩最大截

8、面的抗彎剛度作為該區(qū)段的抗彎剛度，而在連續(xù)梁或框架梁中，則采用最大正彎矩截面和最大負(fù)彎矩截面的剛度分別作為相應(yīng)正負(fù)彎矩區(qū)段的剛度。這種處理原則稱作“最小剛度原則”。limff limf允許撓度值 f根據(jù)最小剛度原則計(jì)算的撓度blmsfk20六、受彎構(gòu)件撓度驗(yàn)算的幾點(diǎn)說(shuō)明六、受彎構(gòu)件撓度驗(yàn)算的幾點(diǎn)說(shuō)明 1影響短期剛度bs的因素 1）mk增大，bs減小2） 增大，bs略有增大3）翼緣存在，bs有所增大4）在常配筋率=1%2%的情況下，提高砼強(qiáng)度等級(jí)對(duì)提高bs作用不大5）h0增大，bs增大顯著2配筋率對(duì)承載力和撓度的影響配筋率對(duì)承載力和撓度的影響配筋率對(duì)承載力、剛度及撓度的影響如下圖： 結(jié)論：一個(gè)構(gòu)

9、件不能盲目地用增大配筋率的方法來(lái)解決撓度不滿足的問(wèn)題，對(duì)撓度要求較高時(shí)，在中等配筋率時(shí)就會(huì)出現(xiàn)撓度不滿足的情況。 3跨高比跨高比采用較小的跨度比l0/h，配筋率又限制在一定的范圍內(nèi)時(shí)，如滿足承載力要求，計(jì)算撓度也必然同時(shí)滿足，為此可以給出不需作撓度驗(yàn)算的最大跨高比。4砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形限值砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形限值1）保證建筑的使用功能要求2）防止對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響3）防止對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響4）保證人們的感覺(jué)在可接受程度之內(nèi) limf第二節(jié)第二節(jié) 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度的計(jì)算鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度的計(jì)算一、裂縫的出現(xiàn)、分布和開(kāi)展一、裂縫的出現(xiàn)、分布和開(kāi)展未出現(xiàn)裂縫前，混凝土和鋼筋在純彎區(qū)段各截面

10、拉力與應(yīng)變分別相同ia階段，即將出現(xiàn)裂縫裂縫出現(xiàn)瞬間，裂縫處的混凝土退出工作，應(yīng)力降至零，砼向裂縫兩側(cè)回縮，鋼筋和混凝土之間產(chǎn)生粘結(jié)應(yīng)力，混凝土的拉應(yīng)力由裂縫處的零逐漸增大，達(dá)到l后，粘結(jié)應(yīng)力消失；粘結(jié)應(yīng)力作用長(zhǎng)度l與粘結(jié)強(qiáng)度有關(guān)，與鋼筋表面積大小有關(guān)，與配筋率有關(guān)彎矩繼續(xù)增大，在離裂縫截面l的另一薄弱截面易出現(xiàn)新的裂縫平均裂縫間距應(yīng)為1.5l在荷載長(zhǎng)期作用下，裂縫開(kāi)展寬度增大，原因?yàn)椋篴)混凝土的滑移徐變和拉應(yīng)力松弛，b)混凝土的收縮c)荷載的變動(dòng)導(dǎo)致鋼筋直徑的變化引起粘結(jié)強(qiáng)度的降低二、平均裂縫間距二、平均裂縫間距l(xiāng)lm5 . 1粘結(jié)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度可由平衡方程求得：tetssssafaa21u

11、laamssss21平均粘結(jié)應(yīng)力）（muafltemt鋼筋直徑相同時(shí) tetedua4tetmdfll835 . 1temtdklf1經(jīng)驗(yàn)系數(shù)）（1k試驗(yàn)表明：ml不僅與 ted有關(guān)，而且與混凝土保護(hù)層厚度c有很大的關(guān)系，還與鋼筋的表面特征有關(guān)teeqmdkckl12iiiiieqdvndnd27 . 00 . 1 ，對(duì)光面鋼筋，取對(duì)帶肋鋼筋，取粘結(jié)特性系數(shù)，種縱向受拉鋼筋的相對(duì)第ivi三、平均裂縫寬度三、平均裂縫寬度裂縫寬度是指受拉鋼筋截面重心水平處構(gòu)件側(cè)表面的裂縫寬度1、平均裂縫寬度的計(jì)算式msmctmsmmctmmsmmlllw1;ssksksmsme應(yīng)變，縱向受拉鋼筋的平均拉;均拉應(yīng)變

12、平處側(cè)表面混凝土的平與縱向受拉鋼筋相同水ctm令 smctmc1c裂縫間混凝土自身伸長(zhǎng)對(duì)裂縫寬度的影響系數(shù) c與配筋率、截面形狀和混凝土保護(hù)層厚度等因素有關(guān)，但變化不大，可近似取85. 0c則 msskmsskcmlelew85.02、裂縫截面處鋼筋的應(yīng)力、裂縫截面處鋼筋的應(yīng)力 sk（1）受彎構(gòu)件087. 0hamsksk（2）軸心受拉構(gòu)件skskan（3）偏心受拉構(gòu)件）偏心受拉構(gòu)件)(0sskskahaen其中 scayee0（4）偏心受壓構(gòu)件）偏心受壓構(gòu)件skskahhen00)(其中： 20)(1 (12. 087. 0ehrfssyee02000)(400011hlhes0 . 114

13、0shl時(shí)，取當(dāng)四、最大裂縫寬度及其驗(yàn)算四、最大裂縫寬度及其驗(yàn)算1、確定最大裂縫寬度的方法最大裂縫寬度由平均裂縫寬度乘以“擴(kuò)大系數(shù)”得到，“擴(kuò)大系數(shù)”主要考慮以下兩種情況：（1）荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下裂縫寬度的不均勻性；（2）荷載長(zhǎng)期效應(yīng)2、最大裂縫寬度的計(jì)算mlwwmax)08. 09 . 1 (maxteeqsskcrdcewcr _ 構(gòu)件受力特征系數(shù) 1 . 24 . 27 . 2crcrcr受彎和偏壓構(gòu)件偏心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件eqd_ 縱向受拉鋼筋的等效直徑c_ 縱筋的保護(hù)層厚度, 當(dāng)c65時(shí)取c=653、影響的主要因素、影響的主要因素sk eqd te可以給出鋼筋混凝土構(gòu)件不需作裂縫寬度驗(yàn)

14、算的最大鋼筋直徑圖表4、最大裂縫寬度驗(yàn)算、最大裂縫寬度驗(yàn)算limmaxww規(guī)范規(guī)定：（1）對(duì)直接承受吊車荷載的受彎構(gòu)件，85. 01maxxw，所以由于已?。?）偏壓不予驗(yàn)算55. 000he5、最大裂縫寬度限值、最大裂縫寬度限值一是外觀要求；二是耐久性要求第三節(jié)、混凝土構(gòu)件的截面延性第三節(jié)、混凝土構(gòu)件的截面延性一、延性概念1、定義：結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面的延性是指從屈服開(kāi)始至達(dá)到最大承載能力 或達(dá)到以后而承載力還沒(méi)有顯著下降期間的變形能力。的過(guò)程上圖uy_2 要求結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面具有一定延性的目的（1）有利于吸收和耗散地震能量，滿足抗震方面的要求（2）防止象超筋梁那樣的脆性破壞；（3）在超靜定結(jié)構(gòu)

15、中，能更好地適應(yīng)地基不均勻沉降以及溫度變化等情況；（4）使超靜定結(jié)構(gòu)能更好地進(jìn)行內(nèi)力重分布。二、受彎構(gòu)件截面曲率延性系數(shù)二、受彎構(gòu)件截面曲率延性系數(shù)1、受彎構(gòu)件截面曲率延性系數(shù)表達(dá)式01hkyyacuuxaycuyuxhku01k 鋼筋開(kāi)始屈服時(shí)的受壓區(qū)高度系數(shù)，對(duì)單筋截面eeek22對(duì)雙筋截面 eesehak)()(20220111101hfffhfxxyccuucya0111hffkuyccu2、影響因素u）1u）2ucu）3uffyc,4）各影響因素可歸納為兩個(gè)綜合因素：極限壓應(yīng)變cu以及受壓區(qū)高度0kh和ax1.提高u的措施1）限制縱向受拉鋼筋的配筋率，一般不應(yīng)大于2.5%；受壓區(qū)高度

16、035. 025. 0hx2）規(guī)定受壓鋼筋和受拉鋼筋的最小比例，一般使as/as保持為0.30.5；3）在彎矩較大的區(qū)段適當(dāng)加密箍筋。三、偏心受壓構(gòu)件截面曲率延性分析三、偏心受壓構(gòu)件截面曲率延性分析1.軸壓比afnnc是影響是影響偏心受壓構(gòu)件截面曲率延性系數(shù)的主要因素之一；規(guī)范規(guī)定： 9 . 07 . 0afnnc2.偏心受壓構(gòu)件配箍率的大小及箍筋形式，對(duì)截面曲率延性系數(shù)的影響較大。cyssff為含箍特征值 第四節(jié)第四節(jié) 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性一、耐久性的概念和主要影響因素一、耐久性的概念和主要影響因素1、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是指在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在正常維護(hù)下，

17、必須保持適合于使用，而不需進(jìn)行維護(hù)加固。建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：設(shè)計(jì)使用年限分為50年和100年2、影響耐久性的主要因素內(nèi)部因素：混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)性、水泥用量、水灰比、氯離子及堿含量、 外加劑用量、保護(hù)層厚度等；外部因素：環(huán)境條件（溫濕度、co2含量、侵蝕性介質(zhì)等） 混凝土的碳化 鋼筋表面氧化膜的破壞（鋼筋銹蝕的必要條件） 含氧水分的侵入，鋼筋生銹（水分的侵入是鋼筋銹蝕的充分條件）另外：“必須嚴(yán)格禁止使用氯鹽”，“防止堿集料反應(yīng)”二、混凝土的碳化二、混凝土的碳化1、影響碳化的因素環(huán)境因素：co2的濃度、相對(duì)濕度和溫度的交替變化材料本身的性質(zhì)：水泥用量、水灰比和混凝土保護(hù)層厚度2、減小

18、碳化的措施1）合理設(shè)計(jì)混凝土的配合比，規(guī)定水泥用量的低限值和水灰比的高限值，合理采用摻合料；2）提高混凝土的密實(shí)性，抗?jié)B性；3）規(guī)定混凝土保護(hù)層的最小厚度；4）采用覆蓋面層（水泥砂漿或涂料等）三、鋼筋的銹蝕三、鋼筋的銹蝕鋼筋銹蝕的必要條件和充分條件大范圍內(nèi)出現(xiàn)沿鋼筋的縱向裂縫作為判別混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件壽命終結(jié)的標(biāo)準(zhǔn)。防止鋼筋銹蝕的主要措施有：1）混凝土本身要降低水灰比，保證密實(shí)度，具有足夠的保護(hù)層厚度，嚴(yán)格控制含氯量。2）采用覆蓋層，防止co2、o2、cl 的滲入。3）在海工結(jié)構(gòu)、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中的混凝土結(jié)構(gòu)中，可采用鋼筋阻銹劑、防腐蝕鋼筋、環(huán)氧涂層鋼筋、渡鋅鋼筋、不銹鋼鋼筋等。4）對(duì)鋼筋采用陰極保護(hù)

19、法。四、耐久性設(shè)計(jì)四、耐久性設(shè)計(jì)1、耐久性設(shè)計(jì)的目的和基本原則耐久性概念設(shè)計(jì)的目的是指在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在正常維護(hù)下，必須保持適合于使用，滿足既定功能的要求。耐久性概念設(shè)計(jì)的基本原則是根據(jù)結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別和設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)臨時(shí)性混凝土結(jié)構(gòu)和大體積混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部可以不考慮耐久性設(shè)計(jì)。2、混凝土結(jié)構(gòu)使用環(huán)境類別附表5-23、混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限一般可分為50年和100年設(shè)計(jì)使用年限的預(yù)測(cè)主要基于混凝土的碳化和鋼筋銹蝕所需的時(shí)間并考慮環(huán)境條件的修正加以估算耐久性極限狀態(tài)可分為三類：1）不允許鋼筋銹蝕時(shí)，混凝土保護(hù)層完全碳化 11tt 2）允許鋼筋銹蝕一定量值 212ttt3）承載力開(kāi)始下降 3213tttt4、保證耐久性的技術(shù)措施（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)措施1）未經(jīng)技術(shù)鑒定和設(shè)計(jì)許可，不能改變結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境，不得改變結(jié)構(gòu)的用途；2）對(duì)于結(jié)構(gòu)中使用環(huán)境較差的構(gòu)件，宜設(shè)計(jì)成可更換或易更換的構(gòu)件；3）宜根據(jù)環(huán)境類別，規(guī)定維護(hù)措施及檢查年限；對(duì)重要的結(jié)構(gòu)，宜在與使用環(huán)境類別相同的適當(dāng)部位設(shè)置供永久性檢查的專用構(gòu)件。4）對(duì)于暴露在侵蝕性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，