鋼筋混凝土構(gòu)件的變形裂縫及混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性二學習教案

1、會計學1鋼筋混凝土構(gòu)件的變形(bin xng)裂縫及混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性二第一頁，共38頁。第一節(jié) 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件(gujin)的撓度驗算 一、截面彎曲剛度(n d)的概念及定義 1定義(dngy)： 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 第1頁/共37頁第二頁，共38頁。（3）沿構(gòu)件跨度、截面(jimin)抗彎剛度是變化的（4）隨加載時間(shjin)的增長而減小 3撓度(nod)計算公式或 S為與荷載形式、支承條件有關的撓度系數(shù) 第2頁/共37頁第三頁，共38頁。第3頁/共37頁第四

2、頁，共38頁。4截面(jimin)抗彎剛度的取值 1）對要求不出現(xiàn)裂縫(li fng)的構(gòu)件 EI=0.85EcIoIo為換算(hun sun)截面的慣性矩 2）驗算正常使用階段構(gòu)件的撓度時M=0.5Mu0.7Mu 規(guī)范定義在M曲線上，0.5Mu0.7Mu 取段內(nèi)，任意一點與坐標原點O相連的割線斜率tg為截面彎曲剛度。第4頁/共37頁第五頁，共38頁。二、短期剛度BS 荷載短期作用下的截面(jimin)彎曲剛度1、平均(pngjn)曲率 1）沿梁長，受拉鋼筋(gngjn)的拉應變和受壓區(qū)邊緣混凝土的壓應變都是不均勻分布的； 2）沿梁長，中和軸高度呈波浪形變化； 3）如果量測范圍較長（750mm

3、），則各水平纖維的平均應變沿梁截面高度的變化符合平截面假定。第5頁/共37頁第六頁，共38頁。根據(jù)(gnj)平截面假定： r與平均(pngjn)中和軸相應的平均(pngjn)曲率半徑 分別為縱向受拉鋼筋重心處的平均拉應變(yngbin)和受壓區(qū)邊緣砼的平均壓應變(yngbin)截而的有效高度 2裂縫截面的應變 和分別按荷載效應的標準組合作用計算裂縫截面處縱向受拉鋼筋重心處的拉應力和受壓區(qū)邊緣砼的壓應力。分別為砼的變形模量和彈性模量 砼的彈性特征值第6頁/共37頁第七頁，共38頁。裂縫截面處內(nèi)力(nil)臂長度系數(shù)受壓區(qū)面積(min j) 受壓翼緣的加強(jiqing)系數(shù) 將曲線分布的壓應力換

4、算成平均壓應力 壓應力圖形豐滿程度系數(shù) 3平均應變 裂縫間縱向受拉鋼筋重心處的拉應變不均勻系數(shù)。 第7頁/共37頁第八頁，共38頁。受壓區(qū)邊緣(binyun)砼壓應變不均勻系數(shù)取 則 受壓區(qū)邊緣混凝土平均應變綜合系數(shù)（截面(jimin)彈塑性抵抗矩系數(shù)）4短期(dun q)剛度 取 第8頁/共37頁第九頁，共38頁。三、參數(shù)(cnsh) 、 和 的表達式1裂縫截面處內(nèi)力臂長度(chngd)系數(shù) 實驗和理論(lln)分析可近似取 （常用的混凝土強度等級及配筋率） 2.裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數(shù) 的物理意義就是反映了裂縫間受拉混凝土對縱向受拉鋼筋應變的影響程度。 的大小隨荷載而變化。 的大小

5、還與以有效受拉砼截面面積計算、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。 第9頁/共37頁第十頁，共38頁。Ate=0.5bh+(bf-b)hf 此外， 值還受到截面(jimin)尺寸的影響，即 隨截面(jimin)高度的增加而增大。當 取 當 取 當 時， 取 3系數(shù)(xsh) 試驗(shyn)表明： 與 及受壓翼緣加強系數(shù) 有關： 第10頁/共37頁第十一頁，共38頁。4短期(dun q)剛度BS的計算公式： 注：1）、計算(j sun) 當 取 2）、考慮(kol)受壓鋼筋時， 四、受彎構(gòu)件剛度B（長期剛度 ） 1荷載長期作用下剛度降低的原因。 砼的徐變和收縮、鋼筋的應力松

6、馳、混凝土和鋼筋的相對滑移、受壓砼的塑性發(fā)展等等。2剛度B 第11頁/共37頁第十二頁，共38頁。用撓度(nod)增大的影響系數(shù)來反映荷載長期作用部分的影響Mk、Mq分別為荷載效應的標準組合(zh)和永久組合(zh)值 如果上式僅用剛度(n d)B表達 上兩式相等得： =2.0 =1.6第12頁/共37頁第十三頁，共38頁。五、最小剛度原則與撓度(nod)計算最小剛度原則：撓度(nod)計算時，一般取同號彎矩區(qū)段內(nèi)彎矩最大截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彎矩截面的剛度分別作為相應正負彎矩區(qū)段的剛度。這種處理原則稱作“最小剛度原則”。第13頁

7、/共37頁第十四頁，共38頁。允許(ynx)撓度值 f根據(jù)最小剛度(n d)原則計算的撓度六、受彎構(gòu)件撓度(nod)驗算的幾點說明 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，提高砼強度等級對提高Bs作用不大5）h0增大，Bs增大顯著第14頁/共37頁第十五頁，共38頁。2配筋率對承載力和撓度(nod)的影響配筋率對承載力、剛度及撓度的影響(yngxing)如下圖： 結(jié)論：一個構(gòu)件不能盲目地用增大配筋率的方法來解決撓度不滿足的問題，對撓度要求較高時，在中等配筋率時就會出現(xiàn)(chxin)撓度不滿足的情況。 第

8、15頁/共37頁第十六頁，共38頁。3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(fnwi)內(nèi)時，如滿足承載力要求，計算撓度也必然同時滿足，為此可以給出不需作撓度驗算的最大跨高比。4砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件(gujin)變形限值1）保證建筑的使用(shyng)功能要求2）防止對結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響3）防止對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響4）保證人們的感覺在可接受程度之內(nèi) 第16頁/共37頁第十七頁，共38頁。第二節(jié) 鋼筋混凝土構(gòu)件(gujin)裂縫寬度的計算一、裂縫的出現(xiàn)、分布(fnb)和開展第17頁/共37頁第十八頁，共38頁。未出現(xiàn)裂縫前，混凝土和鋼筋在純彎區(qū)段各截面拉力與應變(yngbin)分別

9、相同Ia階段，即將出現(xiàn)(chxin)裂縫裂縫出現(xiàn)瞬間，裂縫處的混凝土退出工作(gngzu)，應力降至零，砼向裂縫兩側(cè)回縮，鋼筋和混凝土之間產(chǎn)生粘結(jié)應力，混凝土的拉應力由裂縫處的零逐漸增大，達到L后，粘結(jié)應力消失；粘結(jié)應力作用長度L與粘結(jié)強度有關，與鋼筋表面積大小有關，與配筋率有關彎矩繼續(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為1.5l在荷載長期作用下，裂縫開展寬度增大，原因為：a)混凝土的滑移徐變和拉應力松弛，b)混凝土的收縮c)荷載的變動導致鋼筋直徑的變化引起粘結(jié)強度的降低第18頁/共37頁第十九頁，共38頁。二、平均裂縫(li fng)間距粘結(jié)應力傳遞長度(chng

10、d)可由平衡方程求得：鋼筋直徑(zhjng)相同時 第19頁/共37頁第二十頁，共38頁。試驗(shyn)表明：不僅(bjn)與 有關，而且與混凝土保護層厚度(hud)C有很大的關系，還與鋼筋的表面特征有關三、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、平均裂縫寬度的計算式第20頁/共37頁第二十一頁，共38頁。令 裂縫間混凝土自身(zshn)伸長對裂縫寬度的影響系數(shù) 與配筋率、截面形狀和混凝土保護層厚度等因素有關，但變化(binhu)不大，可近似取則 2、裂縫截面(jimin)處鋼筋的應力 （1）受彎構(gòu)件（2）軸心受拉構(gòu)件第21頁/共37頁第二十二頁，共38頁。（3

11、）偏心(pinxn)受拉構(gòu)件其中(qzhng) （4）偏心(pinxn)受壓構(gòu)件其中： 第22頁/共37頁第二十三頁，共38頁。四、最大裂縫寬度(kund)及其驗算1、確定最大裂縫寬度(kund)的方法最大裂縫寬度(kund)由平均裂縫寬度(kund)乘以“擴大系數(shù)”得到，“擴大系數(shù)”主要考慮以下兩種情況：（1）荷載標準組合下裂縫寬度的不均勻性；（2）荷載長期效應2、最大裂縫寬度的計算 _ 構(gòu)件受力特征系數(shù) _ 縱向受拉鋼筋的等效直徑_ 縱筋的保護層厚度, 當c65時取c=65第23頁/共37頁第二十四頁，共38頁。3、影響的主要(zhyo)因素 可以給出鋼筋混凝土構(gòu)件不需作裂縫寬度驗算的最大

12、鋼筋直徑(zhjng)圖表4、最大裂縫寬度(kund)驗算規(guī)范規(guī)定：（1）對直接承受吊車荷載的受彎構(gòu)件，（2）偏壓5、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)件的截面延性一、延性概念第24頁/共37頁第二十五頁，共38頁。1、定義：結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或截面的延性是指從屈服開始(kish)至達到最大承載能力 或達到以后而承載力還沒有顯著下降期間的變形能力。第25頁/共37頁第二十六頁，共38頁。2 要求(yoqi)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(fngmin)的要求（2）防止(fngzh)象超筋梁那樣的脆性破壞；（3）在超靜定結(jié)構(gòu)中，能

13、更好地適應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)能更好地進行內(nèi)力重分布。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)表達式 鋼筋開始屈服時的受壓區(qū)高度系數(shù)，對單筋截面第26頁/共37頁第二十七頁，共38頁。對雙筋截面(jimin) 2、影響(yngxing)因素各影響因素(yn s)可歸納為兩個綜合因素(yn s)：極限壓應變以及受壓區(qū)高度和提高的措施第27頁/共37頁第二十八頁，共38頁。1）限制(xinzh)縱向受拉鋼筋的配筋率，一般不應大于2.5%；受壓區(qū)高度2）規(guī)定受壓鋼筋和受拉鋼筋的最小比例，一般(ybn)使As/As保持為0.30.5；3）在彎矩較大(ji

14、o d)的區(qū)段適當加密箍筋。三、偏心受壓構(gòu)件截面曲率延性分析軸壓比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： 2.偏心受壓構(gòu)件配箍率的大小及箍筋形式，對截面曲率延性系數(shù)的影響較大。為含箍特征值 第28頁/共37頁第二十九頁，共38頁。第四節(jié) 混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)的耐久性一、耐久性的概念(ginin)和主要影響因素1、混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)的耐久性 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是指在設計使用年限內(nèi)，在正常維護下，必須保持適合于使用，而不需進行維護加固。建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準規(guī)定：設計使用年限分為50年和100年2、影響耐久性的主要因素內(nèi)部因素：混凝土的強度、密實性、水泥用量、

15、水灰比、氯離子及堿含量、 外加劑用量、保護層厚度等；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：“必須嚴格禁止使用氯鹽”，“防止堿集料反應”第29頁/共37頁第三十頁，共38頁。二、混凝土的碳化1、影響(yngxing)碳化的因素環(huán)境因素：CO2的濃度(nngd)、相對濕度和溫度的交替變化材料本身(bnshn)的性質(zhì)：水泥用量、水灰比和混凝土保護層厚度2、減小碳化的措施1）合理設計混凝土的配合比，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

16、土的密實性，抗?jié)B性；3）規(guī)定混凝土保護層的最小厚度；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)的標準。防止鋼筋銹蝕的主要措施有：第30頁/共37頁第三十一頁，共38頁。1）混凝土本身要降低(jingd)水灰比，保證密實度，具有足夠的保護層厚度，嚴格控制含氯量。2）采用(ciyng)覆蓋層，防止CO2、O2、Cl 的滲入。3）在海工結(jié)構(gòu)(jigu)、強腐蝕介質(zhì)中的混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)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）對鋼筋采用陰極保護法。四、耐久性設計1、耐久

17、性設計的目的和基本原則耐久性概念設計的目的是指在規(guī)定的設計使用年限內(nèi)，在正常維護下，必須保持適合于使用，滿足既定功能的要求。耐久性概念設計的基本原則是根據(jù)結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別和設計使用年限進行設計。對臨時性混凝土結(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計。2、混凝土結(jié)構(gòu)使用環(huán)境類別附表5-2第31頁/共37頁第三十二頁，共38頁。3、混凝土結(jié)構(gòu)的設計使用(shyng)年限一般(ybn)可分為50年和100年設計使用年限的預測主要基于(jy)混凝土的碳化和鋼筋銹蝕所需的時間并考慮環(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，混凝土保護層完全碳化 2）允許鋼筋銹蝕一定量值

18、3）承載力開始下降 4、保證耐久性的技術(shù)措施（1）結(jié)構(gòu)設計技術(shù)措施1）未經(jīng)技術(shù)鑒定和設計許可，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）對于結(jié)構(gòu)中使用環(huán)境較差的構(gòu)件，宜設計成可更換或易更換的構(gòu)件；第32頁/共37頁第三十三頁，共38頁。3）宜根據(jù)環(huán)境類別，規(guī)定維護措施及檢查年限；對重要的結(jié)構(gòu)，宜在與使用環(huán)境類別相同的適當部位(bwi)設置供永久性檢查的專用構(gòu)件。4）對于(duy)暴露在侵蝕性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其受力鋼筋可采用環(huán)養(yǎng)涂層帶肋 鋼筋，預應力筋應有防護措施。在次情況下宜采用高強度等級的混凝土。 （2）對混凝土材料(cilio)的要求設計使用年限為50年的結(jié)構(gòu)混凝土，應符合表9-2的要求第33頁/共37頁第三十四頁，共38頁。設計(shj)使用年限為100年且處于一類環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)，應符合下列規(guī)定：1）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)的混凝土強度等級不應低于C30，預應力混凝土結(jié)構(gòu)(jigu)的混凝土強度等級不應低于C40；2）混