PPT鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂縫及耐久性

第9章鋼鋼筋混混凝土土構(gòu)件件的變變形、、裂縫縫及耐耐久性性基礎(chǔ)知知識(shí)回回顧第3章極限狀狀態(tài)設(shè)設(shè)計(jì)理理論基礎(chǔ)知知識(shí)回回顧建筑結(jié)結(jié)構(gòu)極極限狀狀態(tài)極限狀狀態(tài)(Limitstate)：整個(gè)個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)或結(jié)結(jié)構(gòu)的的一部部分超過某某一特特定狀狀態(tài)就不能滿滿足設(shè)計(jì)指指定的的某一一功能能要求求，這這個(gè)特特定狀狀態(tài)稱稱為該功能的極限限狀態(tài)態(tài)。極限狀態(tài)承載能能力極極限狀狀態(tài)(UltimateLimitState)正常使使用極極限狀狀態(tài)(ServiceabilityLimitState)承載能力極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)可靠水平高計(jì)算保證可靠水平低驗(yàn)算是否滿足安全性性Safety安全性性Safety適用性性Serviceability耐久性性Durability可靠性性Reliability基礎(chǔ)知知識(shí)回回顧9.1鋼筋混混凝土土受彎彎構(gòu)件件的撓撓度驗(yàn)驗(yàn)算9.1.1截面彎彎曲剛剛度的的概念念及定定義均質(zhì)彈彈性材材料梁梁的跨跨中撓撓度f是截面曲曲率；；EI稱為截面彎彎曲剛剛度，是使截截面產(chǎn)產(chǎn)生產(chǎn)產(chǎn)生單單位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角需需要施施加的的彎矩矩值。=（兩端剛接）水平力-側(cè)移：d312hEIV××=（集中荷載）荷載-撓度：48f3lEIP×=彎矩-曲率：fEIM=應(yīng)力-應(yīng)變：esE剛度是是反映映力與與變形形之間間的關(guān)關(guān)系：：對(duì)于彈彈性均均質(zhì)材材料截截面，，EI為常數(shù)數(shù)，M-f關(guān)系為為直線線。由于混混凝土土開裂裂、彈彈塑性性應(yīng)力力-應(yīng)變關(guān)關(guān)系和和鋼筋筋屈服服等影影響，，鋼筋混混凝土土適筋梁梁的M-f關(guān)系不不再是是直線線，而是是隨彎彎矩增增大，，截面面曲率率呈曲曲線變變化。。鋼筋混混凝土土是不均質(zhì)質(zhì)的非非彈性性材料料，因此此受彎彎過程程中EI不是常常數(shù)。。截面彎彎曲剛剛度的的兩種種簡化化方法法：a.對(duì)要求不不出現(xiàn)現(xiàn)裂縫縫的構(gòu)構(gòu)件，近似似把混混凝土土開裂裂前的的M-f曲線視為直直線，，其斜斜率就就是截截面彎彎曲剛剛度，，取為為0.85EcI0，I0為換算算截面面慣性性矩。。b.

對(duì)帶裂縫工作的構(gòu)件，《規(guī)范》定義在M-f曲線上~

區(qū)段內(nèi)，任一點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)O相連的割線斜率tga為截面曲率，記為B。a隨彎矩值的增大而減小，故截面彎曲剛度是隨彎矩的增大而減小的。MyMsMcrEcI0MfaMu9.1.2短期剛剛度Bs1、幾何何關(guān)系系－平平均曲曲率：截面彎彎曲剛剛度不不僅隨隨荷載載增大大而減減小，，而且且還將將隨荷荷載作作用時(shí)時(shí)間的的增長長而減減小。。荷載短短期作作用下下的截截面彎彎曲剛剛度簡簡稱短短期剛剛度。在純彎彎段內(nèi)內(nèi)測得得的鋼鋼筋和和混凝凝土的的應(yīng)變變情況況為：：（1）沿梁梁長，，受拉拉鋼筋的的拉應(yīng)應(yīng)變和受壓壓區(qū)邊邊緣混凝土土的壓壓應(yīng)變變都是不均勻勻分布布的，裂縫截截面處處最大大，裂裂縫間間為曲曲線變變化；（2）沿梁梁長，，中和軸軸高度度呈波波浪變變化，裂縫截截面處處中和軸軸高度度最小??；（3）測量范范圍足足夠長長，各水水平纖纖維的的平均均應(yīng)變變沿梁梁截面面高度度的變變化符合平平截面面假定定。r－與平均均中和和軸相相應(yīng)的的平均均曲率率半徑徑；esm、ecm－分別為為縱向向受拉拉鋼筋筋重心心處的的平均均拉應(yīng)應(yīng)變和和受壓壓區(qū)邊邊緣混混凝土土的平平均壓壓應(yīng)變變。2、物理理關(guān)系系3、平衡衡關(guān)系系h－裂縫截面處內(nèi)力臂長度系數(shù)，

h值在0.83~0.93之間波動(dòng)。《規(guī)范》為簡化計(jì)算，取h=0.87－裂縫間縱向受拉鋼筋重心處的拉應(yīng)變不均勻系數(shù)，rte為以有有效受受拉混混凝土土截面面面積積計(jì)算算的受受拉鋼鋼筋配配筋率率。Ate為有效效受拉拉混凝凝土截截面面面積，，對(duì)受受彎構(gòu)構(gòu)件取取當(dāng)y<0.2時(shí)，取取y=0.2；當(dāng)y>1.0時(shí)，取取y=1.0；對(duì)直接接承受受重復(fù)復(fù)荷載載作用用的構(gòu)構(gòu)件，，取y=1.0。z－受壓區(qū)區(qū)邊緣緣混凝凝土平平均應(yīng)應(yīng)變綜綜合系系數(shù)，，在短期彎彎矩Msk=（0.5~0.7）Mu范圍，，系數(shù)z的變化化很小小，僅僅與配配筋率率有關(guān)關(guān)。受壓翼緣加強(qiáng)系數(shù)9.1.4受彎構(gòu)構(gòu)件剛剛度B混凝土土的徐變、收縮造成梁梁截面面彎曲曲剛度度降低低，撓度隨隨時(shí)間間增長長。計(jì)算算撓度度時(shí)必必須采采用按荷載載效應(yīng)應(yīng)的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)組組合并考慮荷載效效應(yīng)的長期期作用影響響的剛度B。1、荷載長期期作用下剛剛度降低的的原因（1）混凝土的的徐變裂縫間受拉拉混凝土的的應(yīng)力松弛弛以及混凝土土和鋼筋的的徐變滑移，使受拉鋼鋼筋的平均均應(yīng)變和平平均應(yīng)力隨隨時(shí)間而增增大；裂縫縫的發(fā)展，，受拉混凝凝土退出工工作；受壓壓混凝土的的塑性發(fā)展展，內(nèi)力臂臂減小。（2）混凝土的的收縮受拉區(qū)和受受壓區(qū)混凝凝土的收縮縮不一致，使梁發(fā)生生翹曲。（3）影響混凝土土徐變和收收縮的原因因受壓鋼筋的的配筋率、、加荷齡期期、荷載的的大小及持持續(xù)時(shí)間，，使用環(huán)境境的溫度和和濕度、混混凝土的養(yǎng)養(yǎng)護(hù)條件。。2、受彎構(gòu)件件剛度B（長期）在短期剛度度Bs的基礎(chǔ)上，，用荷載效應(yīng)的的準(zhǔn)永久組組合對(duì)撓度增大大的影響系數(shù)q來考慮荷載載效應(yīng)的準(zhǔn)準(zhǔn)永久組合合作用的影影響，即荷載長期作作用部分的影響。上式僅用剛剛度B表達(dá)時(shí)，令以上兩式式相等可得得剛度B為，Mk中包含準(zhǔn)永永久組合值值，對(duì)于在在(Mk-Mq)下產(chǎn)生的短期期撓度部分是是不增大的。。則受彎構(gòu)件的撓撓度為設(shè)荷載效應(yīng)的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)組合值為為Mk，準(zhǔn)永久組合值值為Mq，則僅需對(duì)在Mq下產(chǎn)生的那部部分撓度乘以以撓度增大的的影響系數(shù)θ?！兑?guī)范》建議撓度增大大系數(shù)q可按下式計(jì)算算:r和r’分別為受拉及及受壓鋼筋的的配筋率。當(dāng)當(dāng)r’=0時(shí)，q=2.0，當(dāng)r’=r時(shí)，q=1.6。9.1.5最小剛度原則則與撓度計(jì)算算“最小剛度原則則”就是在簡支梁梁全跨長范圍圍內(nèi)，可都按彎矩最大處處的截面彎曲曲剛度，亦即按最小的截面彎彎曲剛度，用材料力學(xué)學(xué)中不考慮剪切變變形影響的公公式來計(jì)算撓度。。撓度驗(yàn)算公式為：－允許撓度值；－根據(jù)最小剛度原則采用的剛度B進(jìn)行計(jì)算的撓度Bmin9.1.6對(duì)受彎構(gòu)件撓撓度驗(yàn)算的討討論1、影響短期剛剛度Bs的因素a.Mk增大，Bs減小。b.r增大，Bs略有增大；c.截面形狀對(duì)Bs有影響，當(dāng)有有受拉翼緣或或受壓翼緣時(shí)時(shí)，都會(huì)使Bs有所增大；d.提高混凝土強(qiáng)度等等級(jí)對(duì)提高Bs的作用不大；e.配筋率和材料料給定時(shí)，截截面有效高度度h0對(duì)Bs的提高作用最顯著。。2、配筋率對(duì)承承載力和撓度度的影響提高配筋率能能滿足承載力力要求，然而而對(duì)提高截面面彎曲剛度作作用不顯著，有可能能出現(xiàn)不滿足足撓度驗(yàn)算的的要求。3、跨高比選擇較小的跨跨高比l0/h，配筋率限制在在一定范圍內(nèi)內(nèi)，如過滿足足承載力要求求，計(jì)算撓度度也必然同時(shí)時(shí)滿足。4、混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的變形形限值考慮的內(nèi)容：：保證建筑的使使用功能要求求；防止對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良良的影響；防止對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不不良的影響；；保證人們的感感覺在可接受受程度之內(nèi)。。例題9.1已知在某教學(xué)學(xué)樓樓蓋中有有一矩形截面面簡支梁，截截面尺寸為200mm××500mm，配置416HRB400級(jí)受力鋼筋，，混凝土強(qiáng)度度等級(jí)為C20，保護(hù)層厚度c=25mm，l0=5.6m，承受均布荷載載，其中永久久荷載（含自自重）標(biāo)準(zhǔn)值值gk=12.4kN/m，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk=8kN/m，樓面活荷載的準(zhǔn)永永久系數(shù)yq=0.5。試驗(yàn)算其撓度度f?！窘狻?、計(jì)算參數(shù)Ec=2.55××104N/mm2Es=2.0×105N/mm2，As=804mm2，h0=h-as=500-35=465mm，h=0.87，ftk=1.54N/mm2，q=22、求Mk和Mq3、計(jì)算有關(guān)參數(shù)數(shù)4、計(jì)算Bs5、計(jì)算B6、變形驗(yàn)算查表知，，所以變形滿足要求求。9.2鋼筋混凝土構(gòu)構(gòu)件裂縫寬度度驗(yàn)算9.2.1裂縫的出現(xiàn)、、分布和開展展在裂縫出現(xiàn)前前，應(yīng)變均勻分分布。即將出現(xiàn)裂縫縫的狀態(tài)Ⅰa階段。3)當(dāng)達(dá)到極限拉拉應(yīng)變e0ct后，出現(xiàn)第一一條（批）裂裂縫。4)裂縫出現(xiàn)瞬間間，混凝土應(yīng)力力降低為零，，而鋼筋的拉拉力突然增加加，由ss,cr增至ss1。5)裂縫出現(xiàn)后，，混凝土向裂裂縫兩側(cè)回縮縮，但非自由由，受到鋼筋筋的約束。混混凝土與鋼筋筋之間有相對(duì)對(duì)滑移，產(chǎn)生生粘結(jié)應(yīng)力t。達(dá)到l后，粘結(jié)應(yīng)力力消失，混凝凝土中又重新新建立起拉應(yīng)應(yīng)力sct。aaacccbb(a)裂縫即將出現(xiàn)現(xiàn)(b)第一批裂縫出出現(xiàn)(c)裂縫的分布及及開展6)當(dāng)距裂縫截面面有足夠的長長度l時(shí)，混凝土拉拉應(yīng)力sct增大到ft，此時(shí)將在離裂裂縫截面≥l的另一薄弱截截面處出現(xiàn)新新的裂縫。7)如果兩條裂縫縫的間距小于于2l，則由于粘結(jié)應(yīng)應(yīng)力傳遞長度度不夠，混凝凝土拉應(yīng)力不不可能達(dá)到ft，因此將不會(huì)出出現(xiàn)新的裂縫縫。8)從第一條（批批）裂縫出現(xiàn)現(xiàn)到裂縫全部部出齊為裂縫出現(xiàn)階段段，該階段的荷荷載增量并不不大。9)裂縫間距的計(jì)算公式即即是以該階段段的受力分析析建立的。10)裂縫縫出出齊齊后后，隨隨著著荷荷載載的的繼繼續(xù)續(xù)增增加加，，裂裂縫縫寬寬度度不不斷斷開開展展。裂裂縫縫的的開開展展是是由由于于混混凝凝土土的的回回縮縮，，鋼鋼筋筋的的伸伸長長，，導(dǎo)導(dǎo)致致鋼鋼筋筋與與混混凝凝土土之之間間不不斷斷產(chǎn)產(chǎn)生生相相對(duì)對(duì)滑滑移移的的結(jié)結(jié)果果，這是是裂裂縫縫寬寬度度計(jì)計(jì)算算的的依依據(jù)據(jù)。11)在荷荷載載長長期期作作用用下下，，由由于于混混凝凝土土的的滑滑移移徐徐變變和和拉拉應(yīng)應(yīng)力力的的松松馳馳，，以以及及混混凝凝土土的的收收縮縮，，會(huì)會(huì)引引起起裂裂縫縫的的進(jìn)進(jìn)一一步步開開展展。。st=0sct=ftss1ss2tmss1ss2tm－平均粘結(jié)應(yīng)力。9.2.2平均均裂裂縫縫間間距距l(xiāng)m=1.5l×1.5混凝凝土土保保護(hù)護(hù)層層厚厚度度的的影影響響k1為經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)系系數(shù)數(shù)。。根據(jù)據(jù)試試驗(yàn)驗(yàn)資資料料統(tǒng)統(tǒng)計(jì)計(jì)分分析析，，并并考考慮慮受受力力特特征征的的影影響響，，對(duì)對(duì)于于常常用用的的帶肋肋鋼鋼筋筋，《規(guī)范范》給出出的的平平均均裂裂縫縫間間距距l(xiāng)m的計(jì)計(jì)算算公公式式為為:受彎構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件c———最外外層層縱縱向向受受拉拉鋼鋼筋筋外外邊邊緣緣到到受受拉拉區(qū)區(qū)底底邊邊的的距距離離（（mm），，當(dāng)當(dāng)c<20mm時(shí)，，取取c=20mm；d———鋼筋筋直直徑徑（（mm），，當(dāng)用用不不同同直直徑徑的的鋼鋼筋筋時(shí)時(shí)，，d改用用換換算算直直徑徑4As/u，u為縱縱向向鋼鋼筋筋的的總總周周長長。。9.2.3平均均裂裂縫縫寬寬度度裂縫縫寬寬度度是是指指受拉拉鋼鋼筋筋截截面面重重心心水水平平處處構(gòu)構(gòu)件件側(cè)側(cè)表表面面的的裂裂縫縫寬寬度度。裂裂縫縫寬寬度度的的離離散散性性比比裂裂縫縫間間距距更更大大些些。。平均均裂裂縫縫寬寬度度計(jì)計(jì)算算式式平均均裂裂縫縫寬寬度度wm等于于構(gòu)構(gòu)件件裂裂縫縫區(qū)區(qū)段段內(nèi)內(nèi)鋼鋼筋筋的的平平均均伸伸長長與與相相應(yīng)應(yīng)水水平平處處構(gòu)構(gòu)件件側(cè)側(cè)表表面面混混凝凝土土平平均均伸伸長長的的差差值值。。esm－縱向受拉鋼筋的平均拉應(yīng)變，ectm－與縱向向受受拉拉鋼鋼筋筋相相同同水水平平處處側(cè)側(cè)表表面面混混凝凝土土的的平平均均拉拉應(yīng)應(yīng)變變。。令令稱稱為為裂裂縫縫間間混混凝凝土土自自身身伸伸長長對(duì)對(duì)裂裂縫縫寬寬度度的的影影響響系系數(shù)數(shù)。。近近似似取取ac=0.85，則平均均裂裂縫縫寬寬度度裂縫縫截截面面處處的的鋼鋼筋筋應(yīng)應(yīng)力力sskssk是指指按按荷荷載載效效應(yīng)應(yīng)的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)組組合合計(jì)計(jì)算算的的混混凝凝土土構(gòu)構(gòu)件件裂裂縫縫截截面面處處縱縱向向受受力力鋼鋼筋筋的的應(yīng)應(yīng)力力.受彎構(gòu)件：軸心受拉構(gòu)件：偏心受拉構(gòu)件：偏心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件：9.2.4最大大裂裂縫縫寬寬度度及及其其驗(yàn)驗(yàn)算算確定定最最大大裂裂縫縫寬寬度度的的方方法法最大大裂裂縫縫寬寬度度由由平均均裂裂縫縫寬寬度度乘乘以以““擴(kuò)擴(kuò)大大系系數(shù)數(shù)””得得到到?！啊皵U(kuò)大大系系數(shù)數(shù)”主主要要考考慮慮兩兩種種情情況況：：1）裂裂縫縫寬寬度度的的不不均均勻勻性性，，采采用用擴(kuò)擴(kuò)大大系系數(shù)數(shù)t；2）荷載載長長期期作作用用下下混混凝凝土土的的收收縮縮以以及及受受力力混混凝凝土土的的應(yīng)應(yīng)力力松松弛弛、、滑滑移移徐徐變變導(dǎo)導(dǎo)致致裂裂縫縫間間受受拉拉混混凝凝土土不不斷斷退退出出工工作作，，采采用用擴(kuò)擴(kuò)大大系系數(shù)數(shù)tl。最大大裂裂縫縫寬寬度度的的計(jì)計(jì)算算《規(guī)范范》規(guī)定定對(duì)對(duì)矩矩形形、、T形、、工工形形截截面面受受力力、、受受彎彎、、大大偏偏心心受受壓壓構(gòu)構(gòu)件件，，按按荷荷載載效效應(yīng)應(yīng)的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)組組合合并并考考慮慮長長期期作作用用的的影影響響，，最最大大裂裂縫縫寬寬度度公公式式為為最大大裂裂縫縫寬寬度度驗(yàn)驗(yàn)算算wlim－《規(guī)范范》規(guī)定定的的允允