混凝土結(jié)構(gòu)基本原理第十一章混凝土構(gòu)件的使

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)基本原理第1頁，共45頁。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期內(nèi)維持其安全性和適用性的能力第2頁，共45頁。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)第3頁，共45頁。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第4頁，共45頁。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樓板裂縫第5頁，共45頁。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第6頁，共45頁。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）變化引起的裂縫溫度區(qū)段氣溫升高時T第7頁，共45頁。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第8頁，共45頁。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)境酸類腐蝕第9頁，共45頁。二、構(gòu)件的裂縫控制

2.裂縫的成因使用期間的裂縫——荷載引起的裂縫斜裂縫?。〈怪绷芽p！縱向裂縫?。?！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算理論比較成熟。這也是下面所要介紹的主要內(nèi)容第10頁，共45頁。二、構(gòu)件的裂縫控制

3.正截面抗裂度驗算（以GB50010為例）嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫（一級）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)力第11頁，共45頁。二、構(gòu)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(xiàn)裂縫（二級）荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下（長期效應(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)小于混凝土抗拉強度第12頁，共45頁。二、構(gòu)件的裂縫控制

3.正截面抗裂度驗算（以GB50010為例）允許出現(xiàn)裂縫（三級）允許出現(xiàn)裂縫，但應(yīng)限制其寬度，見教材表11-1第13頁，共45頁。二、構(gòu)件的裂縫控制

4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗算（以GB50010為例）混凝土的主應(yīng)力第14頁，共45頁。二、構(gòu)件的裂縫控制

4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗算（以GB50010為例）混凝土的主拉應(yīng)力一級二級σtp≤0.85ftk

σtp≤0.95ftk

第15頁，共45頁。二、構(gòu)件的裂縫控制

4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗算（以GB50010為例）混凝土的主壓應(yīng)力一級二級σcp≤0.60fck

第16頁，共45頁。二、構(gòu)件的裂縫控制

4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗算（以GB50010為例）先張法應(yīng)考慮傳遞長度內(nèi)的實際應(yīng)力分布ltrltrpe第17頁，共45頁。三、橫向受力裂縫寬度的計算

1.粘結(jié)滑移理論以軸心受拉為例C*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第18頁，共45頁。三、橫向受力裂縫寬度的計算

1.粘結(jié)滑移理論裂縫的間距l(xiāng)lms（s

）smc（c

）cmAs粘結(jié)應(yīng)力的傳遞長度裂縫數(shù)量增加至一定數(shù)量時不再增加，但寬度不斷變化第19頁，共45頁。三、橫向受力裂縫寬度的計算

1.粘結(jié)滑移理論裂縫的間距ms(s)llsmc(c)cml（s+s）AssAsc=ftl（s+s）AssAsm第20頁，共45頁。三、橫向受力裂縫寬度的計算

1.粘結(jié)滑移理論裂縫的間距m

s

(s)llsmc(c)cml（s+s）AssAsc=ftl（s+s）AssAsm裂縫的平均間距第21頁，共45頁。三、橫向受力裂縫寬度的計算

1.粘結(jié)滑移理論裂縫的間距bhbfbf’bh0.5hhf’hf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，對軸拉和受彎構(gòu)件，平均裂縫間距的公式可統(tǒng)一寫成：第22頁，共45頁。三、橫向受力裂縫寬度的計算

1.粘結(jié)滑移理論裂縫的寬度裂縫處鋼筋的應(yīng)變C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)力第23頁，共45頁。三、橫向受力裂縫寬度的計算

2.無滑移理論認(rèn)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(guān)。*Broms（美）Base（英）等人通過試驗得出：C第24頁，共45頁。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(jié)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(jié)合起來，按下述公式進(jìn)行計算分析：C各系數(shù)由試驗分析確定第25頁，共45頁。四、裂縫寬度的實用計算方法

1.半理論半經(jīng)驗的方法《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010）《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》所采用的方法第26頁，共45頁。四、裂縫寬度的實用計算方法

1.半理論半經(jīng)驗的方法平均裂縫間距te<0.01時，取te=0.01c<20時，取c=20；c>65時，取c=65受彎kl=1.0；軸拉kl=1.1光圓，取0.7；變形，取1.0第27頁，共45頁。四、裂縫寬度的實用計算方法

1.半理論半經(jīng)驗的方法平均裂縫寬度kw=0.85第28頁，共45頁。四、裂縫寬度的實用計算方法

1.半理論半經(jīng)驗的方法預(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)注意開裂荷載的計算方法使混凝土中預(yù)應(yīng)力為0時的拉力c=0Np0先張法非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積第29頁，共45頁。四、裂縫寬度的實用計算方法

1.半理論半經(jīng)驗的方法預(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時的拉力Np0后張法非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積第30頁，共45頁。四、裂縫寬度的實用計算方法

1.半理論半經(jīng)驗的方法預(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NNN預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件（使用荷載下不帶裂縫）普通混凝土構(gòu)件（使用荷載下常帶裂縫）預(yù)應(yīng)力鋼筋Np0第31頁，共45頁。四、裂縫寬度的實用計算方法

1.半理論半經(jīng)驗的方法預(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！PPP不考慮損失的反拱值不考慮自重有效預(yù)應(yīng)力引起的反拱值考慮自重的反拱值下邊緣的應(yīng)力為0開裂進(jìn)入塑性承載力極限第32頁，共45頁。四、裂縫寬度的實用計算方法

1.半理論半經(jīng)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(dǎo)致裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，取擴(kuò)大系數(shù)為1.5第33頁，共45頁。四、裂縫寬度的實用計算方法

2.以數(shù)理統(tǒng)計分析為基礎(chǔ)的計算方法《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力橋涵設(shè)計規(guī)范》采用的方法受拉鋼筋的總周長第34頁，共45頁。五、裂縫寬度的控制

C由不同的《規(guī)范》根據(jù)具體的情況確定第35頁，共45頁。六、受彎構(gòu)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：M012IIIIII*隨著彎矩增大B不斷降低*短期荷載效應(yīng)時的撓度對應(yīng)短期剛度Bs*長期荷載效應(yīng)時的撓度對應(yīng)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(guān)的系數(shù)第36頁，共45頁。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)MkMk第37頁，共45頁。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MkAsh0sh01cc0h0Ass平均應(yīng)變第38頁，共45頁。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：第39頁，共45頁。六、受彎構(gòu)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flMlfs活中“活”Ms+第40頁，共45頁。六、受彎構(gòu)件的變形與剛度

3.荷載長期作用下的剛度定義：變形系數(shù)法GB50010第41頁，共45頁。六、受彎構(gòu)件的變形與剛度

4.受彎構(gòu)件的撓度計算最小剛度原則PPhl0BsM由不同的《規(guī)范》根據(jù)具體的情況確定第42頁，共45頁。六、受彎構(gòu)件的變形與剛度

5.基于彈性剛度的簡化計算參見教材中的相關(guān)內(nèi)容！第43頁，共45頁。六、受彎構(gòu)件的變形與剛度

6.預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件的變形驗算參見教材中的相關(guān)內(nèi)容！第44頁，共45頁。內(nèi)容梗概第十一章混凝土構(gòu)件的使用性能。第十一章混凝土構(gòu)件的使用性能?；炷恋氖湛s受到約束后產(chǎn)生的裂縫。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。拉、彎、剪、扭、粘結(jié)等引起的裂縫。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。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)件斜截面抗裂度驗算（以GB50010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。s(s)。c(