第九章 混凝土構件的正常使用性能 (2)教材

Chapter9

DesignMethodon

LimitStateofServiceability本章重點(Emphasis)考慮構件裂縫crack

、變形deflection的重要性；

掌握受彎構件flexuremember裂縫寬度crackwidth

的驗算方法；

掌握受彎構件截面剛度sectionstiffness計算與變形驗算方法。一、引言結構構件的可靠性reliabilityofstructualmember本章的主要內容具有足夠的承載力bearing

capacity安全性Safety適用性Serviceability耐久性Durability在使用荷載workingload下不產生過大的裂縫和變形在一定時期內維持其安全性和適用性的能力結構構件不滿足正常使用極限狀態(tài)(Limitstateofserviceability)對生命財產的危害性比不滿足承載能力極限狀態(tài)(Limitstateofcarryingcapacity)的要小，其相應的目標可靠指標[b]值要小些，故稱正常使用極限狀態(tài)驗算，并在驗算時采用荷載標準值(Characteristicvalueofload)

、和材料強度標準值(StandardStrength)，結構系數(shù)

0=1.0。一、引言標準組合CharacteristicCombination準永久組合Quasi-permanentCombination一、引言二、裂縫的分類與成因施工期間產生的裂縫和使用期間產生的裂縫按裂縫的產生時間龜裂、橫向裂縫（與構件軸線垂直）、縱向裂縫、斜裂縫、八字裂縫、X形交叉裂縫等按裂縫的產生原因非受力因素產生的裂縫和受力因素產生的裂縫按裂縫的形態(tài)1.分類classification二、裂縫的分類與成因固體下沉，表面泌水而引起的。大風、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plasticcracks施工期間的裂縫cracksinconstructionperiod2.成因cause采取的措施：a.級配良好的骨料wellgradedaggregate

；b.控制水灰比watercementratio

；c.提高施工質量二、裂縫的分類與成因混凝土的收縮受到約束后產生的裂縫約束收縮裂縫constraintshrinkagecracks施工期間的裂縫cracksinconstructionperiod2.成因genesis采取的措施：a.設置伸縮縫；b.改善水泥性能；c.降低水灰比；d.加強養(yǎng)護。溫度裂縫temperaturecracks大體積混凝土中由于混凝土水化作用產生的水化熱使內外混凝土產生溫度差。采取的措施：a.對混凝土分層分塊；b.低熱水泥；二、裂縫的分類與成因使用期間的裂縫cracksinworkingperiod----鋼筋銹蝕corrosionofsteelbars引起的裂縫采取的措施：a.提高混凝土的密實性；b.加大保護層厚度二、裂縫的分類與成因使用期間的裂縫cracksinworkingperiod

----溫度（氣溫）變化引起的裂縫溫度區(qū)段氣溫升高

T采取的措施：設置伸縮縫setupexpansionjoint二、裂縫的分類與成因使用期間的裂縫cracksinworkingperiod----地基不均勻沉降引起的裂縫采取的措施：設置沉降縫setupsettlementjoint二、裂縫的分類與成因使用期間的裂縫cracksinworkingperiod

----外部環(huán)境引起的裂縫外部環(huán)境凍融循環(huán)作用堿骨料反應鹽類腐蝕酸類腐蝕采取的措施：a提高密實性；b.采用優(yōu)質骨料和低堿水泥二、裂縫的分類與成因使用期間的裂縫cracksinworkingperiod

----荷載引起的裂縫inclinedcracksverticalcrackslongitudialcracks拉、彎、剪、扭、粘結等引起的裂縫目前，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容裂縫控制等級controlgradeofcracks嚴格要求不出現(xiàn)裂縫一級二級三級一般要求不出現(xiàn)裂縫可以出現(xiàn)裂縫但要驗算裂縫的寬度1、概述overview三、橫向受力裂縫寬度的計算三、橫向受力裂縫寬度的計算裂縫寬度計算理論粘結-滑移理論：

bond-sliptheory裂縫寬度等于裂縫間距范圍內鋼筋和混凝土的變形差；無滑移理論：

nosliptheory構件表面裂縫寬度主要是由鋼筋周圍的混凝土回縮形成的；我國《規(guī)范》是建立在粘結—滑移理論和無滑移理論的基礎上，結合大量試驗結果得到的半理論半經(jīng)驗公式。wmax的計算方法calculationmethodof

wmax《規(guī)范》的思路：得到最大裂縫寬度wmax根據(jù)裂縫出現(xiàn)機理建立理論公式，計算平均裂縫寬度wm按試驗資料確定擴大系數(shù)三、橫向受力裂縫寬度的計算2、裂縫的出現(xiàn)和分布規(guī)律occuringanddistributionofcracks三、橫向受力裂縫寬度的計算ac(a)裂縫即將出現(xiàn)acb(b)第一批裂縫出現(xiàn)acb(c)裂縫的分布及開展裂縫相繼出現(xiàn)，第二條裂縫總是離第一條裂縫一定距離加載到一定階段后，不再出現(xiàn)新的裂縫－－－裂縫出齊裂縫的間距最終將穩(wěn)定在（lcr,min~2

lcr,min）之間，平均間距l(xiāng)cr可取1.5

lcr,min三、橫向受力裂縫寬度的計算2、裂縫的出現(xiàn)和分布規(guī)律occuringanddistributionofcracks

3、平均裂縫間距meancrackspacing三、橫向受力裂縫寬度的計算

3、平均裂縫間距meancrackspacing三、橫向受力裂縫寬度的計算bfbf’bh0.5hhf’hf有效配筋率有效受拉面積三、橫向受力裂縫寬度的計算

3、平均裂縫間距meancrackspacing當配筋率相同時，鋼筋直徑越細，裂縫間距越小，裂縫寬度也越??；采用變形鋼筋裂縫間距小。

但上式中，當

趨于零時，裂縫間距也趨于零，這與實際不符。試驗表明，當

很小時，裂縫間距趨于某一常數(shù)，該數(shù)與鋼筋的保護層厚度以及鋼筋有效約束區(qū)有關。為此，對上式進行如下修正：光圓，取0.7；變形，取1.0當縱筋直徑不同時三、橫向受力裂縫寬度的計算

te<0.01時，取te=0.01最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊距離，cs<20時，取cs=20；cs>65時，取cs=65軸拉取1.1；其他受力構件1.0三、橫向受力裂縫寬度的計算三、橫向受力裂縫寬度的計算平均裂縫寬度wm等于構件裂縫區(qū)段內鋼筋的平均伸長與相應水平處混凝土平均伸長的差值?！芽p截面處縱向鋼筋的拉應力——縱向鋼筋應變不均勻系數(shù)——裂縫間混凝土伸長對裂縫寬度的影響系數(shù)式中：4.平均裂縫寬度wmmeancrackwidth

wm裂縫截面處的鋼筋應力可按裂縫截面處力的平衡條件求得軸心受拉構件axialtensionmember——按荷載效應準永久組合計算的軸向拉力——受拉鋼筋總截面面積式中三、橫向受力裂縫寬度的計算受彎構件flexuremember——按荷載效應準永久組合計算的截面彎矩——截面有效高度 ——內力臂系數(shù)，可近似取為0.87式中三、橫向受力裂縫寬度的計算縱向鋼筋應變不均勻系數(shù)

系數(shù)的物理意義就是反映裂縫間受拉混凝土對縱向受拉鋼筋應變的影響程度三、橫向受力裂縫寬度的計算

＜0.2時，?。?.2，當＞1時?。?，對直接承受重復荷載的構件?。?0.770.85三、橫向受力裂縫寬度的計算裂縫間混凝土伸長對裂縫寬度的影響系數(shù)，受彎、偏壓取0.77；軸拉、偏拉取0.85.5、裂縫的最大寬度maximumwidthofcracks

由裂縫的統(tǒng)計特性，按95%的保證率考慮到長期荷載下，混凝土徐變影響導致裂縫繼續(xù)擴大，取擴大系數(shù)為1.5三、橫向受力裂縫寬度的計算wmax≤wlim注意事項：直接承受輕、中級吊車的構件可將計算求得的最大裂縫寬度乘以0.85偏壓構件當e0/h0＜0.55的，試驗表明最大裂縫寬度小于允許值，因此可不予驗算對于斜裂縫寬度，當配置受剪承載力所需的腹筋后，使用階段裂縫寬度一般小于0.2mm，可不驗算三、橫向受力裂縫寬度的計算最大裂縫寬度指受拉鋼筋合力位置的高度處構件側表面的裂縫寬度，適用范圍為20mm≤cs≤65mm的情況保護層較厚的梁，設置鋼筋網(wǎng)片會減小裂縫寬度，可乘以折減系數(shù)0.7減小鋼筋直徑、選擇帶肋鋼筋、增大鋼筋用量減小保護層厚度提高混凝土強度在主筋與構件表面間的保護層內，設置鋼筋網(wǎng)片三、橫向受力裂縫寬度的計算撓度驗算條件checkconditonofdeflection

fmax≤flim保證結構的使用功能usingfunctions要求防止對結構構件structuralmember產生不良影響防止對非結構構件non-structuralmember產生不良影響保證使用者的感覺在可接受的程度之內主要從以下幾個方面考慮：四、受彎構件的變形與剛度勻質彈性材料梁的跨中撓度

f

為：撓度系數(shù)：與荷載形式、支撐條件有關deflectioncoefficient：relevanttoloadformandsupportconditon抗彎剛度flexuralstiffness反映了截面彎矩與曲率之間的物理關系抗彎剛度EI:

使截面產生單位曲率所需要施加的彎矩體現(xiàn)了截面抵抗彎曲變形的能力四、受彎構件的變形與剛度

1、混凝土受彎構件變形計算的特點deformationcalculationfeatureofconcreteflexuremember

勻質彈性材料梁的跨中撓度f為混凝土受彎構件的跨中撓度f為

B仍稱為受彎構件的彎曲剛度flexuralstiffness，但由于混凝土是不均勻的非彈性材料inelasticmaterial，其變形模量deformationmodulus

E’c

隨截面應力增大而減小，而裂縫截面的慣性矩Ic也隨裂縫開展而顯著降低，加之混凝土材料具有比較明顯的徐變creep、收縮shrinkage等“時隨”特性，需考慮長期荷載的影響，因而確定鋼筋混凝土構件彎曲剛度B要比確定勻質材料梁EI復雜。四、受彎構件的變形與剛度四、受彎構件的變形與剛度鋼筋混凝土純彎段截面抗彎剛度B的特點：M

0

1

2IIIIII隨著彎矩moment增大B不斷降低

隨配筋率reinforcementratio的增大而增大

沿構件跨度，截面抗彎剛度是變化的隨加載時間的增加而減小*短期剛度short-termrigidity

Bs*考慮荷載長期作用影響的長期剛度

long-termrigidity

Bl(徐變、裂縫的不斷發(fā)展等等)四、受彎構件的變形與剛度BmIIIIII

OP適筋超筋少筋四、受彎構件的變形與剛度解析剛度法analyticalstiffnessmethod就平均應變而言符合平截面假定planesectionassumptionMqMq2.短期剛度short-termrigidity

Bs幾何關系：物理關系：平衡關系：四、受彎構件的變形與剛度平均應變應變綜合