第十一章 混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能.ppt

1、,同濟大學土木工程學院 顧祥林 ,第十一章 混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能,混凝土結(jié)構(gòu)基本原理,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,一、引言,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),二、構(gòu)件的裂縫控制,1. 裂縫的分類,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,

2、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,二、構(gòu)件的裂縫控制,2. 裂縫的成因,因施工程序不當而造成的受力裂縫,施工中的受力裂縫,施工期間的裂縫,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,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,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,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

3、腐蝕,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,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,二、構(gòu)件的裂縫控制,2. 裂縫的成因,嚴格要求不出現(xiàn)裂縫（一級）,荷載效應(yīng)標準組合下（短期效應(yīng)）混凝土中不產(chǎn)生拉應(yīng)力,二、構(gòu)件的裂縫控制,3. 正截面抗裂度驗算（以GB 50010為例）,一般要求不出現(xiàn)裂縫（二級）,荷載效應(yīng)標準（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,二、構(gòu)件的裂縫控制,3. 正截面抗裂度驗算（以GB 50010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

4、度，見教材表11-2,二、構(gòu)件的裂縫控制,3. 正截面抗裂度驗算（以GB 50010為例）,允許出現(xiàn)裂縫（三級）,對于環(huán)境類別為二a類的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，荷載效應(yīng)準永久組合下（長期效應(yīng)）混凝土受拉邊緣應(yīng)力尚應(yīng)滿足,二、構(gòu)件的裂縫控制,3. 正截面抗裂度驗算（以GB 50010為例）,混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境類別詳見教材表11-1,混凝土的主應(yīng)力,二、構(gòu)件的裂縫控制,4. 受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗算（以GB 50010為例）,混凝土的主拉應(yīng)力,一級,二級,tp0.85ftk,tp0.95ftk,二、構(gòu)件的裂縫控制,4. 受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗算（以GB 50010為例）,混凝土的主壓應(yīng)力,一級,二級,cp0

5、.60fck,二、構(gòu)件的裂縫控制,4. 受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗算（以GB 50010為例）,先張法應(yīng)考慮傳遞長度內(nèi)的實際應(yīng)力分布,二、構(gòu)件的裂縫控制,4. 受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗算（以GB 50010為例）,以軸心受拉為例,*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,先求出裂縫間距,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,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,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,三、橫向受力裂縫寬度的計

6、算,1. 粘結(jié)滑移理論,裂縫的間距,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,為了和受彎、偏心受壓、偏心受拉構(gòu)件相統(tǒng)一，定義：,有效配筋率,有效受 拉面積,于是，對軸拉、受彎、偏心受壓、偏心受拉構(gòu)件，平均裂縫間距的公式可統(tǒng)一寫成：,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,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,三、橫向受力裂縫寬度的計算,1. 粘結(jié)滑移理論,認為混凝土開裂后，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：,三、

7、橫向受力裂縫寬度的計算,2. 無滑移理論,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，按下述公式進行計算分析：,各系數(shù)由試驗分析確定,三、橫向受力裂縫寬度的計算,3. 粘結(jié)滑移與無滑移理論的結(jié)合,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB 50010）,水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,所采用的方法,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,te0.01時，取te=0.01,c65時，取c=65,軸拉kl=1.1；其它kl=1.0,光圓，取0.7；變形，取1.0,四、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,軸拉、偏心受拉kw=0.85；受彎偏心受壓kw=

8、0.77,四、裂縫寬度的實用計算方法,1. 半理論半經(jīng)驗的方法,按荷載準永久組合計算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋應(yīng)力或按荷載標準組合計算的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋應(yīng)力,鋼筋混凝土構(gòu)件,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,先張法,非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積,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,后張法,非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積,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

9、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,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！,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)擴大，取擴大系數(shù)為1.5,四、裂縫寬度的實用計算方法,1. 半理論半經(jīng)驗的方法,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,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

10、計算方法,由不同的規(guī)范根據(jù)具體的情況確定,五、裂縫寬度的控制,鋼筋混凝土純彎段截面抗彎剛度的特點 ：,*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),六、受彎構(gòu)件的變形與剛度,1. 截面抗彎剛度的特點,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),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,平均應(yīng)變,六、受彎構(gòu)件的變形與剛度,2. 短期剛度Bs,解析剛度法,GB 50010采用的就是上述公式，且有 ，于是：,六、受彎構(gòu)件的變形與剛度,2. 短期剛度Bs,恒+活中“恒”,基本概念,Ml,活中“活”,Ms,+,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,GB 50010,六、受彎構(gòu)件的變形與剛度,3. 荷載長期作用下的剛度,