混凝土結(jié)構(gòu)基本原理-第十一章--混凝土構(gòu)件的使用性能PPT課件

1、1,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,2,一、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,3,二、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),4,二、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

2、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,5,二、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,6,二、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,7,二、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,8,二、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,9,二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,使用期間的裂縫

3、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,10,二、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(jì)算理論比較成熟。這也是下面所要介紹的主要內(nèi)容,11,二、構(gòu)件的裂縫控制 3.正截面抗裂度驗(yàn)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,12,二、構(gòu)件的裂縫控制 3.正截面抗裂度驗(yàn)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

4、混凝土中可有拉力但應(yīng)小于混凝土抗拉強(qiáng)度,13,二、構(gòu)件的裂縫控制 3.正截面抗裂度驗(yàn)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11-1,14,二、構(gòu)件的裂縫控制 4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例,混凝土的主應(yīng)力,15,二、構(gòu)件的裂縫控制 4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例,混凝土的主拉應(yīng)力,一級,二級,tp0.85ftk,tp0.95ftk,16,二、構(gòu)件的裂縫控制 4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例,混凝土的主壓應(yīng)力,一級,二級,cp0.60fck,17,二、構(gòu)件的裂縫控制 4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)

5、算（以GB50010為例,先張法應(yīng)考慮傳遞長度內(nèi)的實(shí)際應(yīng)力分布,18,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論,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,19,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)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,20,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論,裂縫的間距,21,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論,裂縫的間距,22,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1.

6、粘結(jié)滑移理論,裂縫的間距,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,23,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)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,24,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)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(diǎn)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(yàn)得出,25,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 3. 粘接滑移與無滑移理論的結(jié)合,上述兩種理論和實(shí)際情況均有一定的差距，為此將二者

7、結(jié)合起來，按下述公式進(jìn)行計(jì)算分析,各系數(shù)由試驗(yàn)分析確定,26,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50010,水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,所采用的方法,27,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,平均裂縫間距,te0.01時，取te=0.01,c65時，取c=65,受彎kl=1.0；軸拉kl=1.1,光圓，取0.7；變形，取1.0,28,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,平均裂縫寬度,kw=0.85,29,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)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

8、本相同，但應(yīng)注意開裂荷載的計(jì)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,30,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)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,31,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)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,32,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)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,33,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法

9、 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,裂縫的最大寬度,由裂縫的統(tǒng)計(jì)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1.5,34,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 2. 以數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)的計(jì)算方法,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范采用的方法,受拉鋼筋的總周長,35,五、裂縫寬度的控制,由不同的規(guī)范根據(jù)具體的情況確定,36,六、受彎構(gòu)件的變形與剛度1. 截面抗彎剛度的特點(diǎn),鋼筋混凝土純彎段截面抗彎剛度的特點(diǎn),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),37,六、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),38,六、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,39,六、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,40,六、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,Ml,活中“活,Ms,41,六、受彎構(gòu)件的變形與剛度3. 荷載長期作用