水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)第十二章

1、水工大體積混凝土結(jié)水工大體積混凝土結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題構(gòu)設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題 第十二章 第節(jié) 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最小配筋率 第二節(jié) 溫度作用下混凝土抗裂性能驗(yàn)算 及溫度配筋 第三節(jié) 非桿件體系結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計(jì) 一一、結(jié)構(gòu)耐久性的重要性、結(jié)構(gòu)耐久性的重要性 水工鋼筋混凝土的特點(diǎn)： 1、結(jié)構(gòu)尺寸因穩(wěn)定（抗滑、傾、?。┗蜻\(yùn)用的需要所 決定，常為大體積結(jié)構(gòu)或塊體結(jié)構(gòu)。 2、按截面承載力計(jì)算所需的配筋率往往小于普通梁、 板、柱所規(guī)定的最小配筋率。但若按此最小配筋率 配筋，因截面尺寸很大，配筋量仍會(huì)很多。 3、水化熱大-溫度變形大-為限制溫度裂縫的寬度，需 要配置相當(dāng)數(shù)量的溫度鋼筋。 概述 4、結(jié)構(gòu)常浸沒(méi)在

2、水里，或承受水壓，或處于干濕交替 環(huán)境，又的還受凍融，沖刷或空蝕等作用。所以耐 久性為水工混凝土結(jié)構(gòu)的重要問(wèn)題。 5、水工建筑物結(jié)構(gòu)形體復(fù)雜，很多結(jié)構(gòu)為非桿件體系， 無(wú)法求出截面內(nèi)力，并按一般極限強(qiáng)度理論計(jì)算配 筋量。 所以本章專(zhuān)門(mén)針對(duì)以上的一些問(wèn)題進(jìn)行解決。 一一、最小配筋率規(guī)定的變革、最小配筋率規(guī)定的變革 水工水工96規(guī)范的最小配筋率規(guī)范的最小配筋率 1、對(duì)于一般的鋼筋混凝土構(gòu)件（板、梁、柱），縱向 受力鋼筋的配筋率不應(yīng)小于下表規(guī)定的數(shù)值。 2、對(duì)于截面厚度很大的受彎構(gòu)件（底板）及大偏心受 壓構(gòu)件（墩墻），其受拉鋼筋的最小配筋率可由下 表所列的基本最小配筋率乘以截面彎矩設(shè)計(jì)值與截 面受彎極

3、限承載力之比得出。即可按下式計(jì)算： 第一節(jié) 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最小配筋率 截面厚度很大的受彎構(gòu)件（底板）及大偏心受 壓構(gòu)件（墩墻）的受壓鋼筋可不受最小配筋率限制， 但對(duì)于墩墻的受壓區(qū)應(yīng)配置適量的構(gòu)造鋼筋。 截面尺寸很大的軸心受壓或小偏心受壓墩墻結(jié)構(gòu)， 其受壓鋼筋的最小配筋率 可由上表所列的基本最小 配筋率 乘以截面軸向壓力設(shè)計(jì)值與截面受壓極限 承載力之比得出，即： 3、截面尺寸由抗傾、抗滑、抗浮或布置等條件確 定的厚度大于5m的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如經(jīng)論證，其縱向受拉 鋼筋也可不受最小配筋率的限制，鋼筋截面面積按承載 力計(jì)算確定，但每米寬度內(nèi)的鋼筋截面面積不得小于 2500mm2。 二二、配置最小配筋

4、量的原因和確定最小配筋率、配置最小配筋量的原因和確定最小配筋率 的原則的原則 見(jiàn)見(jiàn)P376 三三、08規(guī)定的最小配筋率規(guī)定的最小配筋率 一一、概述、概述 大體積混凝土在硬結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的水化熱，-內(nèi) 外溫差過(guò)大表層產(chǎn)生拉應(yīng)力產(chǎn)生早期表層裂縫或 貫通性裂縫。 塊體升溫到最高后開(kāi)始降溫結(jié)構(gòu)底部的溫度變 形受到基巖或老混凝土的約束無(wú)法自由伸縮發(fā)生深 層的基礎(chǔ)裂縫。 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后外界溫度的變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)表層裂縫。 第二節(jié) 溫度作用下混凝土抗裂性驗(yàn)算 及溫度配筋 在大體積混凝土中，由溫度作用產(chǎn)生的應(yīng)力常比其 他的外荷載產(chǎn)生的總合還大。所以溫控計(jì)算就十分重 要。溫度問(wèn)題應(yīng)從控制溫度和改變約束兩方面解決。 用配置

5、鋼筋的辦法來(lái)防止溫度裂縫是不可行的。但 配置適當(dāng)?shù)臏囟蠕摻羁梢韵拗屏芽p開(kāi)展的寬度，有利 于減輕發(fā)生裂縫后的嚴(yán)重性。 溫控計(jì)算相當(dāng)困難和復(fù)雜，一般只對(duì)重要的大體積 混凝土才考慮溫度作用。較小的混凝土壩可以參照類(lèi) 似工程的經(jīng)驗(yàn)，做好溫控措施。 二二、混凝土的熱學(xué)性能指標(biāo)、混凝土的熱學(xué)性能指標(biāo) 溫控設(shè)計(jì)中用到的混凝土熱學(xué)性能指標(biāo)主要有： 1、比熱：1Kg的混凝土溫度升高1吸收的熱量 。 2、導(dǎo)熱系數(shù)：面積為1平方及厚度為1m的混凝土，當(dāng) 其兩側(cè)存在1度溫差時(shí)，在1h中傳導(dǎo)過(guò)來(lái)的熱量。 3、導(dǎo)溫系數(shù) 4、放熱系數(shù) 5、線(xiàn)膨脹系數(shù) 一般工程或初步設(shè)計(jì)時(shí)，可參考表12-3。 三三、澆筑溫度、水化熱絕熱溫升

6、及外界溫度、澆筑溫度、水化熱絕熱溫升及外界溫度 混凝土塊體的溫度場(chǎng)與塊體的澆筑溫度、本身的 水泥水化熱溫升以及外界介質(zhì)的溫度有關(guān)。 （一）澆筑溫度Tp 由混凝土的機(jī)口溫度加上運(yùn)輸澆筑過(guò)程中的溫度回 升而定。 （二）水化熱絕熱溫升 澆筑塊在硬結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)的水化熱計(jì)算公式參考12-5 到12-8。 （三）外界介質(zhì)溫度 主要指氣溫、水溫、表面日照輻射以及地溫等。 四四、混凝土塊體的溫度場(chǎng)計(jì)算、混凝土塊體的溫度場(chǎng)計(jì)算 大體積混凝土結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)可由熱傳導(dǎo)基本方程 求解。 根據(jù)結(jié)構(gòu)的邊界條件和初始條件，求解微分方程， 即可求得塊體的溫度場(chǎng)。邊界條件即混凝土塊體表 面與周?chē)橘|(zhì)的熱交換條件，初始條件為澆筑溫

7、度。 但是如果結(jié)構(gòu)形式和邊界條件比較復(fù)雜是，溫度場(chǎng) 的計(jì)算應(yīng)采用差分法或有限單元法。 五五、混凝土塊體的溫度應(yīng)力、混凝土塊體的溫度應(yīng)力 溫度作用下，由變形引起應(yīng)力。 溫度應(yīng)力分為兩種：1、自生應(yīng)力；2、約束應(yīng)力。 六六、混凝土的應(yīng)力松弛、混凝土的應(yīng)力松弛 應(yīng)力松弛：混凝土在保持應(yīng)變不變的條件下，應(yīng) 力隨時(shí)間的延續(xù)而衰減的現(xiàn)象。 七七、大體積混凝土抗裂驗(yàn)算、大體積混凝土抗裂驗(yàn)算 大體積混凝土結(jié)構(gòu)在溫度作用下的抗裂驗(yàn)算可按下 列公式進(jìn)行： 八八、鋼筋混凝土框架的溫度配筋、鋼筋混凝土框架的溫度配筋 目前工程界對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的溫度配筋設(shè) 計(jì)，有以下幾種處理方法： 1、認(rèn)為混凝土一旦開(kāi)裂，溫度應(yīng)力

8、自行松弛，無(wú)需專(zhuān) 門(mén)配置溫度鋼筋。 2、按經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)配置溫度鋼筋。 3、不考慮混凝土開(kāi)裂對(duì)溫度作用效應(yīng)的影響，將溫度 作用與其他外力荷載一樣對(duì)待和組合。 4、溫度計(jì)算時(shí)，考慮構(gòu)件開(kāi)裂后剛度的降低，對(duì)構(gòu)件 剛度降低的估計(jì)是經(jīng)驗(yàn)。 5、考慮混凝土的開(kāi)裂，按非線(xiàn)性矩陣分析程序經(jīng)多次 疊代后，求得外力荷載和溫度作用共同作用下的最 終內(nèi)力，并根據(jù)此配筋。 目前對(duì)水工中的非桿件體系結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計(jì)，主 要有以下3種方法： 1、對(duì)某些常用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，進(jìn)行了一定數(shù)量的實(shí)測(cè)試 驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)成果，總結(jié)出這類(lèi)結(jié)構(gòu)的極限承載力 配筋計(jì)算公式；但這只限于少數(shù)結(jié)構(gòu)，目前已有的 為深受彎構(gòu)件、牛腿、弧門(mén)支座等。 2、按彈性應(yīng)力

9、圖形面積計(jì)算鋼筋用量的方法，可通用 于所有非桿件體系。 3、按鋼筋混凝土非線(xiàn)性有限單元法，復(fù)核配筋結(jié)構(gòu)的 承載力和裂縫區(qū)域。 第三節(jié) 非桿件體系結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計(jì) 一一、按彈性應(yīng)力圖形面積配筋法、按彈性應(yīng)力圖形面積配筋法 先按彈性力學(xué)或通過(guò)模型試驗(yàn)得出結(jié)構(gòu)在工作 階段的彈性應(yīng)力，按其主拉應(yīng)力圖形面積，算出主 拉應(yīng)力的合力，按主拉力的全部或部分由鋼筋承擔(dān) 的原則，計(jì)算鋼筋用量。 二二、鋼筋混凝土有限元分析方法、鋼筋混凝土有限元分析方法 基本觀點(diǎn)：將一連續(xù)結(jié)構(gòu)離散化為有限個(gè)能滿(mǎn)足 一定連續(xù)性條件的單元，利用虛功原理，將單元的節(jié) 點(diǎn)荷載與單元的節(jié)點(diǎn)位移通過(guò)單元?jiǎng)偠染仃嚶?lián)系起 來(lái)，然后將結(jié)構(gòu)的全部節(jié)點(diǎn)整體

10、編號(hào)，歸并所有單元 的節(jié)點(diǎn)位移列陣和節(jié)點(diǎn)荷載列陣，分別組成整體位移 列陣和整體荷載列陣，再將所有單元?jiǎng)偠染仃嚰铣?整體剛度矩陣，得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程組。 結(jié)合邊界條件，解出整體節(jié)點(diǎn)位移，由整體節(jié)點(diǎn)位 移得到單元節(jié)點(diǎn)位移，再由單元節(jié)點(diǎn)位移求出所需的 單元應(yīng)力和單元應(yīng)變。 一一、概述、概述 跨高比 的鋼筋混凝土深梁、短梁和厚板， 應(yīng)按深受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)。此處，h為構(gòu)件的截面高度； 為計(jì)算跨度，對(duì)于深梁可取 兩者中的較 小值，對(duì)于短梁可取 兩者中的較小值， 在此 為支座中心線(xiàn)之間的距離， 為凈跨。 厚板的計(jì)算跨度l0可按照深梁和短梁的規(guī)定確定。 深受彎構(gòu)件的正截面應(yīng)變不符合平面假定。要按本 節(jié)的公式

11、計(jì)算。 工程上常將l0 /h2的簡(jiǎn)支梁或l0 /h2.5的連續(xù) 梁稱(chēng)為深梁；將2（或2.5) l0 /h5的梁稱(chēng)為短 梁。 第五節(jié) 深受彎構(gòu)件的計(jì)算和配筋 簡(jiǎn)支深受彎構(gòu)件的內(nèi)力可按一般簡(jiǎn)支梁計(jì)算。連續(xù) 深受彎構(gòu)件的內(nèi)力當(dāng) 時(shí)應(yīng)按彈性理論的 方法計(jì)算，當(dāng) 時(shí)可按一般連續(xù)梁用結(jié)構(gòu) 力學(xué)方法計(jì)算。 二二、深受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力計(jì)算、深受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力計(jì)算 深受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力應(yīng)按下式計(jì)算： 12-27 12-28 深受彎構(gòu)件的相對(duì)受壓區(qū)計(jì)算高度 可按下列 公式計(jì)算： 1、跨中截面： 2、支座截面： 深受彎構(gòu)件的截面受彎計(jì)算高度 可按下式計(jì)算： 12-29 12-30 12-3

12、1 設(shè)計(jì)時(shí)，可先按一般受彎構(gòu)件，取定 及計(jì)算 出 ，然后由式（12-31）求出 ，由式（12- 29）或式（12-30）求出 ，再將 或 代入 式（12-28）求出z，即可由式（12-27）求出所需 配筋截面積 。 三三、深受彎構(gòu)件的斜截面受剪承載力計(jì)算、深受彎構(gòu)件的斜截面受剪承載力計(jì)算 根據(jù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)截面尺寸、材料強(qiáng)度等條件相同 時(shí)，跨高比越小，混凝土能承受的受剪承載力就越 大；而且在跨高比較大時(shí)，抵抗剪力的鋼筋主要靠豎 向箍筋（或豎向分布鋼筋），當(dāng)跨高比較小時(shí)，則主 要靠水平箍筋（或水平分布鋼筋）受力。因此在深受 彎構(gòu)件中，常需要布置水平鋼筋和豎向鋼筋，兩者各 自的受剪承載力隨l0/h的變化

13、而彼此長(zhǎng)消。 （一）為避免發(fā)生斜壓破壞，深梁和短梁的截面尺寸（一）為避免發(fā)生斜壓破壞，深梁和短梁的截面尺寸 應(yīng)符合下列要求：應(yīng)符合下列要求： 截面受剪計(jì)算高度可按下式計(jì)算： （二）深梁和短梁的斜截面受剪承載力應(yīng)按下列公式（二）深梁和短梁的斜截面受剪承載力應(yīng)按下列公式 計(jì)算：計(jì)算： （三）承受分布荷載的實(shí)心厚板，其正截面受彎承載（三）承受分布荷載的實(shí)心厚板，其正截面受彎承載 力應(yīng)按下列公式計(jì)算：力應(yīng)按下列公式計(jì)算： 按上式計(jì)算的 四四、深受彎構(gòu)件的正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算、深受彎構(gòu)件的正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 （一）抗裂驗(yàn)算（一）抗裂驗(yàn)算 1、使用上不允許出現(xiàn)垂直裂縫的深受彎構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行抗 裂驗(yàn)算。其驗(yàn)算

14、公式可采用第八章式（8-7）和式 （8-8），但截面抵抗矩塑性系數(shù) 按附錄五表4 取用后，尚應(yīng)再乘以修正系數(shù) ar= ，此處當(dāng) 時(shí)，取 2、使用上要求不出現(xiàn)斜裂縫的深梁，應(yīng)滿(mǎn)足下式的要 求： （二）裂縫寬度驗(yàn)算（二）裂縫寬度驗(yàn)算 使用上要求限制裂縫寬度的深受彎構(gòu)件應(yīng)驗(yàn)算裂 縫寬度，按荷載效應(yīng)的短期組合（并考慮部分荷載 的長(zhǎng)期作用的影響）及長(zhǎng)期組合所求得的最大裂縫 寬度 不應(yīng)超過(guò)附錄五表2規(guī)定的允許值。其最大垂直 裂縫寬度可按第八章式（8-36)和式（8-37)計(jì)算, 但構(gòu)件受力特征系數(shù)取為: 且當(dāng) 時(shí),可不作驗(yàn)算。 （三（三) ) 擾度驗(yàn)算擾度驗(yàn)算 深受彎構(gòu)件可不進(jìn)行擾度驗(yàn)算。 五五、深受彎構(gòu)

15、件的配筋構(gòu)造、深受彎構(gòu)件的配筋構(gòu)造 （一）深梁（一）深梁 1、深梁的構(gòu)造尺寸 A、為了保證深梁的出平面穩(wěn)定，當(dāng)深梁的跨高比大于 1時(shí)，其高度比不宜大于25；當(dāng)深跨比小于1時(shí)，其 跨寬比不宜大于25。 B、為了將深梁的荷載通過(guò)與柱的交接面?zhèn)髦林е?改善深梁的受剪與局部受壓性能，支撐梁的柱宜延 伸至梁頂，形成為深梁的加勁肋。深梁的中面宜與 柱的中心線(xiàn)重合。 C、當(dāng)深梁的支承長(zhǎng)度滿(mǎn)足下列條件，可不進(jìn)行支座局 部受壓承載力計(jì)算。 2、深梁的縱向受拉鋼筋 A、深梁的下部縱向受拉鋼筋應(yīng)均勻地布置在下邊緣以 上0.2h的高度范圍內(nèi)，如下圖所示。 B、連續(xù)深梁和連續(xù)短梁中間支座截面上部縱向受拉鋼筋應(yīng) 按下圖規(guī)定的分段范圍和比例，在各段內(nèi)均勻布置。對(duì) 于連續(xù)深梁，可利用水平分布鋼筋作為縱向受拉鋼筋。 當(dāng)該段計(jì)算的配筋率大于水平分布鋼筋最小配筋率時(shí)， 超出部分應(yīng)配置附加水平鋼筋，并均勻配置在該段支座 兩邊離支座中點(diǎn)距離為 的范圍內(nèi)（下圖)。對(duì) 的連續(xù)深梁在中間支座以上0.2h-0.6h高度范圍內(nèi)總配 筋率不應(yīng)小于0.5%。 C、簡(jiǎn)支深梁或連續(xù)深梁的下部縱向受拉鋼筋應(yīng) 全部伸入支座，不得在跨中彎起或切斷?？v 向受拉鋼筋應(yīng)在端部沿水平方向彎折錨固 （如下圖），且錨固長(zhǎng)度不應(yīng)