鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫和變形(12)課件

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理第第8 8章章 鋼筋混凝土構(gòu)件鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度裂縫寬度和和撓度撓度驗(yàn)算驗(yàn)算教師：張茂雨教師：張茂雨本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) 了解受彎構(gòu)件豎向彎曲裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展過(guò)程；了解受彎構(gòu)件豎向彎曲裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展過(guò)程；掌握掌握受彎構(gòu)件裂縫寬度的驗(yàn)算方法；受彎構(gòu)件裂縫寬度的驗(yàn)算方法；掌握掌握受彎構(gòu)件截面剛度計(jì)算與變形驗(yàn)算方法。受彎構(gòu)件截面剛度計(jì)算與變形驗(yàn)算方法。F1.1 1.1 裂縫成因裂縫成因垂直裂縫！垂直裂縫！縱向裂縫！縱向裂縫！1.概述概述A A、截面突變、截面突變應(yīng)力集中應(yīng)力集中B B、施加預(yù)應(yīng)力不當(dāng)（偏心、應(yīng)力過(guò)大）、施加預(yù)應(yīng)力不當(dāng)（偏心、應(yīng)力過(guò)大）C

2、C、構(gòu)造鋼筋過(guò)少或過(guò)粗、構(gòu)造鋼筋過(guò)少或過(guò)粗D D、設(shè)計(jì)中未考慮混凝土收縮、徐變因素、設(shè)計(jì)中未考慮混凝土收縮、徐變因素E E、采用的混凝土等級(jí)過(guò)高、采用的混凝土等級(jí)過(guò)高-用灰量過(guò)大，對(duì)收縮不利用灰量過(guò)大，對(duì)收縮不利A A、集料含泥量過(guò)大，級(jí)配不良或者采用不當(dāng)?shù)拈g斷級(jí)配、集料含泥量過(guò)大，級(jí)配不良或者采用不當(dāng)?shù)拈g斷級(jí)配-收縮過(guò)大收縮過(guò)大B B、外加劑、摻和料選擇不當(dāng)、外加劑、摻和料選擇不當(dāng)C C、水泥品種原因（比如礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大）、水泥品種原因（比如礦渣硅酸鹽水泥收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大）D D、混凝土等級(jí)越高，混凝土越脆、混凝土等級(jí)越高，混凝土越脆E E、配合比等原因、

3、配合比等原因設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)原原因因材材料料原原因因A A、振搗不當(dāng)影響混凝土的密實(shí)性和均勻性、振搗不當(dāng)影響混凝土的密實(shí)性和均勻性B B、大體積混凝土工程，操作流程缺少，表面易收縮裂縫；、大體積混凝土工程，操作流程缺少，表面易收縮裂縫； 降溫及保溫措施不夠，產(chǎn)生溫度裂縫降溫及保溫措施不夠，產(chǎn)生溫度裂縫C C、現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)不到位，早期脫水，收縮裂縫、現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)不到位，早期脫水，收縮裂縫D D、模板支模、拆除不當(dāng)，引起裂縫、模板支模、拆除不當(dāng)，引起裂縫A A、基礎(chǔ)不均勻沉降、基礎(chǔ)不均勻沉降B B、荷載超荷、荷載超荷C C、環(huán)境，如酸、堿、鹽的侵蝕、環(huán)境，如酸、堿、鹽的侵蝕D D、火災(zāi)、輕度地震等意外事故、火災(zāi)、

4、輕度地震等意外事故E E、溫度裂縫、溫度裂縫施施工工及及養(yǎng)養(yǎng)護(hù)護(hù)原原因因使使用用原原因因溫度區(qū)段氣溫升高時(shí)T1.概述概述123鋼筋銹蝕導(dǎo)致裂縫鋼筋銹蝕導(dǎo)致裂縫v構(gòu)件的裂縫寬度和撓度驗(yàn)算屬于正常使用極限狀態(tài)。構(gòu)件的裂縫寬度和撓度驗(yàn)算屬于正常使用極限狀態(tài)。v撓度過(guò)大影響使用功能，不能保證適用性撓度過(guò)大影響使用功能，不能保證適用性;而裂縫寬度過(guò)大，則同時(shí)影響使用功能和耐久性。而裂縫寬度過(guò)大，則同時(shí)影響使用功能和耐久性。裂縫裂縫荷載引起的裂縫：荷載引起的裂縫：非荷載引起的裂縫：非荷載引起的裂縫：由材料收縮、溫度變化、鋼由材料收縮、溫度變化、鋼筋銹蝕后體積增大、地基不筋銹蝕后體積增大、地基不均勻沉降等產(chǎn)

5、生的裂縫。均勻沉降等產(chǎn)生的裂縫。(約占約占80%)與構(gòu)件的受力特征有關(guān)。與構(gòu)件的受力特征有關(guān)。(約占約占20%)1.概述概述NkNkNkNkNkNke0e0Tk(a)(b)(c)(e)(d)TkMkMk（a)軸心受拉軸心受拉；(b)偏心受拉偏心受拉；(c)偏心受壓偏心受壓；(d)受彎和受剪受彎和受剪；(e)受扭。受扭。1.概述概述通常，裂縫寬度和撓度一般可分別用控制通常，裂縫寬度和撓度一般可分別用控制最大鋼筋直徑最大鋼筋直徑和和最大跨高比最大跨高比來(lái)控制，只有在構(gòu)件截面尺寸小、鋼筋應(yīng)力大時(shí)進(jìn)來(lái)控制，只有在構(gòu)件截面尺寸小、鋼筋應(yīng)力大時(shí)進(jìn)行驗(yàn)算。行驗(yàn)算。為防止溫度應(yīng)力過(guò)大引起的開(kāi)裂，規(guī)定了伸縮為防

6、止溫度應(yīng)力過(guò)大引起的開(kāi)裂，規(guī)定了伸縮縫之間的縫之間的最大間距最大間距。為防止由于鋼筋周圍混凝土過(guò)快地碳化失去為防止由于鋼筋周圍混凝土過(guò)快地碳化失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，出現(xiàn)銹脹引起的沿鋼對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，出現(xiàn)銹脹引起的沿鋼筋縱向的裂縫，規(guī)定了鋼筋的混凝土保護(hù)筋縱向的裂縫，規(guī)定了鋼筋的混凝土保護(hù)層的層的最小厚度最小厚度。非荷載引起非荷載引起的裂縫的裂縫1.概述概述v 與承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)相比，正常使用極限狀與承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)相比，正常使用極限狀 態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)可靠度可以相對(duì)較低。態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)可靠度可以相對(duì)較低。C結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求的規(guī)定限值規(guī)定限值、裂、裂縫寬度和

7、變形限值?？p寬度和變形限值。v 裂縫寬度和變形的驗(yàn)算表達(dá)式如下：裂縫寬度和變形的驗(yàn)算表達(dá)式如下：SC8-1S 結(jié)構(gòu)構(gòu)件按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)永久組結(jié)構(gòu)構(gòu)件按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)永久組合或標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響得到的合或標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響得到的裂裂縫寬度或變形值縫寬度或變形值；式中式中1.概述概述niiciSSSS2kQQ1kGkk8-2荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合為：荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合為：niiqiqSSS1kQGk8-3荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合為：荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合為：在進(jìn)行荷載效應(yīng)計(jì)算時(shí)，荷載組合有兩種情況：在進(jìn)行荷載效應(yīng)計(jì)算時(shí)，荷載組合有兩種情況：1.概述概述裂縫的控制等級(jí)分為三級(jí)，

8、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)裂縫的控制等級(jí)分為三級(jí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行裂縫寬度的驗(yàn)算。行裂縫寬度的驗(yàn)算。2.1 2.1 驗(yàn)算公式驗(yàn)算公式8-4limmaxww按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合并考慮長(zhǎng)期作用影響計(jì)按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合并考慮長(zhǎng)期作用影響計(jì)算的最大裂縫寬度；算的最大裂縫寬度；maxw最大裂縫寬度的限值。對(duì)此建筑工程、公路最大裂縫寬度的限值。對(duì)此建筑工程、公路橋涵工程有不同的要求。橋涵工程有不同的要求。limw2.裂縫寬度驗(yàn)算裂縫寬度驗(yàn)算2.2 2.2 wmax的計(jì)算方法的計(jì)算方法規(guī)范的思路：規(guī)范的思路：得到最大裂縫寬度得到最大裂縫寬度wmax若干假定若干假定根據(jù)裂縫出現(xiàn)機(jī)理根據(jù)裂縫出現(xiàn)機(jī)理建立理論公

9、式，計(jì)算平均裂縫寬度建立理論公式，計(jì)算平均裂縫寬度wm按試驗(yàn)資料確定擴(kuò)大系數(shù)按試驗(yàn)資料確定擴(kuò)大系數(shù)2.裂縫寬度驗(yàn)算裂縫寬度驗(yàn)算當(dāng)當(dāng) c ftk，在某一薄弱環(huán)節(jié)第一條裂縫出現(xiàn)，由于鋼筋在某一薄弱環(huán)節(jié)第一條裂縫出現(xiàn)，由于鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)，混凝土應(yīng)力逐漸增加至和混凝土之間的粘結(jié)，混凝土應(yīng)力逐漸增加至ftk出現(xiàn)第二批出現(xiàn)第二批裂縫，一直到裂縫之間的距離近到不足以使粘結(jié)力傳遞至混裂縫，一直到裂縫之間的距離近到不足以使粘結(jié)力傳遞至混凝土達(dá)到凝土達(dá)到ftk完成裂縫出現(xiàn)的全部過(guò)程。完成裂縫出現(xiàn)的全部過(guò)程。出現(xiàn)出現(xiàn)當(dāng)荷載繼續(xù)增加到當(dāng)荷載繼續(xù)增加到Nk，在一個(gè)裂縫間距范圍內(nèi)由鋼筋在一個(gè)裂縫間距范圍內(nèi)由鋼筋與

10、混凝土應(yīng)變差的累積量，即形成了裂縫寬度。與混凝土應(yīng)變差的累積量，即形成了裂縫寬度。開(kāi)展開(kāi)展A. 裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展2.裂縫寬度驗(yàn)算裂縫寬度驗(yàn)算Ncr+N211Ncr+N 分布ftksmss(b)(c)(d)(e)1230.01 sq=Mq/(0.87Ash0)=155.25MPaftk=1.54MPa,Ec=25500MPa, =1.1-0.65*1.54/(155.25*0.0134)=0.61880.2且且0.01 sk=Mk/(0.87Ash0)=232.8MPaftk=1.54MPa,Ec=25500MPa, =1.1-0.65*1.54/(232.8*0.0134)=0

11、.7790.2且且1.0wmax= 2.1*0.779*232.8/200000*(1.9*25+0.08*16/0.0134) =0.27mm例例8-102規(guī)范規(guī)范鋼筋混凝土梁的撓度與彎矩的關(guān)系是非線性的。鋼筋混凝土梁的撓度與彎矩的關(guān)系是非線性的。21(a)Maf0(b)EI2EI(B)M01線性；線性；2非線性。非線性。3.受彎構(gòu)件撓度計(jì)算受彎構(gòu)件撓度計(jì)算sBMrhrs0smcm11rEIM1rMEI1c20scmEbhMss0ssmEAhMrMsocoaacsash0MsbblcrfE20sss5.3162.015.1rhAEB8-230fff)(bhhbbr式中：式中：A.A.短期剛度

12、短期剛度Bs的計(jì)算的計(jì)算3.受彎構(gòu)件撓度計(jì)算受彎構(gòu)件撓度計(jì)算系數(shù)系數(shù)BlMaq2f 長(zhǎng)期剛度長(zhǎng)期剛度B.B.長(zhǎng)期剛度長(zhǎng)期剛度B的計(jì)算的計(jì)算3.受彎構(gòu)件撓度計(jì)算受彎構(gòu)件撓度計(jì)算撓度撓度 SBB 8-25Mq荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合計(jì)算的彎矩值；荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合計(jì)算的彎矩值； 撓度增大系數(shù)，撓度增大系數(shù)， =2.0 0.4 / ；Bs按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算的短期剛度，按式按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算的短期剛度，按式(8-23)計(jì)算。計(jì)算。v受彎構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下，沿長(zhǎng)度方向的剛度是變化的。受彎構(gòu)件在正常使用狀態(tài)下，沿長(zhǎng)度方向的剛度是變化的。v取同一彎矩符號(hào)區(qū)段內(nèi)的最小剛度作為等剛度，按材料力學(xué)取同一彎矩符號(hào)區(qū)

13、段內(nèi)的最小剛度作為等剛度，按材料力學(xué)的方法計(jì)算。的方法計(jì)算。B1minBBminMBminMlmaxBAgk+qk(a)(b)-+gk+qkBminBmin(a)(b)C.C.最小剛度原則最小剛度原則3.受彎構(gòu)件撓度計(jì)算受彎構(gòu)件撓度計(jì)算v提高剛度的有效措施提高剛度的有效措施h0 v或或As 增加增加 ，或提高混凝土等級(jí)或提高混凝土等級(jí)D.D.減小撓度的措施減小撓度的措施u設(shè)置受壓鋼筋設(shè)置受壓鋼筋 u采用預(yù)應(yīng)力采用預(yù)應(yīng)力3.受彎構(gòu)件撓度計(jì)算受彎構(gòu)件撓度計(jì)算 = 1 MGk / Mk MGk永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩產(chǎn)生的彎矩Mk荷載短期效應(yīng)組合荷載短期效應(yīng)組合產(chǎn)生的彎矩產(chǎn)生的彎矩l0

14、/h03020100.40.81.21.62.0(%)=1.0E.E.圖表法圖表法3.受彎構(gòu)件撓度計(jì)算受彎構(gòu)件撓度計(jì)算0202規(guī)范另一規(guī)范另一種方法種方法4.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性一、耐久性極限狀態(tài)一、耐久性極限狀態(tài)1.對(duì)于不允許鋼筋銹蝕的構(gòu)件和環(huán)境對(duì)于不允許鋼筋銹蝕的構(gòu)件和環(huán)境,混凝土保護(hù)層完混凝土保護(hù)層完全全碳化碳化,即鋼筋脫鈍的時(shí)間即鋼筋脫鈍的時(shí)間2.鋼筋銹蝕后截面損失率達(dá)到某一值，如鋼筋銹蝕后截面損失率達(dá)到某一值，如1%5%（按等（按等級(jí)確定）級(jí)確定）3.結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可靠度指標(biāo)降低到某一允許值結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可靠度指標(biāo)降低到某一允許值4.徐變位移達(dá)到某一限值徐變位移達(dá)到某一限值注意注意: :新規(guī)范對(duì)該部分的修改，詳見(jiàn)新規(guī)范對(duì)該部分的修改，詳見(jiàn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)