第九章 混凝土構(gòu)件的正常使用性能 (2)教材

Chapter9

DesignMethodon

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

、變形deflection的重要性；

掌握受彎構(gòu)件flexuremember裂縫寬度crackwidth

的驗(yàn)算方法；

掌握受彎構(gòu)件截面剛度sectionstiffness計(jì)算與變形驗(yàn)算方法。一、引言結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性reliabilityofstructualmember本章的主要內(nèi)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(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結(jié)構(gòu)構(gòu)件不滿足正常使用極限狀態(tài)(Limitstateofserviceability)對生命財(cái)產(chǎn)的危害性比不滿足承載能力極限狀態(tài)(Limitstateofcarryingcapacity)的要小，其相應(yīng)的目標(biāo)可靠指標(biāo)[b]值要小些，故稱正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，并在驗(yàn)算時采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值(Characteristicvalueofload)

、和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(StandardStrength)，結(jié)構(gòu)系數(shù)

0=1.0。一、引言標(biāo)準(zhǔn)組合CharacteristicCombination準(zhǔn)永久組合Quasi-permanentCombination一、引言二、裂縫的分類與成因施工期間產(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)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(fēng)、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(zhì)量二、裂縫的分類與成因混凝土的收縮受到約束后產(chǎn)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(shè)置伸縮縫；b.改善水泥性能；c.降低水灰比；d.加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。溫度裂縫temperaturecracks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。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(shí)性；b.加大保護(hù)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(shè)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(shè)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(yīng)鹽類腐蝕酸類腐蝕采取的措施：a提高密實(shí)性；b.采用優(yōu)質(zhì)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(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)容裂縫控制等級controlgradeofcracks嚴(yán)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(yàn)算裂縫的寬度1、概述overview三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算裂縫寬度計(jì)算理論粘結(jié)-滑移理論：

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

nosliptheory構(gòu)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(jié)—滑移理論和無滑移理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量試驗(yàn)結(jié)果得到的半理論半經(jīng)驗(yàn)公式。wmax的計(jì)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(jī)理建立理論公式，計(jì)算平均裂縫寬度wm按試驗(yàn)資料確定擴(kuò)大系數(shù)三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算

3、平均裂縫間距meancrackspacing三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)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(jì)算

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

但上式中，當(dāng)

趨于零時，裂縫間距也趨于零，這與實(shí)際不符。試驗(yàn)表明，當(dāng)

很小時，裂縫間距趨于某一常數(shù)，該數(shù)與鋼筋的保護(hù)層厚度以及鋼筋有效約束區(qū)有關(guān)。為此，對上式進(jìn)行如下修正：光圓，取0.7；變形，取1.0當(dāng)縱筋直徑不同時三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)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(gòu)件1.0三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算平均裂縫寬度wm等于構(gòu)件裂縫區(qū)段內(nèi)鋼筋的平均伸長與相應(yīng)水平處混凝土平均伸長的差值。——裂縫截面處縱向鋼筋的拉應(yīng)力——縱向鋼筋應(yīng)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(yīng)力可按裂縫截面處力的平衡條件求得軸心受拉構(gòu)件axialtensionmember——按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合計(jì)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(jì)算受彎構(gòu)件flexuremember——按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合計(jì)算的截面彎矩——截面有效高度 ——內(nèi)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(jì)算縱向鋼筋應(yīng)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(yīng)變的影響程度三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算

＜0.2時，?。?.2，當(dāng)＞1時?。?，對直接承受重復(fù)荷載的構(gòu)件?。?0.770.85三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)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(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1.5三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算wmax≤wlim注意事項(xiàng)：直接承受輕、中級吊車的構(gòu)件可將計(jì)算求得的最大裂縫寬度乘以0.85偏壓構(gòu)件當(dāng)e0/h0＜0.55的，試驗(yàn)表明最大裂縫寬度小于允許值，因此可不予驗(yàn)算對于斜裂縫寬度，當(dāng)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(yàn)算三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算最大裂縫寬度指受拉鋼筋合力位置的高度處構(gòu)件側(cè)表面的裂縫寬度，適用范圍為20mm≤cs≤65mm的情況保護(hù)層較厚的梁，設(shè)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(hù)層厚度提高混凝土強(qiáng)度在主筋與構(gòu)件表面間的保護(hù)層內(nèi)，設(shè)置鋼筋網(wǎng)片三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算撓度驗(yàn)算條件checkconditonofdeflection

fmax≤flim保證結(jié)構(gòu)的使用功能usingfunctions要求防止對結(jié)構(gòu)構(gòu)件structuralmember產(chǎn)生不良影響防止對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件non-structuralmember產(chǎn)生不良影響保證使用者的感覺在可接受的程度之內(nèi)主要從以下幾個方面考慮：四、受彎構(gòu)件的變形與剛度勻質(zhì)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(guān)deflectioncoefficient：relevanttoloadformandsupportconditon抗彎剛度flexuralstiffness反映了截面彎矩與曲率之間的物理關(guān)系抗彎剛度EI:

使截面產(chǎn)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(gòu)件的變形與剛度

1、混凝土受彎構(gòu)件變形計(jì)算的特點(diǎn)deformationcalculationfeatureofconcreteflexuremember

勻質(zhì)彈性材料梁的跨中撓度f為混凝土受彎構(gòu)件的跨中撓度f為

B仍稱為受彎構(gòu)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(yīng)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(gòu)件彎曲剛度B要比確定勻質(zhì)材料梁EI復(fù)雜。四、受彎構(gòu)件的變形與剛度四、受彎構(gòu)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(diǎn)：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(gòu)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(gòu)件的變形與剛度BmIIIIII

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

Bs幾何關(guān)系：物理關(guān)系：平衡關(guān)系：四、受彎構(gòu)件的變形與剛度平均應(yīng)變應(yīng)變綜合