《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》 第2版 課件 第8章 混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞驗算

混凝土結(jié)構(gòu)基本原理

FundamentalsofConcreteStructure第8章混凝土受彎構(gòu)件的疲勞驗算主講：王海軍教授

許多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承受重復荷載的作用，如鋼筋混凝土吊車梁受到重復荷載的作用，道橋受到車輛振動的影響，混凝土基礎受到汽錘的重復沖擊，港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪沖擊等。對于這類結(jié)構(gòu)的設計，需要考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞強度問題。

疲勞驗算時，荷載應取用標準值，對吊車荷載尚應乘以動力系數(shù)，吊車荷載的動力系數(shù)按現(xiàn)行國家標準《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50008-2012的規(guī)定取用；對跨度不大于12m的吊車梁，可取用一臺最大吊車荷載?；炷猎谥貜秃奢d作用下的應力-應變曲線混凝土在荷載重復作用下引起的破壞稱為疲勞破壞。疲勞強度：荷載重復作用下使應力應變曲線始終保持密合直線的最大應力值；8.1混凝土和鋼筋的疲勞性能8.1.1混凝土的疲勞性能應力大小應力幅疲勞強度影響疲勞應力比值計算公式：?請回答！混凝土的疲勞強度用疲勞試驗測定。采用100×100×300mm或150×150×450mm的棱柱體，將試件在200萬次或其以上的循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應力值稱為混凝土的疲勞抗壓強度，以fcf表示?；炷恋妮S心抗壓疲勞強度設計值、軸心抗拉疲勞強度設計值可由其相應的靜載強度設計值乘以疲勞強度修正系數(shù)γp確定。γp

與疲勞應力比ρcf

有關，應力比越大，修正系數(shù)越大。疲勞強度：鋼筋在周期性重復動荷載作用下，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)后，鋼材的破壞特征將從塑性破壞變成脆性斷裂，這種破壞稱為鋼筋的疲勞破壞。低于靜力荷載下鋼筋的極限強度，有時還低于屈服強度。鋼筋的疲勞強度是指在規(guī)定應力幅內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)（我國規(guī)定200萬次）循環(huán)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應力值。8.1.2鋼筋的疲勞性能①疲勞應力幅是影響鋼筋疲勞強度的主要因素。鋼筋疲勞強度受到許多因素的影響。普通鋼筋預應力鋼筋②最小應力值大小對疲勞強度有重要影響。③鋼筋外表面的幾何尺寸和鋼筋直徑等也都有一定的影響。④焊接對鋼筋疲勞強度也有明顯的影響。鋼筋的疲勞強度和疲勞壽命常用應力幅

和應力循環(huán)次數(shù)n的關系曲線來表示，稱為

-n曲線《規(guī)范》考慮鋼筋疲勞應力比的鋼筋疲勞應力幅限值如表：

§8.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的疲勞驗算1、基本假定8.2.1正截面疲勞驗算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件疲勞驗算包括正截面和斜截面?！簪?/p>

平截面假定◆②受壓區(qū)混凝土的法向應力圖形為三角形；◆③不考慮受拉區(qū)混凝土的抗拉強度，拉應力全部由鋼筋承受；◆④采用換算截面計算，鋼筋截面面積換算為混凝土截面面積的換算系數(shù)取鋼筋彈性模量與混凝土疲勞變形模量的比值，即

2.基本計算公式根據(jù)基本假定，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面疲勞的計算應力圖形如圖。①受壓區(qū)邊緣纖維混凝土的最大應力應符合下列條件：（8-3）—疲勞驗算時考慮相應荷載組合下產(chǎn)生的最大彎矩值；—疲勞驗算時與驗算彎矩相應方向的換算截面的受壓區(qū)高度；—疲勞驗算時與驗算彎矩相應方向的換算截面的慣性矩；—混凝土軸心抗壓疲勞強度設計值②縱向受拉鋼筋應力幅應符合下列條件：（8-5）—鋼筋疲勞應力幅限值，按表8-4和表8-5取用；—疲勞驗算時受拉區(qū)第i層縱向鋼筋的應力幅；

（8-8）其中式中

——疲勞驗算時同一截面上在相應荷載組合下產(chǎn)生的最大彎矩值

和最小彎矩值；

——分別由和引起相應截面受拉區(qū)第i層縱向鋼筋的應力；

——與驗算彎矩和相應方向的截面受壓區(qū)邊緣至受拉區(qū)第I

層縱向鋼筋截面重心的距離。8.2.2斜截面疲勞驗算

1.斜截面疲勞破壞特征斜截面的疲勞破壞與靜載作用下的破壞相似，隨著剪跨比不同，也大致分為斜壓破壞、剪壓破壞和斜拉破壞。①配置箍筋的梁，斜裂縫出現(xiàn)前，箍筋應變和應力很??；斜裂縫出現(xiàn)后，混凝土退出工作而導致穿過斜裂縫的箍筋應變和應力急劇增大，而分配給混凝土承擔的剪力卻隨荷載重復次數(shù)的增加而降低，發(fā)生了明顯的應力重分布。應力重分布的結(jié)果是加重了箍筋的負擔。當重復荷載增大到使箍筋應力接近其疲勞應力幅限值時，首先在腹板中部穿過斜裂縫的某肢箍筋產(chǎn)生疲勞斷裂。以后，隨著荷載重復次數(shù)的繼續(xù)增加，箍筋逐根疲勞斷裂．最后導致梁發(fā)生疲勞破壞。梁從斜截面第一根箍筋疲勞斷裂后到完全破壞，一般要經(jīng)歷數(shù)萬次到數(shù)十萬次的過程，并不斷產(chǎn)生應力重分布。2.影響斜截面疲勞強度的因素凡影響斜截面靜力受剪承載力的因素（如剪跨比、混凝土強度、縱向鋼筋抗拉強度和配筋率、箍筋抗拉強度和配筋率、截面尺寸和形狀等），都將影響斜截面疲勞強度。此外，荷載重復次數(shù)及荷載水平也將影響斜截面疲勞強度②配置有箍筋和彎起鋼筋的構(gòu)件，在多次重復荷載作用下，在通常情況下，彎起鋼筋的應力幅大于相應的箍筋應力幅。因此，彎起鋼筋往往先于箍筋發(fā)生疲勞斷裂。因此，不提倡采用彎起鋼筋作為抵抗斜截面疲勞的鋼筋。3.斜截面疲勞應力計算和疲勞強度驗算對僅配有箍筋的構(gòu)件，因受拉區(qū)混凝土不參加工作，故中和軸處的主拉應力等于中和軸處的剪應力（8-14）式中——疲勞驗算時取用的剪力；

b——矩形截面寬度、T形或I形截面的腹板寬度；

——受壓區(qū)合力點至受拉鋼筋合力點的距離疲勞強度驗算，分兩種情況：①對于中和軸處的混凝土剪應力符合公式（8-15）要求的區(qū)段，其剪應力全部由混凝土承受。（8-15）式中——混凝土軸心抗拉疲勞強度設計值；

——疲勞驗算時在相應荷載組合下構(gòu)件驗算截面的最大剪力值②對于中和軸處的混凝土剪應力不符合式（8-15）要求的區(qū)段，其剪應力由箍筋和混凝土共同承受。箍筋的疲勞應力幅應符合：（8-17）式中——箍筋疲勞應力幅限值；——疲勞驗算時的箍筋應力幅，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面上箍筋的應力幅應按下列公式計算（8-18）（8-19）（8-20）——疲勞驗算時構(gòu)件驗算截面的最大剪力幅值