模块一-项目四-.ppt

项目一、钢筋混凝土材料的选择与检测项目二、肋梁楼盖设计项目三、钢筋混凝土柱设计项目四、混凝土结构的适用性和耐久性模块一钢筋混凝土结构2024/5/21 周二1项目四混凝土结构的适用性和耐久性汪玲玲任务1:挠度和裂缝宽度验算任务2:预应力混凝土构件的认识任务3:混凝土结构的耐久性设计2024/5/21 周二2 受弯构件除应满足承载力要求外，必要时还需进行变形和裂逢宽度验算，以保证其不超过正常使用极限状态，确保结构构件的耐久性和正常使用。2024/5/21 周二3一、概述裂缝宽度和变形的验算应按下列规定进行:1、裂缝宽度验算：对于钢筋混凝土构件，按荷载效应标准组合，并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度Wmax不应超过规定的裂缝宽度限值Wlim，即 2024/5/21 周二4钢筋混凝土结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值wlim2024/5/21 周二52、变形验算：对于钢筋混凝土受弯构件，按荷载效应标准组合，并考虑长期作用影响 计算的最大挠度f不应超过规定的挠度限值，即 2024/5/21 周二6受弯构件的挠度限值 2024/5/21 周二7二、钢筋混凝土变形验算1、钢筋混凝土受弯构件截面刚度的特点随弯矩的增大而减小。这意味着，某一根梁的某一截面，当荷载变化而导致弯矩不同时，其弯曲刚度会随之变化，并且，即使在同一荷载作用下的等截面梁中，由于各个截面的弯矩不同，其弯曲刚度也会不同；随纵向受拉钢筋配筋率的减小而减小；荷载长期作用下，由于混凝土徐变的影响，梁的某个截面的刚度将随时间增长而降低。2024/5/21 周二82、刚度计算公式1）短期刚度BsAs受拉纵筋的截面面积；h0受弯构件截面有效高度 2024/5/21 周二9Es受拉纵筋的弹性模量 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数 当计算出的0.2时，取0.2当1.0时，取=1.0；2024/5/21 周二10 钢筋弹性模量Es与混凝土弹性模量Ec的比值，即 E=Es/Ec纵向受拉钢筋配筋率 受压翼缘截面面积与腹板有效截面面积的比值 2024/5/21 周二112）长期刚度B Mq 按荷载效应准永久组合计算的弯矩；考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数 2024/5/21 周二12对钢筋混凝土受弯构件当=0时，取 此处 为纵向受拉钢筋的配筋率；为纵向受压钢筋的配筋率 对于翼缘位于受拉区的倒T形截面，值应增大20%。2024/5/21 周二133、钢筋混凝土受弯构件的挠度计算 与荷载形式和支承条件有关的系数 简支梁承受均布荷载作用时=5/48 简支梁承受跨中集中荷载作用时=1/12=1/12 悬臂梁受杆端集中荷截作用时=1/3 f 2024/5/21 周二14解：2024/5/21 周二15满足要求 2024/5/21 周二164、裂缝计算（1）、钢筋混凝土受弯构件的裂缝有两种：一种是由于混凝土的收缩或温度变形引起的；另一种则是由荷载引起的。（2）影响裂缝宽度的主要因素纵向钢筋的应力。裂缝宽度与钢筋应力近似成线性关系；2024/5/21 周二17纵筋的直径。当构件内受拉纵筋截面相同时，采用细而密的钢筋，则会增大钢筋表面积，因而使粘结力增大，裂缝宽度变小；纵筋表面形状。带肋钢筋的粘结强度较光面钢筋大得多，可减小裂度宽度；纵筋配筋率。构件受拉区混凝土截面的纵筋配筋率越大，裂缝宽度越小；保护层厚度。保护层越厚，裂缝宽度越大。2024/5/21 周二18（3）裂缝宽度计算公式 2024/5/21 周二19c最外层纵向受拉钢筋的混凝土保护层厚度，当c20mm时，取c=20mm；当c65mm时，取c=65mm 受拉区纵向钢筋的等效直径 受拉区第i种钢筋的相对粘结特性系数 受拉区第 i 种钢筋的根数 受拉区第i种钢筋的公称直径 最大裂逢宽度限值 2024/5/21 周二20减小裂缝宽度的措施:增大钢筋截面积；在钢筋截面面积不变的情况下，采用较小直径的钢筋；采用变形钢筋；提高混凝土强度等级；增大构件截面尺寸；减小混凝土保护层厚度。2024/5/21 周二21例题2、某办公楼矩形截面简支楼面梁，计算跨度l0=6.0m，截面尺寸b h=200 450 mm，承受恒载标准值gk=16.55kN/m（含自重），活荷载标准值qk=2.7kN/m，纵向受拉钢筋为3 25，混凝土强度等级为C25，已知：=0.033，=162.9N/mm2，=0.885，裂缝宽度限值为0.3mm，试验算裂缝宽度。2024/5/21 周二22解：裂缝宽度满足要求 2024/5/21 周二23项目四混凝土结构的适用性和耐久性汪玲玲任务1:挠度和裂缝宽度验算任务2:预应力混凝土构件的认识任务3:混凝土结构的耐久性设计2024/5/21 周二24、预应力混凝土的分类 按对裂缝的要求分为全预应力混凝土和部份预应力混凝土两类。在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件，称为全预应力混凝土，属严格要求不出现裂缝的构件；允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，则称为部分预应力混凝土，属允许出现裂缝的构件。按粘结方式，分为有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土。2024/5/21 周二25从90年代开始，无粘结束技术已在我国的某些桥梁工程中得到应用，目前最大跨度可达到20m。无粘结预应力钢筋是将预应力钢筋的外表面涂以沥清、油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带、塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。2024/5/21 周二26由于混凝土的抗拉性能很差，使得钢筋混凝土构件出现了两个问题：1、钢筋混凝土受拉、受弯等构件通常带裂缝工作；2、为保证结构耐久性，必须限制裂缝宽度。继续思考：能否借助混凝土较高的抗压能力来弥补其抗拉能力的不足？二、预应力混凝土的基本原理2024/5/21 周二27预应力构件基本原理：预先在混凝土受拉区施加压应力，使其减小或抵消荷载引起的拉应力，将构件受到的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态，即可控制构件裂缝宽度，甚至可以使构件不产生裂缝。2024/5/21 周二282024/5/21 周二29三、预应力混凝土的特点1、抗裂性好2、节省材料、减轻构件自重3、能充分利用高强度材料4、提高构件的抗剪能力5、提高构件的抗疲劳能力其它：提高构件的跨越能力及刚度、减少变形、改善耐久性、增强抗渗性等。1、设计、计算比普通钢筋混凝土构件要复杂2、施工工艺多且复杂，质量要求较高，需要有专门的施工设备和技术条件。3、造价较高。注意：预应力混凝土不能提高构件的承载能力。当截面和材料相同时，预应力混凝土与普通钢筋混凝土受弯构件承载能力相同。优点：缺点：2024/5/21 周二30四、施加预应力的方法（1）、先张法先张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土的施工方法，称为先张法。主要工艺过程：张拉钢筋支模、浇筑混凝土并养护切断钢筋2024/5/21 周二31（2）后张法先浇筑混凝土，待混凝土硬化后，在构件上直接张拉预应力钢筋，这种施工方法称为后张法。主要工艺过程：浇筑混凝土构件，并在构件中预留孔道穿预应力钢筋并张拉钢筋锚固预应力钢筋并往孔道内压力灌浆。2024/5/21 周二321.先张法张拉钢筋张拉钢筋浇筑混凝土浇筑混凝土切断钢筋，混凝土预压切断钢筋，混凝土预压预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递2.后张法预应力由构件两端锚具实现浇筑混凝土构件浇筑混凝土构件穿预应力钢筋穿预应力钢筋锚固钢筋，孔道灌浆锚固钢筋，孔道灌浆比较先、后张法2024/5/21 周二33五、张拉控制应力con7.2 预应力混凝土构件一般规定1、在张拉预应力钢筋时所达到的规定应力，称为张拉控制应力，用 concon 表示2024/5/21 周二342、张拉控制应力concon对预应力混凝土构件预压效果的影响分析：如果如果 concon取值过低取值过低，则预应力钢筋经过各种损失后，对混，则预应力钢筋经过各种损失后，对混凝土产生的预压应力过小，预应力混凝土的效果不明显，因此凝土产生的预压应力过小，预应力混凝土的效果不明显，因此规范规范规定规定 concon不应小于不应小于0.40.4f f ptk ptk。2024/5/21 周二35张拉控制应力适当取高些是有利的，但不是越高越好。控制应力与预应力钢筋的强度设计值越接近时，构件的开裂弯矩与极限弯矩就越接近，构件延性就越差。2024/5/21 周二36当符合下列情况时，表中张拉控制应力限值或提高0.05fptk。1、要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区设置的预应力钢筋。2、要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉及预应力钢筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。张拉控制应力值均不应小于2024/5/21 周二37 如果con取得太高，可能出现下列问题：A、预应力钢筋已超过实际屈服强度而失去回缩能力，或已发生脆断现象。B、构件的开裂荷载与破坏荷载接近，使构件在破坏前无明显预兆，构件的延性较差。C、构件的反拱过大，或者预拉区产生裂缝影响正常使用。规范规定，在一般情况下，张拉控制应力con值不宜超过下表的限值。7.2 预应力混凝土构件一般规定2024/5/21 周二38六、预应力损失（1）张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l1 预应力损失共有以下六种：（2）预应力钢筋与孔道的摩擦引起的预应力损失 l2,（3）混凝土加热养护时，预应力钢筋与台座间温差引起的预应力损失 l3（只发生在采用蒸汽养护的先张法构件中）。2024/5/21 周二39（6）环形构件采用螺旋预应力筋时局部挤压引起的预应力损失 l6（后张法才有）。（5）混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 l5,（4）预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失 l4 2024/5/21 周二40七、预应力纵向钢筋的布置直线布置：跨度及荷载较小时，施工简单，后张法、后张法均可采用。曲线布置：跨度及荷载较大时，一般采用后张法施工。折线布置：适用于有倾斜的受拉边的梁，一般采用先张法施工。2024/5/21 周二41 非预应力纵向钢筋为防止构件在制作、运输、堆放或吊装过程中预拉区砼开裂或裂缝宽度过大，或在构件预拉区配置一定数量的非预应力纵向钢筋。2024/5/21 周二422024/5/21 周二43先张法构件1、预应力钢筋的配筋方式 并筋：预应力钢丝并筋不宜超过3根。2、预应力钢筋的净间距不应小于其公称直径或等效直径的1.5倍，且应符合下列规定：对热处理钢筋及钢丝，不应小于15mm，对三股钢绞线，不应小于20mm，对七股钢绞线，不应小于25mm。2024/5/21 周二443、构件端部加强措施（1）单根预应力钢筋：螺旋筋或支座垫板上的插筋（2）多根预应力钢筋：钢筋网（3）预应力钢丝配筋的薄板：加密横向钢筋。（4）槽形板：附加横向钢筋。（5)在构件端部可能产生裂缝的部位设置足够的非预应力纵向构造钢筋。2024/5/21 周二45三、后张法构件1.配筋要求 弯起预应力筋，曲率半径不宜小于4米，预压区和预拉区应设置纵向非预应力构造钢筋，弯折处加密箍筋或内侧设钢筋网片。2.预留孔道 预制构件与框架梁的区别 孔道内径与预应力筋内径的要求 灌浆孔或排气孔 起拱2024/5/21 周二463、构件端部加强措施（1）端部尺寸的加大（2）端部配置间接钢筋（附加箍筋或网片）（3）附加竖向焊接钢筋网、封闭式箍筋或其他形式的构造钢筋。（4）折线构造钢筋或其他形式的构造钢筋。（5)防锈措施2024/5/21 周二47项目四混凝土结构的适用性和耐久性汪玲玲任务1:挠度和裂缝宽度验算任务2:预应力混凝土构件的认识任务3:混凝土结构的耐久性设计2024/5/21 周二48一、影响耐久性的因素1.设计构造上的原因：钢筋的混凝土保护层厚度太小，钢筋的间距太大，沉降缝构造不正确，构件开孔洞的洞边配筋不当，隔热层、分隔层、防滑层处理不不当等；2.材料质量不合格；使用的水泥品种不当，如用矿渣水泥、加超量的粉煤灰、骨料颗粒级配不当，外加剂使用不当等；2024/5/21 周二493.施工质量低劣：支模不当，水灰比过大，使用含有氯离子的早强剂，海水搅拌混凝土，浇捣不密实，养护不当，快速冷却或干燥，温度太低等；4.环境中各种介质的侵蚀：CO2、SO2、H2SO3气体的侵蚀，有侵蚀性的水、硫酸盐及碱溶液的侵蚀等。2024/5/21 周二50二、结构工作环境类别 2024/5/21 周二51三、耐久性极限状态 以下一些状态可认为是达到耐久性极限状态 1、对于不允许钢筋锈蚀的构件和环境，混凝土保护层完全碳化，即钢筋脱钝的时间。不允许钢筋锈蚀的构件和环境有：预应力混凝土构件，低温环境，反复荷载作用，塑性铰区，采用钢丝作主要受力钢筋的构件，重要的、有纪念性的工程结构或建筑物。2024/5/21 周二52 2、钢筋锈蚀后截面损失率达到某一值，如15，可依耐久性等级而定。该极限状态可为一般混凝土结构采用，因为钢筋从脱钝到丧失承载力还有相当长的时间，钢筋截面损失15对结构承载力的影响还不是很严重。2024/5/21 周二533、结构或构件的可靠指标降低到某一允许值。随着时间的推移，因荷载的作用、环境变化引起的材料老化、损伤，结构材料的性能逐渐下降，结构可靠度随时间逐渐降低，失效概率逐渐增大。当可靠指标降低到不可接受的程度时，则认为达到了耐久性极限状态。但结构经过维修，其可靠度将提高。2024/5/21 周二54 4.徐变位移达到某一限值。徐变是混凝土的一项性质，有些结构甚至是重大结构因徐变过大而发生破坏，这也可认为是一种耐久性破坏。2024/5/21 周二55四、保证耐久性的措施1、最小保护层厚度2024/5/21 周二562、混凝土的要求2024/5/21 周二573、裂缝控制 根据结构构件所处的环境类别、钢筋种类对锈蚀的敏感性，以及荷载的作用时间，将裂缝控制分为三个等级。4、其他措施 对于结构中使用环境较差的构件，宜设计成可更换或易更换的构件。对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋环氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。采用有利于提高耐久性的高强混凝土 2024/5/21 周二58Thanks2024/5/21 周二59