钢筋混凝土正常使用极限.pptx

水工混凝土结构水工混凝土结构授课教师：第八章第八章 混凝土构件正常使用极限状态验算混凝土构件正常使用极限状态验算结构结构的可的可靠性靠性本章内容本章内容8.1.1 8.1.1 正常使用极限状态的要求正常使用极限状态的要求 安全性：具有足够的承载力安全性：具有足够的承载力 前述章节内容前述章节内容 适用性：使用荷载下的适用性：使用荷载下的容许裂缝容许裂缝和和变形变形 耐久性：能保证安全性和适用性的时间耐久性：能保证安全性和适用性的时间 为保证结构的安全，所有结构构件都应进行为保证结构的安全，所有结构构件都应进行承载能力承载能力极限状态极限状态的计算。同时为保证结构的正常使用和使用时间的计算。同时为保证结构的正常使用和使用时间，结构还应进行，结构还应进行正常使用极限状态正常使用极限状态的验算（的验算（变形变形、抗裂度抗裂度和和裂缝宽度裂缝宽度等）以保证结构的适用性和耐久性。等）以保证结构的适用性和耐久性。结构构件不满足正常使用极限状态所造成的危害性比结构构件不满足正常使用极限状态所造成的危害性比不满足承载能力极限状态时的危害性要小，故其不满足承载能力极限状态时的危害性要小，故其相应的目相应的目标可靠指标标可靠指标b b 值值可以小一些。可以小一些。8.1 8.1 概述概述8.1.1 8.1.1 正常使用极限状态的要求正常使用极限状态的要求 结构变形结构变形对结构的影响：变形过大时会影响结构或设对结构的影响：变形过大时会影响结构或设备的正常使用或运行；增大结构的振动幅度。备的正常使用或运行；增大结构的振动幅度。裂缝裂缝对结构的影响：降低混凝土的对结构的影响：降低混凝土的抗渗抗渗和和抗冻抗冻性能、性能、可能引起或容易造成可能引起或容易造成钢筋锈蚀钢筋锈蚀、影响结构的耐久性、还会、影响结构的耐久性、还会影响结构的外观。影响结构的外观。在使用设计表达式中，在使用设计表达式中，正常使用极限状态验算正常使用极限状态验算时，除时，除 取值与承载能力极限状态下的相同外，取值与承载能力极限状态下的相同外，荷载荷载和和材料强度材料强度按按标准值标准值考虑，考虑，结构系数结构系数 g gd1.0。正常使用极限状态的正常使用极限状态的计算表达式计算表达式为：为：8.1 8.1 概述概述8.1.2 8.1.2 变形和裂缝宽度限值及砼拉应力限制系数变形和裂缝宽度限值及砼拉应力限制系数 a a 变形限值变形限值规范规定的规范规定的允许变形值允许变形值，主要是根据主要是根据工程经验工程经验和和设备运行条件设备运行条件确定的。参见附录表确定的。参见附录表4-34-3。b b 最大裂缝宽度限值最大裂缝宽度限值规范规定的最大允许裂缝宽规范规定的最大允许裂缝宽度。主要考虑了防止钢筋锈蚀及保证结构的耐久性，同时度。主要考虑了防止钢筋锈蚀及保证结构的耐久性，同时考虑了结构外观的要求。参见附录表考虑了结构外观的要求。参见附录表4-14-1。c c 抗裂验算时的混凝土抗裂验算时的混凝土拉应力限制系数拉应力限制系数act 对直接对直接承受水压力的钢筋混凝土承受水压力的钢筋混凝土轴心受拉轴心受拉、小偏心受拉构件小偏心受拉构件及产及产生裂缝后会引起严重渗漏的构件，应进行生裂缝后会引起严重渗漏的构件，应进行抗裂度抗裂度验算。抗验算。抗裂验算时，要求结构构件受拉边缘的裂验算时，要求结构构件受拉边缘的拉应力：拉应力：t ct ftk 短期组合短期组合：ct0.85；长期组合长期组合：ct0.7。8.1 8.1 概述概述8.1.3 8.1.3 耐久性要求耐久性要求 结构的结构的耐久性耐久性就是指结构在设计基准期内就是指结构在设计基准期内不需维修不需维修或或只需只需少量维修少量维修就能满足预定功能要求的能力。就能满足预定功能要求的能力。规范规定的耐久年限是规范规定的耐久年限是设计基准期设计基准期，一般为，一般为5050年。年。混凝土结构的混凝土结构的耐久性耐久性及及裂缝控制水平裂缝控制水平与其与其环境条件环境条件有有关。水工建筑物关。水工建筑物 环境类别环境类别分为：分为：一类一类室内正常环境；室内正常环境；二类二类露天环境，长期处于地下或水下的环境；露天环境，长期处于地下或水下的环境；三类三类水位变动区或有侵蚀性地下水的地下环境。水位变动区或有侵蚀性地下水的地下环境。四类四类海浪及盐雾作用区，潮湿及严重侵蚀的环境。海浪及盐雾作用区，潮湿及严重侵蚀的环境。结构设计时可根据建筑物所处的结构设计时可根据建筑物所处的环境条件环境条件类别，按规类别，按规范的有关规定提出相应的范的有关规定提出相应的耐久性耐久性要求。要求。临时性建筑临时性建筑及及大体积结构大体积结构混凝土可不考虑混凝土可不考虑耐久性耐久性要求。要求。8.1 8.1 概述概述8.1.4 8.1.4 影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策 1.1.影响因素影响因素：(1)(1)内部因素内部因素：混凝土强度、渗透性、保护层厚度、：混凝土强度、渗透性、保护层厚度、水泥品种、水泥标号和水泥用量、外加剂等；水泥品种、水泥标号和水泥用量、外加剂等；(2)(2)外部因素外部因素：结构所处的环境条件，如：环境温度：结构所处的环境条件，如：环境温度与湿度、与湿度、CO2含量、侵蚀性介质。含量、侵蚀性介质。(3)(3)混凝土结构的混凝土结构的耐久性问题耐久性问题往往是内部存在不完善往往是内部存在不完善性和外部不利因素综合作用的结果。宏观表现主要有：性和外部不利因素综合作用的结果。宏观表现主要有：混凝土碳化混凝土碳化；钢筋锈蚀钢筋锈蚀，是影响耐久性的最主要因素；，是影响耐久性的最主要因素；混凝土的混凝土的碱骨料反应碱骨料反应；侵蚀性介质的侵蚀性介质的腐蚀腐蚀；混凝土混凝土冻融破坏冻融破坏等。等。8.1 8.1 概述概述8.1.4 8.1.4 影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策 (1)(1)混凝土的碳化混凝土的碳化 定义：大气中的定义：大气中的CO2或其它酸性物质，渗入到混凝或其它酸性物质，渗入到混凝土内与其中的碱性物质发生反应，使混凝土的土内与其中的碱性物质发生反应，使混凝土的pHpH值值 (即碱即碱度度)降低，称为降低，称为混凝土的碳化混凝土的碳化。混凝土碳化的混凝土碳化的主要危害主要危害是：是：a.a.降低了混凝土的降低了混凝土的碱度碱度，使钢筋表面，使钢筋表面保护膜保护膜受到破受到破坏，引起坏，引起钢筋锈蚀钢筋锈蚀。b.b.碳化会加剧混凝土的收缩，导致构件的开裂。碳化会加剧混凝土的收缩，导致构件的开裂。Ca(OH)2+CO2 CaCO3+H2O(水分蒸发水分蒸发,使砼收缩使砼收缩)混凝土碳化从构件混凝土碳化从构件表面表面开始开始向内向内发展，到钢筋保护发展，到钢筋保护层完全碳化，所需要的时间与层完全碳化，所需要的时间与碳化速度碳化速度、混凝土保护层厚混凝土保护层厚度度、混凝土密实性混凝土密实性以及以及覆盖层覆盖层情况等因素有关。情况等因素有关。8.1 8.1 概述概述8.1.4 8.1.4 影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策 影响碳化的因素影响碳化的因素 a.a.环境因素环境因素：空气中：空气中CO2的含量、温度、湿度；的含量、温度、湿度；b.b.材料性质材料性质.减小减小混凝土混凝土碳化的措施碳化的措施 a.a.混凝土混凝土配合比配合比的合理的合理设计设计，保证有足够的水泥用量，保证有足够的水泥用量，不宜小于，不宜小于300kg/m3，同时尽量，同时尽量降低水灰比降低水灰比；b.b.提高混凝土的提高混凝土的密实性密实性，增强，增强抗渗性抗渗性；加强振捣及养；加强振捣及养护，以减少水分蒸发，避免产生表面裂缝；护，以减少水分蒸发，避免产生表面裂缝；c.c.掺入掺入煤灰煤灰、矿渣矿渣（节约水泥）等改善混凝土性能；（节约水泥）等改善混凝土性能；d.d.钢筋应留有足够的钢筋应留有足够的保护层厚度保护层厚度；e.e.采用采用覆盖面层覆盖面层，隔离混凝土表面与大气环境接触。，隔离混凝土表面与大气环境接触。8.1 8.1 概述概述8.1.4 8.1.4 影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策 (2)(2)钢筋的锈蚀钢筋的锈蚀 危害危害:钢筋锈蚀会引起钢筋锈蚀会引起锈胀锈胀，导致沿钢筋出现，导致沿钢筋出现纵向纵向裂缝裂缝，并使混凝土保护层脱落；，并使混凝土保护层脱落；钢筋锈蚀钢筋锈蚀会使钢筋有效会使钢筋有效面积减小，破坏钢筋与混凝土的粘结，使构件承载力降低。面积减小，破坏钢筋与混凝土的粘结，使构件承载力降低。因此，因此，钢筋锈蚀钢筋锈蚀是影响混凝土是影响混凝土结构耐久性结构耐久性的的最主要因素最主要因素。主要影响因素是：主要影响因素是：环境条件环境条件、混凝土混凝土的密实性的密实性与与保护层厚度保护层厚度。钢筋锈蚀的前提条件：钢筋锈蚀的前提条件：氧气氧气和和适适当水份当水份。因此在干燥的环境条件下或。因此在干燥的环境条件下或长期浸没在水中，开裂构件中钢筋的长期浸没在水中，开裂构件中钢筋的锈蚀是极其轻微的，可不加考虑。锈蚀是极其轻微的，可不加考虑。8.1 8.1 概述概述8.1.4 8.1.4 影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策 防止防止和和延缓延缓钢筋发生锈蚀的钢筋发生锈蚀的主要措施主要措施有：有：优选混凝土优选混凝土配合比配合比，控制，控制水灰比水灰比，选用合适的水泥，选用合适的水泥用量和外加剂；用量和外加剂；保证有足够厚的混凝土保证有足够厚的混凝土保护层厚度保护层厚度；保证混凝土保证混凝土施工质量施工质量，提高混凝土的，提高混凝土的密实性密实性、抗冻抗冻性性和和抗渗性抗渗性；选用合适的选用合适的掺和料掺和料，防止，防止碱骨料反应碱骨料反应；必要时对混凝土采用表面必要时对混凝土采用表面涂层保护涂层保护；采用采用防腐蚀钢筋防腐蚀钢筋；对钢筋采用对钢筋采用阴极保护法阴极保护法等。等。8.1 8.1 概述概述8.1.4 8.1.4 影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策 (3)混凝土的混凝土的碱骨料反应碱骨料反应 定义定义：骨料中的活性矿物质与混凝土中的碱性溶液发：骨料中的活性矿物质与混凝土中的碱性溶液发生化学反应，称为生化学反应，称为碱骨料反应碱骨料反应。危害危害：碱骨料反应产生的：碱骨料反应产生的碱碱硅酸盐凝胶物质硅酸盐凝胶物质吸水后吸水后产生产生膨胀膨胀，从而引起混凝土，从而引起混凝土剥落剥落、开裂开裂、强度降低，甚至、强度降低，甚至导致导致结构破坏结构破坏。防止碱骨料反应防止碱骨料反应的主要的主要措施措施有：有：采用采用低碱水泥低碱水泥；利用利用掺和料掺和料来降低混凝土的碱性；来降低混凝土的碱性；控制骨料中的控制骨料中的活性成分活性成分。8.1 8.1 概述概述8.1.4 8.1.4 影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策影响混凝土结构耐久性的主要因素及其对策 (4)(4)混凝土冻融破坏混凝土冻融破坏 浸入混凝土内的水分受冻后体积将膨胀，使混凝土产浸入混凝土内的水分受冻后体积将膨胀，使混凝土产生胀裂，经多次反复冻融后将导致混凝土生胀裂，经多次反复冻融后将导致混凝土疏松疏松和和剥蚀剥蚀破坏。破坏。防止混凝土防止混凝土冻融破坏冻融破坏的主要措施有：的主要措施有：降低降低水灰比水灰比；浇筑混凝土时掺入浇筑混凝土时掺入引气剂引气剂；注意混凝土注意混凝土浇注质量浇注质量；选定合适的混凝土选定合适的混凝土抗冻等级抗冻等级。(5)(5)侵蚀性介质的腐蚀侵蚀性介质的腐蚀 外界浸入的侵蚀性介质能与混凝土中的一些成分发生外界浸入的侵蚀性介质能与混凝土中的一些成分发生反应，其生成物质的体积膨胀，导致混凝土结构破坏。反应，其生成物质的体积膨胀，导致混凝土结构破坏。8.1 8.1 概述概述8.1.5 8.1.5 保证混凝土结构耐久性的设计规定保证混凝土结构耐久性的设计规定 1.1.裂缝控制措施裂缝控制措施 (1)(1)对严格限裂构件，应进行对严格限裂构件，应进行抗裂度验算抗裂度验算；(2)(2)对对受力裂缝受力裂缝，按，按最大裂缝宽度限值最大裂缝宽度限值进行进行验算验算；(3)(3)对对非受力裂缝非受力裂缝，应采取相应的，应采取相应的处理措施处理措施。2.2.混凝土保护层最小厚度混凝土保护层最小厚度 规范以保证规范以保证钢筋与混凝土能共同工作钢筋与混凝土能共同工作及及保证构件的耐保证构件的耐久性久性为依据，按环境条件类别的不同，对受力钢筋的保护为依据，按环境条件类别的不同，对受力钢筋的保护层规定了层规定了最小厚度最小厚度。参见附表。参见附表3-13-1。3.3.混凝土最低强度等级混凝土最低强度等级 对有耐久性要求的结构，其砼强度等级不宜过低。根对有耐久性要求的结构，其砼强度等级不宜过低。根据结构的环境条件类别，规范规定了砼强度等级的最低值。据结构的环境条件类别，规范规定了砼强度等级的最低值。8.1 8.1 概述概述8.1.5 8.1.5 保证混凝土结构耐久性的设计规定保证混凝土结构耐久性的设计规定 4.4.混凝土的混凝土的最大水灰比最大水灰比与与最小水泥用量最小水泥用量 混凝土混凝土密实性密实性好好,能延缓能延缓混凝土的碳化混凝土的碳化和和钢筋的锈蚀钢筋的锈蚀，提高其耐久性。提高其耐久性。保证保证混凝土密实性混凝土密实性的主要措施的主要措施:(1)(1)控制控制最大水灰比最大水灰比；(2)(2)控制控制最小水泥用量最小水泥用量。因此规范规定了最大水灰比和最小水泥用量限值。因此规范规定了最大水灰比和最小水泥用量限值。5.5.混凝土的混凝土的抗渗等级抗渗等级 混凝土的抗渗性用混凝土的抗渗性用抗渗等级抗渗等级表示，水工混凝土的抗渗表示，水工混凝土的抗渗等级按等级按28d28d龄期的标准试件测定龄期的标准试件测定,分为分为W2、W4、W6、W8、W10、W12六级。六级。根据结构所承受的根据结构所承受的水力条件水力条件确定所需的确定所需的抗渗等级抗渗等级，且不，且不得低于规范要求的最小允许值。得低于规范要求的最小允许值。8.1 8.1 概述概述8.1.5 8.1.5 保证混凝土结构耐久性的设计规定保证混凝土结构耐久性的设计规定 6.6.混凝土的抗冻等级混凝土的抗冻等级 混凝土的混凝土的抗冻等级抗冻等级用用28d28d龄期的试件用龄期的试件用快冻法测定快冻法测定，分，分为为F50、F100、F150、F200、F300、F400六级。六级。有抗冻要求的结构应按规范的规定确定抗冻等级。抗有抗冻要求的结构应按规范的规定确定抗冻等级。抗冻混凝土必须掺加引气剂，其水泥、掺和料、外加剂、水冻混凝土必须掺加引气剂，其水泥、掺和料、外加剂、水灰比、配合比及含气量等应通过试验确定。灰比、配合比及含气量等应通过试验确定。7.7.施工质量施工质量 加强振捣，提高混凝土的加强振捣，提高混凝土的密实性密实性；注意养护，防止产；注意养护，防止产生严重的温度和收缩裂缝；降低水灰比或在混凝土中掺入生严重的温度和收缩裂缝；降低水灰比或在混凝土中掺入具有塑化作用的减水剂等，提高具有塑化作用的减水剂等，提高抗裂性能抗裂性能。8.1 8.1 概述概述8.2.1 8.2.1 截面弯矩曲率的概念和刚度截面弯矩曲率的概念和刚度 由材料力学知，由材料力学知，匀质弹性材料简支梁匀质弹性材料简支梁的跨中挠度为的跨中挠度为:均布荷载作用下：均布荷载作用下：集中荷载作用下：集中荷载作用下：定义梁抗弯刚度为：定义梁抗弯刚度为：截截面面抗抗弯弯刚刚度度的的物物理理意意义义就就是是使使截截面面产产生生单单位位转转角角所所需施加的需施加的弯矩弯矩，它体现了，它体现了截面抵抗弯曲变形的能力截面抵抗弯曲变形的能力。当匀质弹性材料梁截面尺寸确定后，其当匀质弹性材料梁截面尺寸确定后，其EI为常量，为常量，梁梁的的Mf 关系成线性关系。关系成线性关系。8.2 8.2 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算8.2.1 8.2.1 截面弯矩曲率的概念和刚度截面弯矩曲率的概念和刚度 钢筋混凝土梁因混凝土的钢筋混凝土梁因混凝土的弹塑性弹塑性和和受拉区裂缝受拉区裂缝的发展，的发展，其其抗弯刚度抗弯刚度为一变数，且随着荷载的增加逐渐减小。为一变数，且随着荷载的增加逐渐减小。1 1裂缝出现前，即裂缝出现前，即 MMcr，受受拉区混凝土未开裂，拉区混凝土未开裂，且梁处于弹性工作阶段，因此且梁处于弹性工作阶段，因此 MM 关系接近直线，临近开关系接近直线，临近开裂时，由于混凝土塑性性能的发展，裂时，由于混凝土塑性性能的发展，MM 略向下弯曲。略向下弯曲。2.2.当当MMMcr，梁的受拉区出梁的受拉区出现裂缝，由于裂缝的出现，使截面现裂缝，由于裂缝的出现，使截面削弱，截面削弱，截面抗弯刚度降低抗弯刚度降低，MM 曲曲线更加向下弯曲。线更加向下弯曲。3.3.当当MM=MMy，受拉钢筋屈服，受拉钢筋屈服，裂缝快速发展，截面，裂缝快速发展，截面抗弯刚度急抗弯刚度急降降，M M 呈大体水平且下降曲线。呈大体水平且下降曲线。8.2 8.2 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算M 0 1 2IIIIII带裂缝阶段带裂缝阶段8.2.1 8.2.1 截面弯矩曲率的概念和刚度截面弯矩曲率的概念和刚度 4.4.裂缝出现后，裂缝出现后，裂缝截面处裂缝截面处拉区拉区混凝土开裂混凝土开裂退出工作，退出工作，拉力由钢筋承担，导致拉力由钢筋承担，导致钢筋应变明显增大钢筋应变明显增大。在裂缝之间在裂缝之间，因，因粘结应力粘结应力的存在，钢筋通过粘结应力的存在，钢筋通过粘结应力将应力传递给混凝土，使混凝土参与受拉。钢筋应力逐渐将应力传递给混凝土，使混凝土参与受拉。钢筋应力逐渐变小，且距裂缝截面越远，钢筋拉应力越小，故钢筋应力变小，且距裂缝截面越远，钢筋拉应力越小，故钢筋应力和应变沿梁长呈和应变沿梁长呈非均匀分布非均匀分布。裂缝处裂缝处e es非裂缝处非裂缝处e es。因裂因裂缝开展，缝开展，截面中和轴截面中和轴沿梁长呈沿梁长呈波浪形变化波浪形变化，导致梁各截面受，导致梁各截面受压区的压区的e ec 也不一致，裂缝处也不一致，裂缝处e ec非裂缝处非裂缝处e ec。设裂缝之间钢筋和混凝土设裂缝之间钢筋和混凝土的平均应变为的平均应变为e esm、e ecm。8.2 8.2 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算MsMs8.2.1 8.2.1 截面弯矩曲率的概念和刚度截面弯矩曲率的概念和刚度 5.5.定义定义 Y Y 为受拉钢筋应变为受拉钢筋应变(或应力或应力)的不均匀系数，反映了拉的不均匀系数，反映了拉区混凝土参与受拉工作的程度。区混凝土参与受拉工作的程度。随着随着M 增大，裂缝处钢筋和砼之间的粘结力逐渐遭到增大，裂缝处钢筋和砼之间的粘结力逐渐遭到破坏，钢筋破坏，钢筋平均应变平均应变 e esm裂缝处钢筋的应变裂缝处钢筋的应变e es。y y 值值越小越小，表明，表明混凝土参与受拉的程度就越大混凝土参与受拉的程度就越大；y y 值值越大越大，表明，表明混凝土参与受拉的程度就越小混凝土参与受拉的程度就越小；y y 1 1时，表明时，表明混凝土完全脱离工作混凝土完全脱离工作。由梁抗弯刚度定义可知，由梁抗弯刚度定义可知，梁的梁的 MFMF曲线上任一点与曲线上任一点与原点连线的斜率即为相应截面的抗弯刚度。从图中可得出原点连线的斜率即为相应截面的抗弯刚度。从图中可得出下述的规律：下述的规律：8.2 8.2 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算裂缝之间的平均应变和应力裂缝之间的平均应变和应力裂缝处的应变和应力裂缝处的应变和应力8.2.1 8.2.1 截面弯矩曲率的概念和刚度截面弯矩曲率的概念和刚度 影响梁影响梁抗弯刚度抗弯刚度的因素，第的因素，第阶段主要是由于阶段主要是由于受受拉区混凝土塑性拉区混凝土塑性变形的发展；第变形的发展；第工作阶段主要为混凝土工作阶段主要为混凝土的塑性和裂缝的扩展；第的塑性和裂缝的扩展；第工作阶段主要为纵向钢筋屈服；工作阶段主要为纵向钢筋屈服；验算梁的挠度变形以验算梁的挠度变形以第第阶段阶段(带裂缝阶段带裂缝阶段)为依据。梁的为依据。梁的抗抗弯刚度弯刚度也以也以第第阶段阶段的曲率确定。的曲率确定。沿构件跨度梁的抗弯刚度是不同的，一般而言，沿构件跨度梁的抗弯刚度是不同的，一般而言，裂缝截面处小，非裂缝截面处大。变形验算时取一定长度裂缝截面处小，非裂缝截面处大。变形验算时取一定长度内的内的平均抗弯刚度平均抗弯刚度进行验算。进行验算。由于混凝土的徐变，随由于混凝土的徐变，随加载时间加载时间的增长，抗弯刚的增长，抗弯刚度会减小，即构件在长期荷载作用下的变形会加大，故在度会减小，即构件在长期荷载作用下的变形会加大，故在变形验算中，需同时考虑短期效应组合和长期效应组合的变形验算中，需同时考虑短期效应组合和长期效应组合的影响，梁的刚度有影响，梁的刚度有长期刚度长期刚度B Bs 和和短期刚度短期刚度B Bl 两种。两种。8.2 8.2 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算8.2.1 8.2.1 短期刚度短期刚度B Bs s 1.1.未开裂构件的未开裂构件的短期刚度短期刚度Bs 在在第第一一阶阶段段末末，受受拉拉区区混混凝凝土土未未开开裂裂，因因混混凝凝土土塑塑性性变变形形的的影影响响，构构件件的的变变形形有有所所加加大大，意意味味着着构构件件的的短短期期刚刚度有所下降，计算时取：度有所下降，计算时取：2.2.开裂构件的短期刚度开裂构件的短期刚度B Bs s8.2 8.2 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算考虑塑性的影响考虑塑性的影响MsMs8.2.1 8.2.1 短期刚度短期刚度B Bs s 直接计算直接计算e esm和和e ecm比较困难，规范给出了简化计算公式：比较困难，规范给出了简化计算公式：1.1.未开裂构件的未开裂构件的短期刚度短期刚度Bs 对矩形截面，经回归分析对矩形截面，经回归分析 对对T T形、倒形、倒T T形和形和I形截面，考虑翼缘的影响形截面，考虑翼缘的影响 g gf、g gf 受压、受拉翼缘对刚度的影响系数。受压、受拉翼缘对刚度的影响系数。a aE 钢筋弹模钢筋弹模Es和混凝土弹模和混凝土弹模Ec的比值；的比值；值得注意的是：构件的值得注意的是：构件的短期刚度短期刚度Bs用于计算用于计算短期荷载效短期荷载效应应下的挠度；在长期荷载作用下，由于混凝土塑性性能的下的挠度；在长期荷载作用下，由于混凝土塑性性能的发展使其刚度降低，因此需考虑构件的发展使其刚度降低，因此需考虑构件的长期刚度长期刚度Bl。8.2 8.2 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算8.2.2 8.2.2 长期刚度长期刚度Bl 在在荷荷载载的的长长期期作作用用下下，由由于于受受压压区区混混凝凝土土徐徐变变、钢钢筋筋与与混混凝凝土土间间粘粘结结滑滑移移徐徐变变、混混凝凝土土收收缩缩,使使构构件件变变形形逐逐步步增增大，致使构件的大，致使构件的抗弯刚度降低。抗弯刚度降低。规规范范采采用用挠挠度度增增大大的的影影响响系系数数来来考考虑虑长长期期荷荷载载效应对刚度的影响，挠度增大的效应对刚度的影响，挠度增大的影响系数影响系数定义为：定义为：试试验验表表明明：影影响响系系数数的的大大小小主主要要与与受受压压、受受拉拉钢钢筋筋有有关，根据试验结果，确定关，根据试验结果，确定影响系数影响系数的计算公式：的计算公式：8.2 8.2 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算8.2.2 8.2.2 长期刚度长期刚度Bl 1.1.对对应应于于荷荷载载效效应应的的短短期期组组合合，并并考考虑虑部部分分长长期期作作用用影响时，影响时，B Bl l 按下式计算：按下式计算：Ml 按荷载长期效应组合计算的弯矩值。按荷载长期效应组合计算的弯矩值。f 按荷载长期效应组合计算的变形值。按荷载长期效应组合计算的变形值。2.2.对应于荷载效应的对应于荷载效应的长期组合长期组合，构件，构件B Bl l按下式计算：按下式计算：8.2 8.2 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算8.2.3 8.2.3 受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算 确确定定构构件件的的短短（长长）期期刚刚度度Bs（Bl）后后，其其挠挠度度可可按按材材料力学计算；但挠度计算值料力学计算；但挠度计算值规范规定的允许值，即规范规定的允许值，即 受弯构件的截面刚度随弯矩受弯构件的截面刚度随弯矩的增大而减小，且的增大而减小，且未开裂截面的未开裂截面的刚度较大，开裂截面的刚度较小刚度较大，开裂截面的刚度较小；因此，因此，梁的刚度沿梁长是变化梁的刚度沿梁长是变化的。由于变刚度梁的挠度计算十的。由于变刚度梁的挠度计算十分复杂，分复杂，采用采用最小刚度原则最小刚度原则：取：取最大弯矩截面最大弯矩截面的刚度作为整个梁的刚度作为整个梁的刚度，的刚度，将变刚度梁简化为等刚度梁来计算挠度。将变刚度梁简化为等刚度梁来计算挠度。8.2 8.2 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算8.3.1 8.3.1 概述概述 构件进行裂缝控制的目的：构件进行裂缝控制的目的：(1)(1)满足满足耐久性耐久性要求，避免不良工作环境下因为裂缝要求，避免不良工作环境下因为裂缝过宽造成钢筋过早锈蚀；过宽造成钢筋过早锈蚀；(2)(2)满足满足外观外观要求，避免过大的裂缝宽度给人们带来要求，避免过大的裂缝宽度给人们带来的不安全感和对建筑物本身装饰外观带来的不良影响。的不安全感和对建筑物本身装饰外观带来的不良影响。裂缝控制的要求：裂缝控制的要求：规范规范规定：根据建筑结构工作的环境类别、结构规定：根据建筑结构工作的环境类别、结构类型以及裂缝控制等级要求，对构件裂缝宽度有上限要求。类型以及裂缝控制等级要求，对构件裂缝宽度有上限要求。而有些结构构件因结构或使用要求则不允许出现裂缝，对而有些结构构件因结构或使用要求则不允许出现裂缝，对于此类构件需进行抗裂度验算。于此类构件需进行抗裂度验算。8.3 8.3 钢筋混凝土构件抗裂度验算钢筋混凝土构件抗裂度验算8.3.2 8.3.2 轴心受拉构件的抗裂度验算轴心受拉构件的抗裂度验算 轴心受拉构件轴心受拉构件即将开裂即将开裂时的应力分布：时的应力分布：混凝土混凝土（产生较大塑性变形）：（产生较大塑性变形）：tftk，Ect0.5Ec，e ete etu2 ftk/Ec。钢钢 筋筋（与混凝土变形一致）：（与混凝土变形一致）：sEse etu 2 E ftk 根据截面上根据截面上力的平衡条件力的平衡条件可得：可得：为与受弯构件、偏心受力构件及预应力混凝土构件的为与受弯构件、偏心受力构件及预应力混凝土构件的抗裂度计算公式相协调，可将钢筋应力近似取为：抗裂度计算公式相协调，可将钢筋应力近似取为：则构件则构件开裂荷载开裂荷载为：为：8.3 8.3 钢筋混凝土构件抗裂度验算钢筋混凝土构件抗裂度验算ftkAss ssNAc8.3.2 8.3.2 轴心受拉构件的抗裂度验算轴心受拉构件的抗裂度验算 为保证开裂荷载有一定的安全储备，为保证开裂荷载有一定的安全储备，引入引入拉应力限制拉应力限制系数系数 ct，在荷载效应的短期组合与长期组合下，要求：在荷载效应的短期组合与长期组合下，要求：短期组合：短期组合：ct0.85；长期组合：长期组合：ct0.70。注意注意：混凝土的：混凝土的极限拉应变极限拉应变e etu0.00010.00015，相相应的应的钢筋应力钢筋应力 s2030N/mm2。可见钢筋对构件的。可见钢筋对构件的抗裂度抗裂度而言，所起作用并不大。而言，所起作用并不大。提高抗裂度的措施提高抗裂度的措施：加大截面面积；提高混凝土强度：加大截面面积；提高混凝土强度等级可提高抗裂度，但效果不佳且经济代价较高；因此最等级可提高抗裂度，但效果不佳且经济代价较高；因此最好的办法是采用好的办法是采用预应力混凝土预应力混凝土或或纤维混凝土纤维混凝土等其它措施。等其它措施。8.3 8.3 钢筋混凝土构件抗裂度验算钢筋混凝土构件抗裂度验算8.3.3 8.3.3 受弯构件的抗裂度验算受弯构件的抗裂度验算 受弯构件受弯构件即将开裂即将开裂时，截面应力处于时，截面应力处于第第I Ia a阶段阶段且且符合平符合平截面假定截面假定；受拉边缘混凝土；受拉边缘混凝土e ete etu，t ftk，拉区应力分布，拉区应力分布因塑性变形为因塑性变形为曲线形曲线形，压区应力分布仍接近于，压区应力分布仍接近于三角形三角形。根据试验研究和理论分析，计算受弯构件开裂弯矩根据试验研究和理论分析，计算受弯构件开裂弯矩Mcr时，受拉区混凝土应力图形可时，受拉区混凝土应力图形可采用梯形采用梯形，并假设塑化区高，并假设塑化区高度占受拉区高度的一半。度占受拉区高度的一半。为便于计算，将钢筋面积为便于计算，将钢筋面积As按弹按弹模比模比 E E=E Es s/E Ec c换算成换算成混凝土面积混凝土面积 EAs。换算截面积换算截面积A0=Ac+aE（As+As）在保持在保持Mcr相等的条件下，将拉相等的条件下，将拉区区梯形分布应力梯形分布应力换算成换算成直线分布直线分布，拉，拉区边缘换算应力为区边缘换算应力为g gmftk，g gm为为截面抵抗矩塑性系数截面抵抗矩塑性系数。8.3 8.3 钢筋混凝土构件抗裂度验算钢筋混凝土构件抗裂度验算xfh0-xf EAsMcrg gmftkMcrftkAss sss scs scxfh0-xf8.3.3 8.3.3 受弯构件的抗裂度验算受弯构件的抗裂度验算 根据换算后的应力图形，利用材料力学公式，求得受根据换算后的应力图形，利用材料力学公式，求得受弯构件开裂弯矩的计算公式为：弯构件开裂弯矩的计算公式为：其中其中g gm值可按规范的规定取用；值可按规范的规定取用；W0换算截面换算截面受拉边的弹性抵抗矩，受拉边的弹性抵抗矩，W0=I0/(hy0)。引入引入 ct后，受弯构件在荷载效应的后，受弯构件在荷载效应的短期组合短期组合及及长期组长期组合合下，可按下列公式进行下，可按下列公式进行抗裂度验算抗裂度验算：注意注意：g gm除了与截面形状有关外，还与截面高度除了与截面形状有关外，还与截面高度h、纵筋配筋率纵筋配筋率r r 等有关。等有关。h及及r r越大，越大，g gm值越小。值越小。8.3 8.3 钢筋混凝土构件抗裂度验算钢筋混凝土构件抗裂度验算8.3.4 8.3.4 偏心受压构件的抗裂度验算偏心受压构件的抗裂度验算 利用利用换算截面换算截面的概念，按材料力学的公式进行偏心受的概念，按材料力学的公式进行偏心受压构件的抗裂度验算。偏心受压构件受拉区混凝土的拉应压构件的抗裂度验算。偏心受压构件受拉区混凝土的拉应变梯度较大，变梯度较大，塑化效应塑化效应比较充分，因而其截面比较充分，因而其截面抵抗矩塑性抵抗矩塑性系数系数g g 较大；但为简化计算，偏安全地取较大；但为简化计算，偏安全地取g gg gm；因此其抗；因此其抗裂度验算公式：裂度验算公式：8.3 8.3 钢筋混凝土构件抗裂度验算钢筋混凝土构件抗裂度验算hhfhfbfbfb EAs EAsftks scAs sAss ssNg gmftke8.3.5 8.3.5 偏心受拉构件的抗裂度验算偏心受拉构件的抗裂度验算 偏心受拉构件拉区的偏心受拉构件拉区的应变梯度应变梯度介于受弯构件与轴拉构介于受弯构件与轴拉构件之间，即偏拉构件件之间，即偏拉构件截面抵抗矩塑性系数截面抵抗矩塑性系数1.0g g g gm；为简；为简化计算，可认为化计算，可认为g g 随截面平均拉应力随截面平均拉应力 lN/A0 按按线性规律在线性规律在1 1与与g gm之间变化之间变化。偏心受拉构件的。偏心受拉构件的g g 可按下列公式确定：可按下列公式确定：短期组合短期组合 长期组合长期组合 在荷载效应的短、长期组合下，偏心受拉构件截面受在荷载效应的短、长期组合下，偏心受拉构件截面受拉边缘即将开裂时的最大拉应力分别按下列公式进行计算：拉边缘即将开裂时的最大拉应力分别按下列公式进行计算：8.3 8.3 钢筋混凝土构件抗裂度验算钢筋混凝土构件抗裂度验算8.4.1 8.4.1 裂缝产生的原因及控制裂缝开展的措施裂缝产生的原因及控制裂缝开展的措施 1.1.裂缝分类裂缝分类 （1 1）按裂缝的产生时间：按裂缝的产生时间：施工期间裂缝施工期间裂缝 使用期间裂缝使用期间裂缝 （2 2）按裂缝的产生原因：按裂缝的产生原因：非受力裂缝非受力裂缝 受力裂缝受力裂缝 （3 3）按裂缝的开展形态：）按裂缝的开展形态：垂直裂缝垂直裂缝 水平裂缝水平裂缝 斜裂缝斜裂缝 2.2.裂缝成因分析裂缝成因分析 在在各种外荷载各种外荷载或或内力内力的作用下，使混凝土产生了拉、的作用下，使混凝土产生了拉、压、剪各种应力，混凝土是压、剪各种应力，混凝土是脆性材料脆性材料，当，当主拉应力主拉应力大于大于ftk时，时，混凝土即产生裂缝（具有一定宽度和深度）。混凝土即产生裂缝（具有一定宽度和深度）。8.4 8.4 钢筋混凝土构件裂缝开展宽度的验算钢筋混凝土构件裂缝开展宽度的验算8.4.1 8.4.1 裂缝产生的原因及控制裂缝开展的措施裂缝产生的原因及控制裂缝开展的措施 2.2.裂缝成因分析裂缝成因分析 (1)(1)荷载作用引起的裂缝荷载作用引起的裂缝 荷载作用下，当混凝土荷载作用下，当混凝土 tftk时，构件即产生裂缝。时，构件即产生裂缝。因主拉应力方向的不同而产生因主拉应力方向的不同而产生正截面裂缝正截面裂缝和和斜裂缝斜裂缝。对于。对于混凝土构件，只要荷载达到一定数值，则构件即产生裂缝。混凝土构件，只要荷载达到一定数值，则构件即产生裂缝。(2)(2)混凝土收缩引起的裂缝混凝土收缩引起的裂缝 由水泥胶凝体由水泥胶凝体凝缩凝缩和失水和失水干缩干缩而引起的而引起的收缩变形收缩变形，当，当变形受到约束时，常使混凝土产生变形受到约束时，常使混凝土产生收缩应力收缩应力，若收缩应力，若收缩应力超过混凝土的抗拉强度时，即产生裂缝超过混凝土的抗拉强度时，即产生裂缝收缩裂缝收缩裂缝。(3)(3)温度引起的裂缝温度引起的裂缝 环境环境温度变化温度变化或混凝土的或混凝土的水化热水化热，造成结构内外的温，造成结构内外的温差，从而产生差，从而产生温度应力温度应力。当其超过。当其超过ftk 时，便将时，便将产生裂缝产生裂缝。8.4 8.4 钢筋混凝土构件裂缝开展宽度的验算钢筋混凝土构件裂缝开展宽度的验算8.4.1 8.4.1 裂缝产生的原因及控制裂缝开展的措施裂缝产生的原因及控制裂缝开展的措施 2.2.裂缝成因分析裂缝成因分析 (4)(4)基础沉降引起的裂缝基础沉降引起的裂缝 基础的基础的不均匀沉降不均匀沉降势必在结构内部引起势必在结构内部引起附加应力附加应力，当，当附加应力超过附加应力超过 ftk 时即产生不均匀时即产生不均匀沉降裂缝沉降裂缝。(5)(5)混凝土塑性沉降引起的裂缝混凝土塑性沉降引起的裂缝 在施工早期，混凝土处于在施工早期，混凝土处于塑性状态塑性状态，由于骨料的下沉，由于骨料的下沉受到钢筋的阻隔，造成钢筋两侧与钢筋处混凝土的沉降差受到钢筋的阻隔，造成钢筋两侧与钢筋处混凝土的沉降差，由此可能引发，由此可能引发顺筋方向顺筋方向的的表面裂缝表面裂缝。(6)(6)碱骨料反应引起的裂缝碱骨料反应引起的裂缝 混凝土中的碱与骨料中的活性物质反应，产生混凝土中的碱与骨料中的活性物质反应，产生碱碱硅硅酸盐凝胶酸盐凝胶吸水而产生吸水而产生体积膨胀体积膨胀，从而引起裂缝。，从而引起裂缝。8.4 8.4 钢筋混凝土构件裂缝开展宽度的验算钢筋混凝土构件裂缝开展宽度的验算8.4.1 8.4.1 裂缝产生的原因及控制裂缝开展的措施裂缝产生的原因及控制裂缝开展的措施 2.2.裂缝成因分析裂缝成因分析 (7)(7)钢筋锈蚀引起的顺筋裂缝钢筋锈蚀引起的顺筋裂缝 钢筋锈蚀将产生钢筋锈蚀将产生体积膨胀体积膨胀，在混凝土内部将产生较大，在混凝土内部将产生较大的内应力，混凝土表面出现的内应力，混凝土表面出现锈斑锈斑，混凝土保护层不同程度，混凝土保护层不同程度地剥落，并产生地剥落，并产生顺筋裂缝顺筋裂缝。(8)(8)冰冻引起的裂缝冰冻引起的裂缝.(9)(9)混凝土施工缺陷引发的裂缝。混凝土施工缺陷引发的裂缝。8.4 8.4 钢筋混凝土构件