钢筋混凝土钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算资料.pptx

结构的极限状态分为两类：结构的极限状态分为两类：（一）（一）承载能力极限状态承载能力极限状态:结构或构件达到最大承载力或结构或构件达到最大承载力或 不适应继续承载的过大变形。不适应继续承载的过大变形。v超过该极限状态，结构就不能满足预定的超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性安全性要求。要求。v对各种结构构件都应进行对各种结构构件都应进行承载能力极限状态设计承载能力极限状态设计。v采用采用荷载设计值及材料强度设计值。荷载设计值及材料强度设计值。v荷载效应采用荷载效应采用基本组合及偶然组合。基本组合及偶然组合。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 概 述（二）（二）正常使用极限状态：正常使用极限状态：超过该极限状态，结构就不满足超过该极限状态，结构就不满足 预定的适用性和耐久性要求。预定的适用性和耐久性要求。产生过大的变形，影响正常使用和外观；（不安全感、产生过大的变形，影响正常使用和外观；（不安全感、不能正常使用等）不能正常使用等）产生过宽的裂缝，对耐久性有影响或者产生人们心理上产生过宽的裂缝，对耐久性有影响或者产生人们心理上不能接受的感觉；（不安全感、钢筋锈蚀、漏水等）不能接受的感觉；（不安全感、钢筋锈蚀、漏水等）产生过大的振动影响使用。产生过大的振动影响使用。采用荷载采用荷载标准值标准值及材料强度及材料强度标准值标准值。荷载效应采用标准组合。荷载效应采用标准组合。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 概 述 结构设计首先要满足承载能力的要求，以保证结构安结构设计首先要满足承载能力的要求，以保证结构安全使用；然后按正常使用极限状态进行校核，以保结构的全使用；然后按正常使用极限状态进行校核，以保结构的适用性及耐久性。适用性及耐久性。正常使用极限状态：正常使用极限状态：结构构件达到影响正常使用或耐久性能结构构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值。的某项规定限值。v正常使用极限状态验算可能成为设计中控制情况。正常使用极限状态验算可能成为设计中控制情况。v验算内容：抗裂验算、裂缝宽度验算及变形验算。验算内容：抗裂验算、裂缝宽度验算及变形验算。抗裂验算范围：承受水压的轴拉、小偏拉构件及发生裂缝后抗裂验算范围：承受水压的轴拉、小偏拉构件及发生裂缝后引起严重渗漏构件。引起严重渗漏构件。裂缝宽度验算范围：一般钢筋砼构件。裂缝宽度验算范围：一般钢筋砼构件。变形验算范围：严格限制变形的构件。（吊车梁）变形验算范围：严格限制变形的构件。（吊车梁）v最大裂缝宽度限值根据结构的功能要求、环境条件及荷载作最大裂缝宽度限值根据结构的功能要求、环境条件及荷载作用时间等因素确定。用时间等因素确定。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 概 述第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 概 述 水工规范水工规范对预应力混凝土结构构件，裂缝的对预应力混凝土结构构件，裂缝的控制，分为三个级别：控制，分为三个级别：第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 概 述第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 概 述第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 抗裂验算 第一节第一节 抗裂验算抗裂验算一一.轴心受拉构件轴心受拉构件钢筋与混凝土变形协调，即将开裂时钢筋与混凝土变形协调，即将开裂时，c=ft；s=sES=tuEs =Es ft/Ec=E ft第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 抗裂验算 Nk:按荷载标准值计算得到的轴向力；按荷载标准值计算得到的轴向力；ftk :砼轴心抗拉强度标准值；砼轴心抗拉强度标准值；ct:砼拉应力限制系数。对荷载效应的标准组合，砼拉应力限制系数。对荷载效应的标准组合，ct取取0.85Ao A0 ：换算截面面积，：换算截面面积，Ao=Ac+EAs，E=Es/Ec；As：钢筋截面面积；：钢筋截面面积；Ac：砼截面面积。：砼截面面积。为满足目标可靠指标要求，引进拉应力限制系数为满足目标可靠指标要求，引进拉应力限制系数ct，ft 改用改用ftk:靠增加钢筋提高抗裂能力是不经济，不合理的。靠增加钢筋提高抗裂能力是不经济，不合理的。构件抗裂能力主要靠加大构件截面尺寸或提高混凝土抗拉构件抗裂能力主要靠加大构件截面尺寸或提高混凝土抗拉 强度来保证，最根本是采用预应力混凝土构件。强度来保证，最根本是采用预应力混凝土构件。0AfNtkctka第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 抗裂验算二二.受弯构件受弯构件v受弯构件正截面即将开裂时，应力处于第受弯构件正截面即将开裂时，应力处于第I阶段末。阶段末。v受拉区近似假定为梯形，塑化区占受拉区高度的一半。受拉区近似假定为梯形，塑化区占受拉区高度的一半。v利用平截面假定，根据力和力矩的平衡，求出利用平截面假定，根据力和力矩的平衡，求出Mcr。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 抗裂验算v更更方方便便的的是是在在保保持持Mcr相相等等的的条条件件下下，将将受受拉拉区区梯梯形形应力图折换成直线分布应力图。应力图折换成直线分布应力图。v受拉边缘应力为受拉边缘应力为mft。m为截面抵抗矩的为截面抵抗矩的塑性系数塑性系数。v换算后可直接用弹性体的材料力学公式进行计算。换算后可直接用弹性体的材料力学公式进行计算。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 抗裂验算m是是受受拉拉区区为为梯梯形形的的应应力力图图形形，按按抗抗裂裂弯弯矩矩相相等等的的原原则则，折算成直线应力图形时，相应受拉边缘应力比值。折算成直线应力图形时，相应受拉边缘应力比值。m值值与与假假定定的的受受拉拉区区应应力力图图形形有有关关，各各种种截截面面的的m值值见见附附录录5表表4。m值还与截面高度值还与截面高度h 配筋率和受力状态有关。配筋率和受力状态有关。m值随值随h值的增大而减小。值的增大而减小。乘乘以以考考虑虑截截面面高高度度影影响响的的修修正正系系数数 ，其其值值不不大大于于1.1。h以以mm计，当计，当h3000mm，取，取h=3000mm。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 抗裂验算Ao=Ac+EAs+EAs v把钢筋换算为同位置的砼截面面积把钢筋换算为同位置的砼截面面积EAs和和EAs：W0换算截面换算截面A0对受拉边缘的弹性抵抗矩；对受拉边缘的弹性抵抗矩；y0换算截面重心轴至受压边缘的距离；换算截面重心轴至受压边缘的距离；I0换算截面对其重心轴的惯性矩。换算截面对其重心轴的惯性矩。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 抗裂验算Mk按荷载标准值计算得到的弯矩值。按荷载标准值计算得到的弯矩值。v为满足目标可靠指标的要求，引用拉应力限制系数为满足目标可靠指标的要求，引用拉应力限制系数ct，荷载和材料强度均取用标准值。荷载和材料强度均取用标准值。0WfMtkctmkag第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 抗裂验算双筋工字形换算截面特征值双筋工字形换算截面特征值第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 抗裂验算三三.偏心受拉构件偏心受拉构件把钢筋换算为砼截面面积，将应力折换成直线分布，引把钢筋换算为砼截面面积，将应力折换成直线分布，引入入偏拉偏拉，采用迭加原理，用材料力学公式进行计算，采用迭加原理，用材料力学公式进行计算：tkfctkkANWMag偏拉+00第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 抗裂验算v随应变梯度加大，塑性影响系数加大。随应变梯度加大，塑性影响系数加大。v轴拉构件应变梯度为零，轴拉构件应变梯度为零，轴拉轴拉1。v偏拉偏拉随平均拉应力随平均拉应力的大小，按线性规律在的大小，按线性规律在1与与m之间变化。之间变化。v=0时时(受弯受弯)，偏拉偏拉m；=ft时时(轴拉轴拉)，偏拉偏拉1。tkctmmtkctmmfAfaggasggg01()1(kN）偏拉-=-=-第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 抗裂验算e0轴向拉力对截面重心的偏心距，轴向拉力对截面重心的偏心距，kkNMe=0tkfctmkmkANWMagg+0000000WAeWAfNmtkctmkgag+第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 抗裂验算四四.偏心受压构件偏心受压构件偏压偏压大于大于m，为简化计算并偏于安全取，为简化计算并偏于安全取偏压偏压m：tk0k0kfANWMctmag-0000WA0eWAfNtkctmkag-第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算第二节第二节 裂缝开展宽度的验算裂缝开展宽度的验算 一、裂缝的成因及对策一、裂缝的成因及对策砼结构中存在砼结构中存在拉应力拉应力是产生裂缝的必要条件。是产生裂缝的必要条件。主拉应力达到砼抗拉强度时，不立即产生裂缝；当拉应主拉应力达到砼抗拉强度时，不立即产生裂缝；当拉应变达到变达到极限拉应变极限拉应变 tu时才出现裂缝。时才出现裂缝。裂缝分裂缝分荷载和非荷载因素荷载和非荷载因素引起的两类引起的两类。非非荷荷载载因因素素如如温温度度变变化化、砼砼收收缩缩、基基础础不不均均匀匀沉沉降降、塑塑性性坍坍落落、冰冰冻冻、钢钢筋筋锈锈蚀蚀及及碱碱一一骨骨料料化化学学反反应应等等都都能能引引起裂缝。起裂缝。水工钢筋砼结构中，大部分裂缝由非荷载因素引起水工钢筋砼结构中，大部分裂缝由非荷载因素引起。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算 (一一)荷载作用引起的裂缝荷载作用引起的裂缝v裂缝宽度计算限于由弯裂缝宽度计算限于由弯矩、轴心拉力、偏心拉矩、轴心拉力、偏心拉(压压)力等引起的力等引起的垂直裂缝（正垂直裂缝（正截面裂缝）截面裂缝）。v剪力或扭矩引起的剪力或扭矩引起的斜裂斜裂缝缝计算没有在规范中反映。计算没有在规范中反映。v其它没有简便方法计算。其它没有简便方法计算。v对策：对策：合理配筋，控制合理配筋，控制钢筋应力不过高，钢筋直钢筋应力不过高，钢筋直径不过粗。径不过粗。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算(二二)非荷载因素引起的裂缝非荷载因素引起的裂缝 1温度变化引起的裂缝温度变化引起的裂缝v 温温度度变变化化产产生生变变形形即即热热胀胀冷冷缩缩。变变形受到约束，就产生裂缝。形受到约束，就产生裂缝。v对对策策：设设伸伸缩缩缝缝，减减小小约约束束，允允许许自由变形。自由变形。v大大体体积积砼砼，内内部部温温度度大大，外外周周温温度度低低，内外温差大，引起温度裂缝。，内外温差大，引起温度裂缝。v减减小小温温度度差差：分分层层分分块块浇浇筑筑，采采用用低低热热水水泥泥，埋埋置置块块石石，预预冷冷骨骨料料，预预埋冷却水管等。埋冷却水管等。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算2砼收缩引起的裂缝砼收缩引起的裂缝v砼在空气中结硬产生收缩变形，产生收缩裂缝。砼在空气中结硬产生收缩变形，产生收缩裂缝。v对对策策：设设伸伸缩缩缝缝，降降低低水水灰灰比比，配配筋筋率率不不过过高高，设设置构造钢筋使收缩裂缝分布均匀，加强潮湿养护。置构造钢筋使收缩裂缝分布均匀，加强潮湿养护。3基础不均匀沉降引起的裂缝基础不均匀沉降引起的裂缝v对策：对策：构造措施及设沉降缝等。构造措施及设沉降缝等。4砼塑性坍落引起的裂缝砼塑性坍落引起的裂缝v对对策策：控控制制水水灰灰比比，采采用用适适量量减减水水剂剂，不不漏漏振振，不不过振，避免泌水现象，在砼终凝前抹面压光。过振，避免泌水现象，在砼终凝前抹面压光。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算5冰冻引起的裂缝冰冻引起的裂缝v水在结冰时体积增加，孔道中水结冰会使砼胀裂。水在结冰时体积增加，孔道中水结冰会使砼胀裂。6钢筋锈蚀引起的裂缝钢筋锈蚀引起的裂缝v钢钢筋筋锈锈蚀蚀是是电电化化学学反反应应，钢钢筋筋生生锈锈体体积积膨膨胀胀，产产生生顺顺筋筋裂缝，导致砼保护层剥落，影响结构耐久性。裂缝，导致砼保护层剥落，影响结构耐久性。v对对策策：提提高高砼砼的的密密实实度度和和抗抗渗渗性性，适适当当地地加加大大保保护护层层厚厚度。度。7碱一骨料化学反应引起的裂缝碱一骨料化学反应引起的裂缝v砼砼孔孔隙隙中中水水泥泥的的碱碱性性溶溶液液与与活活性性骨骨料料(含含活活性性SiO2)化化学学反应生成碱一硅酸凝胶，遇水膨胀，使砼胀裂。反应生成碱一硅酸凝胶，遇水膨胀，使砼胀裂。v对对策策：限限制制活活性性骨骨料料含含量量，高高砼砼的的密密实实度度和和采采用用较较低低的的水灰比。水灰比。二、受力裂缝的开展宽度计算理论概述二、受力裂缝的开展宽度计算理论概述建立能包括各种因素的计算公式十分困难。建立能包括各种因素的计算公式十分困难。数理统计的经验公式数理统计的经验公式通过对大量试验资料的分析，通过对大量试验资料的分析，选出影响裂缝宽度的主要参数，进行数理统计后得出。选出影响裂缝宽度的主要参数，进行数理统计后得出。半理论半经验公式半理论半经验公式为我国为我国规范规范采用，从力学模采用，从力学模型出发推导出理论计算公式，用试验资料确定公式中型出发推导出理论计算公式，用试验资料确定公式中系数。理论又可分为三类系数。理论又可分为三类粘结滑移理论粘结滑移理论无滑移理论无滑移理论综合理论综合理论 8.2 裂缝开展宽度的验算第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算粘结滑移理论粘结滑移理论裂裂缝缝开开展展是是由由于于钢钢筋筋和和砼砼之之间间不不再再保保持持变变形形协协调调而而出出现现相对滑移造成的。相对滑移造成的。在在一一个个裂裂缝缝区区段段(裂裂缝缝间间距距lcr)内内，钢钢筋筋与与砼砼伸伸长长之之差差是是裂缝开展宽度裂缝开展宽度，lcr越大，越大，越大。越大。lcr取决于钢筋与砼之间的粘结力大小及分布。取决于钢筋与砼之间的粘结力大小及分布。影影响响裂裂缝缝宽宽度度的的因因素素除除钢钢筋筋应应力力s外外，主主要要是是钢钢筋筋直直径径d与配筋率与配筋率的比值。的比值。砼表面的裂缝宽度与内部钢筋表面处是一样的。砼表面的裂缝宽度与内部钢筋表面处是一样的。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算无粘结滑移理论无粘结滑移理论假假定定裂裂缝缝开开展展后后，砼砼截截面面在在局局部部范范围围内内不不再再保保持持为为平平面面，钢筋与砼之间的粘结力不破坏，钢筋与砼之间的粘结力不破坏，相对滑移忽略不计。相对滑移忽略不计。表表面面裂裂缝缝宽宽度度是是受受从从钢钢筋筋到到构构件件表表面面的的应应变变梯梯度度控控制制的的，与保护层厚度与保护层厚度c大小有关。大小有关。综合理论综合理论建建立立在在前前两两种种理理论论基基础础上上，既既考考虑虑保保护护层层厚厚度度c的的影影响响，也考虑钢筋可能出现的滑移。也考虑钢筋可能出现的滑移。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算(一一)裂缝开展前后的应力状态裂缝开展前后的应力状态根根据据粘粘结结滑滑移移理理论论对对纯纯弯弯区区段段的裂缝加以讨论。的裂缝加以讨论。v 裂裂缝缝出出现现前前，拉拉区区钢钢筋筋与与砼砼共共同同受受力力。沿沿构构件件长长度度方方向向，各截面受力相同。各截面受力相同。v砼砼拉拉应应力力达达到到抗抗拉拉强强度度时时，最薄弱截面出现第一条裂缝。最薄弱截面出现第一条裂缝。v裂裂缝缝截截面面砼砼不不再再承承受受拉拉力力，转转由由钢钢筋筋承承担担。裂裂缝缝截截面面钢钢筋筋应力突增，钢筋应变突变。应力突增，钢筋应变突变。v加加上上原原来来因因受受拉拉而而张张紧紧的的混混凝凝土土在在裂裂缝缝出出现现瞬瞬间间将将分分别别向向裂裂缝缝两两边边回回缩缩，所所以以裂裂缝缝一一出出现就会有一定宽度。现就会有一定宽度。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算v受受粘粘结结作作用用影影响响，砼砼不不能能自自由由回回缩缩到到无无应应力力状状态态。距距裂裂缝缝越越远远，砼砼承承担担的的拉拉应应力力越越大大，钢钢筋筋拉拉应应力力越越小。小。v距距裂裂缝缝截截面面有有足足够够的的长长度度时时，砼砼拉应力增大到拉应力增大到ft，将出现新的裂缝。将出现新的裂缝。v荷荷载载增增加加，应应力力大大于于砼砼实实际际抗抗拉拉强度的地方又出现第二条裂缝。强度的地方又出现第二条裂缝。v裂裂缝缝出出现现后后，沿沿构构件件长长度度方方向向，钢钢筋筋与与砼砼的的应应力力随随裂裂缝缝位位置置变变化化，中和轴随裂缝位置呈波浪形起伏。中和轴随裂缝位置呈波浪形起伏。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算v由于砼质量不均，裂缝间距有疏有密。由于砼质量不均，裂缝间距有疏有密。v最大间距可为平均间距的最大间距可为平均间距的1.32倍。倍。v荷载超过开裂荷载荷载超过开裂荷载50以上时，裂缝间距才趋于稳定。以上时，裂缝间距才趋于稳定。v裂缝开展宽度有大有小，实际设计考虑的是最大宽度。裂缝开展宽度有大有小，实际设计考虑的是最大宽度。(二二)平均裂缝宽度平均裂缝宽度m v荷载达到抗裂弯矩荷载达到抗裂弯矩Mcr时，出现第一条裂缝。时，出现第一条裂缝。v裂缝截面砼拉应力为零，钢筋应力突增。裂缝截面砼拉应力为零，钢筋应力突增。v应力达到应力达到ft处，发生第二条裂缝。处，发生第二条裂缝。v把问题理想化，裂缝是等间距的，同时发生的。把问题理想化，裂缝是等间距的，同时发生的。v荷载增加只加大裂缝宽度，不产生新的裂缝。荷载增加只加大裂缝宽度，不产生新的裂缝。v各条裂缝宽度，在同一荷载下相等。各条裂缝宽度，在同一荷载下相等。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算钢钢筋筋重重心心处处裂裂缝缝宽宽度度m等等于于两两条条相相邻邻裂裂缝缝之之间间钢钢筋筋与与砼砼伸长之差：伸长之差：sm、cm分别为裂缝间钢筋及砼的平均应变；分别为裂缝间钢筋及砼的平均应变；lcr裂缝间距。裂缝间距。砼的拉伸变形极小，略去不计：砼的拉伸变形极小，略去不计：第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算v裂裂缝缝截截面面钢钢筋筋应应变变s最最大大，非非裂裂缝缝截截面面钢钢筋筋应应变变减减小小，钢筋的平均应变钢筋的平均应变sm比裂缝截面钢筋应变比裂缝截面钢筋应变s小。小。v用用受受拉拉钢钢筋筋应应变变不不均均匀匀系系数数表表示示裂裂缝缝间间因因砼砼承承受受拉拉力对钢筋应变的影响，力对钢筋应变的影响，=sm/s。裂缝宽度主要取决于裂缝截面钢筋应力裂缝宽度主要取决于裂缝截面钢筋应力s，裂缝间距，裂缝间距lcr和钢筋应变不均匀系数和钢筋应变不均匀系数也是两个重要的参数。也是两个重要的参数。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算1 s值值轴拉构件轴拉构件2 lcr 值值mlcr范范围围内内纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋与砼的平均粘结应力；与砼的平均粘结应力；u纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋截截面面总总周周长长，u=nd，n和和d为为钢钢筋筋的的根根数和直径。数和直径。脱离体两端拉力差由粘结力平衡：脱离体两端拉力差由粘结力平衡：Ate有效受拉砼截面面积有效受拉砼截面面积 第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算v粘结滑移理论粘结滑移理论推求出的推求出的 lcr与钢筋直径与钢筋直径d及有效配筋率及有效配筋率teAsAte有关。有关。v无滑移理论无滑移理论认为保护层厚度认为保护层厚度c是影响构件表面裂缝宽度的是影响构件表面裂缝宽度的主要因素。保护层越厚，裂缝间距越大。主要因素。保护层越厚，裂缝间距越大。v综合理论综合理论既考虑既考虑c的影响，也考虑的影响，也考虑d及及te的影响。的影响。tecrdK0lr=第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算3值值v=sm/s，反映裂缝间受拉砼参与工作的程度。，反映裂缝间受拉砼参与工作的程度。v1。越小，砼参与承受拉力的程度越大；越小，砼参与承受拉力的程度越大；越大，砼承受拉力的程度越小，越大，砼承受拉力的程度越小，1，砼脱离工作。砼脱离工作。v影响影响的因素除钢筋应力外，还与砼抗拉强度、配筋率、的因素除钢筋应力外，还与砼抗拉强度、配筋率、钢筋与砼的粘结性能、荷载作用的时间和性质等有关。钢筋与砼的粘结性能、荷载作用的时间和性质等有关。v准确计算十分复杂，根据试验资料给出半理论半经验计准确计算十分复杂，根据试验资料给出半理论半经验计算公式算公式:试验常数。试验常数。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算(三三)最大裂缝宽度最大裂缝宽度maxv砼质量不均匀，裂缝间距有疏有密，宽度有大有小。砼质量不均匀，裂缝间距有疏有密，宽度有大有小。v用最大宽度衡量是否超过允许值。用最大宽度衡量是否超过允许值。v荷载长期作用下裂缝宽度有所增长。荷载长期作用下裂缝宽度有所增长。v考虑裂缝随机性，钢筋品种，构件受力特征等因素的综合考虑裂缝随机性，钢筋品种，构件受力特征等因素的综合 影响。影响。三、三、水工砼结构设计规范水工砼结构设计规范的裂缝宽度验算公式的裂缝宽度验算公式 配置带肋钢筋的矩形、配置带肋钢筋的矩形、T形及工形截面的钢筋砼受拉、形及工形截面的钢筋砼受拉、受弯和偏心受压构件，按荷载效应标准组合下的最大裂缝宽受弯和偏心受压构件，按荷载效应标准组合下的最大裂缝宽度：度：crssmlEsywwmax=maxw30+(sskEsa07.0c)tedr+=第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算 Ate有效受拉砼截面面积；有效受拉砼截面面积；(受弯、偏拉及大偏压：受弯、偏拉及大偏压：Ate 2ab，a为为As重心至截面受拉重心至截面受拉边缘的距离，边缘的距离，b为矩形截面的宽度；为矩形截面的宽度；有受拉翼缘的倒有受拉翼缘的倒T形及工形截面，形及工形截面，b为受拉翼缘宽度；为受拉翼缘宽度；轴拉：轴拉：取取2als，ls为沿截面周边配置的受拉钢筋重心连线的为沿截面周边配置的受拉钢筋重心连线的总长度总长度)；考虑构件受力特征和荷载长期作用的综合影响系数；考虑构件受力特征和荷载长期作用的综合影响系数；第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算c最外排纵向受拉筋外缘至拉区底边的距离最外排纵向受拉筋外缘至拉区底边的距离(mm)，c 65mm，c65mm；d受拉钢筋直径受拉钢筋直径(mm)，用不同直径时，改用换算直径用不同直径时，改用换算直径4Asu,u为钢筋总为钢筋总 周长；周长；te纵向受拉钢筋的有效配筋率，纵向受拉钢筋的有效配筋率，teAsAte，te 0.03，te=0.03；As拉区纵向钢筋截面面积；拉区纵向钢筋截面面积；受弯、偏拉及大偏压：受弯、偏拉及大偏压：取拉区纵筋面积；取拉区纵筋面积；全截面受拉的偏拉：全截面受拉的偏拉：取拉应力大一侧的钢筋面积；取拉应力大一侧的钢筋面积；轴拉：轴拉：取全部纵筋面积。取全部纵筋面积。sk按荷载标准值计算的构件纵向受拉筋应力。按荷载标准值计算的构件纵向受拉筋应力。偏压构件当偏压构件当e0h00.55时，裂缝宽度小，不必验算。时，裂缝宽度小，不必验算。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算纵向受拉钢筋应力纵向受拉钢筋应力（1）轴拉构件）轴拉构件Nk由荷载标准值计算得到的轴向拉力值。由荷载标准值计算得到的轴向拉力值。（2）受弯构件）受弯构件Mk由荷载标准值计算得到的弯矩值。由荷载标准值计算得到的弯矩值。skskAN=sskskAhM087.0=s第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算纵向受拉钢筋应力纵向受拉钢筋应力（3）大偏心受压构件）大偏心受压构件（4）偏心受拉构件（矩形截面）偏心受拉构件（矩形截面）第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算 对于非杆件体系钢筋混凝土结构的裂缝宽度验算方法，现对于非杆件体系钢筋混凝土结构的裂缝宽度验算方法，现行水工混凝土结果设计规范规定可通过限制钢筋应力的办法间行水工混凝土结果设计规范规定可通过限制钢筋应力的办法间接控制结构的裂缝宽度。接控制结构的裂缝宽度。一般情况下，按荷载标准值计算得到的受拉钢筋应力一般情况下，按荷载标准值计算得到的受拉钢筋应力sk宜宜满足：满足：sk -结构按线弹性体计算时，由荷载标准值计算得出的受结构按线弹性体计算时，由荷载标准值计算得出的受 拉钢筋应力。拉钢筋应力。s-考虑环境影响和荷载长期作用的综合影响系数，在考虑环境影响和荷载长期作用的综合影响系数，在 0.5-0.7之间取值，对一类环境取大值，对四类环境取之间取值，对一类环境取大值，对四类环境取 小值。小值。影响裂缝宽度的主要因素是影响裂缝宽度的主要因素是钢筋应力钢筋应力。钢筋的。钢筋的直径、外形、直径、外形、砼砼保护层厚度及配筋率保护层厚度及配筋率也是较重要的因素。砼强度对裂缝宽也是较重要的因素。砼强度对裂缝宽度无显著影响。度无显著影响。普通钢筋砼结构中，普通钢筋砼结构中，不宜采用高强钢筋不宜采用高强钢筋。采用采用细而密、变形细而密、变形钢筋，可使裂缝间距及裂缝宽度减小。钢筋，可使裂缝间距及裂缝宽度减小。解决荷载裂缝问题的最有效方法是采用解决荷载裂缝问题的最有效方法是采用预应力钢筋砼预应力钢筋砼。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 裂缝开展宽度的验算设计时要求：设计时要求：v最大裂缝宽度允许值最大裂缝宽度允许值见附录五表见附录五表1。v取值主要考虑结构构件的耐久性和使用者心理。取值主要考虑结构构件的耐久性和使用者心理。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 概 述第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 变 形 验 算第三节第三节 变变 形形 验验 算算材料力学材料力学匀质弹性材料梁，挠度计算公式匀质弹性材料梁，挠度计算公式l0、EI梁的计算跨度和截面抗弯刚度。梁的计算跨度和截面抗弯刚度。抗弯刚度抗弯刚度EI 体现了截面抵抗弯曲变形的能力，匀质弹性体现了截面抵抗弯曲变形的能力，匀质弹性材料材料EI为常数，为常数，M-f关系为直线。关系为直线。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 变 形 验 算(1)裂缝出现前，裂缝出现前，M-f 接近直线。接近直线。(2)出现裂缝后，出现转折点出现裂缝后，出现转折点A。砼塑性发展，变形模量降低；截面开裂，抗弯刚度降低。砼塑性发展，变形模量降低；截面开裂，抗弯刚度降低。(3)钢筋屈服，出现第二个转折点钢筋屈服，出现第二个转折点C，截面刚度急剧降低。，截面刚度急剧降低。由于砼开裂、弹塑性应力由于砼开裂、弹塑性应力-应变关系和钢筋屈服等影响，应变关系和钢筋屈服等影响，钢筋砼钢筋砼适筋梁适筋梁的的M-f 关系不再是直线关系不再是直线。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 变 形 验 算v钢筋砼梁，钢筋砼梁，用抗弯刚度用抗弯刚度B代替代替EI，B随随M增大而减小。增大而减小。v刚度刚度B确定后可用材料力学公式计算梁的挠度。确定后可用材料力学公式计算梁的挠度。v水工规范对钢筋砼梁抗弯刚度采用简化计算方法。水工规范对钢筋砼梁抗弯刚度采用简化计算方法。一、受弯构件的短期刚度一、受弯构件的短期刚度Bs (一一)不出现裂缝的构件不出现裂缝的构件v实际挠度比按弹性体算得的数值大。实际挠度比按弹性体算得的数值大。v砼受拉发生塑性，实际弹模降低，截面未削弱，砼受拉发生塑性，实际弹模降低，截面未削弱，I值不受影响。值不受影响。v将刚度将刚度EI修正可反映不出现裂缝的钢筋砼梁工作情况。修正可反映不出现裂缝的钢筋砼梁工作情况。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 变 形 验 算刚度刚度EI用用Bs值代替：值代替：Bs不出现裂缝的钢筋砼受弯构件的短期刚度；不出现裂缝的钢筋砼受弯构件的短期刚度；Ec砼的弹模；砼的弹模；I0换算截面对其重心轴的惯性矩；换算截面对其重心轴的惯性矩；0.85考虑砼出现塑性时弹模降低的系数。考虑砼出现塑性时弹模降低的系数。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 变 形 验 算(二二)出现裂缝的构件出现裂缝的构件 短短期期刚刚度度以以材材料料力力学学梁梁的的挠挠度度公公式式为为基基础础，根根据据试试验验，以以E为主要参数进行回归分析为主要参数进行回归分析，Bs与与E为线性关系。为线性关系。矩形、矩形、T形及工形截面构件的短期刚度：形及工形截面构件的短期刚度：纵向拉筋的配筋率；纵向拉筋的配筋率；f受压翼缘面积与腹板有效面积的比值；受压翼缘面积与腹板有效面积的比值；f受拉翼缘面积与腹板有效面积的比值。受拉翼缘面积与腹板有效面积的比值。30)12.055.01)(28.0025.0(bhEBcffEsggra+=+第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 变 形 验 算二、受弯构件的长期刚度二、受弯构件的长期刚度Bv长期荷载下，压区砼徐变使挠度随时间增大。长期荷载下，压区砼徐变使挠度随时间增大。v砼收缩引起梁刚度降低，挠度增大。砼收缩引起梁刚度降低，挠度增大。拉区钢筋较多而压区很少或未配，压区砼自由收缩，梁拉区钢筋较多而压区很少或未配，压区砼自由收缩，梁上部缩短。拉区砼收缩受钢筋约束，砼受拉，可出现裂缝。上部缩短。拉区砼收缩受钢筋约束，砼受拉，可出现裂缝。v影响砼徐变和收缩的因素如影响砼徐变和收缩的因素如受压钢筋的配筋率，加荷龄受压钢筋的配筋率，加荷龄期，荷载的大小及持续时间期，荷载的大小及持续时间等对长期挠度的增长有影响。等对长期挠度的增长有影响。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 变 形 验 算考虑荷载长期作用对梁挠度影响的方法考虑荷载长期作用对梁挠度影响的方法考虑砼徐变及收缩的影响计算长期刚度，或直考虑砼徐变及收缩的影响计算长期刚度，或直接计算荷载长期作用产生的挠度增长和自由收接计算荷载长期作用产生的挠度增长和自由收缩引起的翘曲；缩引起的翘曲；试验结果确定荷载长期作用的挠度增大系数试验结果确定荷载长期作用的挠度增大系数，采用采用值计算长期刚度。值计算长期刚度。值为荷载长期作用值为荷载长期作用的挠度与即时产生的挠度的比值。的挠度与即时产生的挠度的比值。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 变 形 验 算规范采用第规范采用第种方法。种方法。值按下式计算值按下式计算、为受压筋和受拉筋的配筋率。为受压筋和受拉筋的配筋率。(As/bho，As/bho)0，=2.0；，1.6；为中间值，为中间值，按直线内插。按直线内插。翼缘位于拉区的倒翼缘位于拉区的倒T形截面，挠度增大系数形截面，挠度增大系数乘以乘以1.2。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 变 形 验 算 Bs短期刚度；短期刚度；Mk、Ml由荷载效应标准组合及长期组合计算的弯矩值；由荷载效应标准组合及长期组合计算的弯矩值；考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数。考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数。矩形、矩形、T形及工形截面受弯构件的长期刚度形及工形截面受弯构件的长期刚度B荷载效应标准组合并考虑部分荷载的长期作用的影响荷载效应标准组合并考虑部分荷载的长期作用的影响注：在水工混凝土结构设计中，挠度验算一般都不是控制条件，上述注：在水工混凝土结构设计中，挠度验算一般都不是控制条件，上述简化是可行的。简化是可行的。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 变 形 验 算f为挠度允许值为挠度允许值。主要从以下几个方面考虑：。主要从以下几个方面考虑：1、保证结构的使用功能要求保证结构的使用功能要求。过大的变形将影响甚至丧失结构构件使。过大的变形将影响甚至丧失结构构件使用功能，如支承精密仪器设备的梁板结构挠度过大，难以使仪器保用功能，如支承精密仪器设备的梁板结构挠度过大，难以使仪器保持水平；屋面结构挠度过大会造成积水产生渗漏；吊车梁和桥梁的持水平；屋面结构挠度过大会造成积水产生渗漏；吊车梁和桥梁的过大变形会妨碍吊车和车辆的正常运行等。过大变形会妨碍吊车和车辆的正常运行等。2、防止对结构构件产生不良影响防止对结构构件产生不良影响。支承在砖墙上的梁端产生过大转角，。支承在砖墙上的梁端产生过大转角，使支承面积减小、支承反力偏心增大，引起墙体开裂。使支承面积减小、支承反力偏心增大，引起墙体开裂。3、防止对非结构构件产生不良影响防止对非结构构件产生不良影响。结构变形过大会使门窗等不能正。结构变形过大会使门窗等不能正常开关，导致隔墙、天花板的开裂或损坏。常开关，导致隔墙、天花板的开裂或损坏。4、保证使用者的感觉在可接受的程度之内保证使用者的感觉在可接受的程度之内。过大振动、变形会引起使。过大振动、变形会引起使用者的不适或不安全感。用者的不适或不安全感。三、受弯构件的挠度计算三、受弯构件的挠度计算v将将B代替代替EI，挠度值按材料力学公式求得。，挠度值按材料力学公式求得。v挠度计算值不应超过附录五表挠度计算值不应超过附录五表3规定的限值。规定的限值。由于弯矩沿梁长是变化的，由于弯矩沿梁长是变化的，抗弯刚度沿梁长也是变化的抗弯刚度沿梁长也是变化的。但按变刚度梁来计算挠度变但按变刚度梁来计算挠度变形很麻烦。形很麻烦。规范规范为简化起见，取同为简化起见，取同号弯矩区段的最大弯矩截面号弯矩区段的最大弯矩截面处的刚度处的刚度B，按等刚度梁来按等刚度梁来计算。计算。计算计算B，简支梁简支梁取跨中截面取跨中截面的刚度，即的刚度，即按跨中截面取；按跨中截面取；悬臂梁悬臂梁按支座截面取；按支座截面取；等等截面连续构件截面连续构件，取跨中和支，取跨中和支座截面刚度的平均值。座截面刚度的平均值。“最小刚度原则最小刚度原则”第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 变 形 验 算第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 变 形 验 算v一端简支一端固定梁一端简支一端固定梁成成为变刚度为变刚度Bs1和和Bs2的梁，需的梁，需确定反弯点的位置，采用确定反弯点的位置，采用分段积分的方法求该梁的分段积分的方法求该梁的挠度，计算复杂，不便于挠度，计算复杂，不便于设计。设计。v为方便计算，取跨中和为方便计算，取跨中和支座截面刚度的均值作为支座截面刚度的均值作为该梁的刚度，视为等刚度该梁的刚度，视为等刚度梁，用材料力学公式求出梁，用材料力学公式求出梁的挠度。梁的挠度。v挠度不满足，增加截面尺寸、提高砼强度等级、增加配挠度不满足，增加截面尺寸、提高砼强度等级、增加配筋量及选用合理的截面筋量及选用合理的截面(如如T形或工形等形或工形等)都可提高构件的都可提高构件的刚度。刚度。v合理有效的措施是增大截面的高度。合理有效的措施是增大截面的高度。耐久性耐久性耐久性耐久性是指结构在指定的工作环境中，正常使用和维护是指结构在指定的工作环境中，正常使用和维护是指结构在指定的工作环境中，正常使用和维护是指结构在指定的工作环境中，正常使用和维护条件下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力。条件下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力。条件下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力。条件下，随时间变化而仍能满足预定功能要求的能力。一、混凝土结构耐久性的概念一、混凝土结构耐久性的概念一、混凝土结构耐久性的概念一、混凝土结构耐久性的概念 第四节第四节 混凝土结构的耐久性要求混凝土结构的耐久性要求对于一般建筑结构，设计工作寿命为对于一般建筑结构，设计工作寿命为5050年年，重要的建筑物可取，重要的建筑物可取100100年年。二、混凝土结构的耐久性要求二、混凝土结构的耐久性要求二、混凝土结构的耐久性要求二、混凝土结构的耐久性要求结构的耐久性结构的耐久性结构的耐久性结构的耐久性与结构所处的环境类别、结构使用条件、结构与结构所处的环境类别、结构使用条件、结构与结构所处的环境类别、结构使用条件、结构与结构所处的环境类别、结构使用条件、结构形式和细部构造、结构表面保护措施以及施工质量等有关系。形式和细部构造、结构表面保护措施以及施工质量等有关系。形式和细部构造、结构表面保护措施以及施工质量等有关系。形式和细部构造、结构表面保护措施以及施工质量等有关系。结构耐久性设计的基本原则结构耐久性设计的基本原则结构耐久性设计的基本原则结构耐久性设计的基本原则是根据结构或构件所处的环境及是根据结构或构件所处的环境及是根据结构或构件所处的环境及是根据结构或构件所处的环境及腐蚀