第十章钢筋混凝土结构的适用性和耐久性陕西理工学院.pptx

1第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助第第10章章钢筋混凝土结构的钢筋混凝土结构的适用性和耐久性适用性和耐久性第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助本章重点本章重点掌握掌握受弯构件裂缝宽度的验算方法受弯构件裂缝宽度的验算方法；掌握掌握受弯构件截面刚度计算与变形验算方法受弯构件截面刚度计算与变形验算方法。了解钢筋混凝土结构的耐久性设计要求了解钢筋混凝土结构的耐久性设计要求。了解受弯构件竖向弯曲裂缝的出现和开展过程了解受弯构件竖向弯曲裂缝的出现和开展过程；第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助10.1概概概概 述述述述v构件的裂缝宽度和挠度验算属于正常使用极限状态。构件的裂缝宽度和挠度验算属于正常使用极限状态。v挠度过大影响使用功能，不能保证适用性挠度过大影响使用功能，不能保证适用性;而裂缝宽度过大，则同时影响使用功能和耐久性。而裂缝宽度过大，则同时影响使用功能和耐久性。裂缝裂缝荷载引起的裂缝：荷载引起的裂缝：非荷载引起的裂缝：非荷载引起的裂缝：由材料收缩、温度变化、钢由材料收缩、温度变化、钢筋锈蚀后体积增大、地基不筋锈蚀后体积增大、地基不均匀沉降等产生的裂缝。均匀沉降等产生的裂缝。(约占约占80%)与构件的受力特征有关与构件的受力特征有关。(约占约占20%)第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助NkNkNkNkNkNke0e0Tk(a)(b)(c)(e)(d)TkMkMk（a)轴心受拉轴心受拉；(b)偏心受拉偏心受拉；(c)偏心受压偏心受压；(d)受弯和受剪受弯和受剪；(e)受扭。受扭。第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助通常，裂缝宽度和挠度一般可分别用控制通常，裂缝宽度和挠度一般可分别用控制最大钢筋直径最大钢筋直径和和最大跨高比最大跨高比来控制，只有在构件来控制，只有在构件截面尺寸小、钢筋应力大时进行验算。截面尺寸小、钢筋应力大时进行验算。为防止温度应力过大引起的开裂，规定了为防止温度应力过大引起的开裂，规定了伸缩缝之间的伸缩缝之间的最大间距最大间距。为防止由于钢筋周围混凝土过快地碳化失为防止由于钢筋周围混凝土过快地碳化失去对钢筋的保护作用，出现锈胀引起的沿去对钢筋的保护作用，出现锈胀引起的沿钢筋纵向的裂缝，规定了钢筋的混凝土保钢筋纵向的裂缝，规定了钢筋的混凝土保护层的护层的最小厚度最小厚度。非非荷荷载载引引起起的的裂裂缝缝第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助v 与承载能力极限状态设计相比，正常使用极限状与承载能力极限状态设计相比，正常使用极限状 态设计的目标可靠度可以相对较低。态设计的目标可靠度可以相对较低。C结构构件达到正常使用要求的结构构件达到正常使用要求的规定限值规定限值、裂、裂缝宽度和变形限值。缝宽度和变形限值。v 裂缝宽度和变形的验算表达式如下：裂缝宽度和变形的验算表达式如下：SC10-1S 结构构件按荷载效应的标准组合、准永久组结构构件按荷载效应的标准组合、准永久组合或标准组合并考虑长期作用影响得到的合或标准组合并考虑长期作用影响得到的裂裂缝宽度或变形值缝宽度或变形值；式中式中第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助10-2荷载效应的标准组合为：荷载效应的标准组合为：10-3荷载效应的准永久组合为：荷载效应的准永久组合为：在进行荷载效应计算时，荷载组合有两种情况：在进行荷载效应计算时，荷载组合有两种情况：第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助10.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算裂缝宽度验算裂缝宽度验算裂缝的控制等级分为三级，钢筋混凝土结构构件裂缝的控制等级分为三级，钢筋混凝土结构构件进行裂缝宽度的验算。进行裂缝宽度的验算。10.2.1验算公式验算公式10-4按荷载效应标准值组合并考虑长期作用影响计按荷载效应标准值组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度；算的最大裂缝宽度；最大裂缝宽度的限值。对此建筑工程、公路最大裂缝宽度的限值。对此建筑工程、公路桥涵工程有不同的要求。桥涵工程有不同的要求。第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助10.2.2wmax的计算方法的计算方法规范的思路：规范的思路：得到最大裂缝宽度得到最大裂缝宽度wmax若干假定若干假定根据裂缝出现机理根据裂缝出现机理建立理论公式，计算平均裂缝宽度建立理论公式，计算平均裂缝宽度wm按试验资料确定扩大系数按试验资料确定扩大系数第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助1.裂缝的出现和开展裂缝的出现和开展当当 c ftk，在某一薄弱环节第一条裂缝出现，在某一薄弱环节第一条裂缝出现，由于钢筋和混凝土之间的粘结，混凝土应力逐渐增加由于钢筋和混凝土之间的粘结，混凝土应力逐渐增加至至ftk出现第二批裂缝，一直到裂缝之间的距离近到不出现第二批裂缝，一直到裂缝之间的距离近到不足以使粘结力传递至混凝土达到足以使粘结力传递至混凝土达到ftk完成裂缝出现完成裂缝出现的全部过程的全部过程。出现：当当荷荷载载继继续续增增加加到到Nk，在在一一个个裂裂缝缝间间距距范范围围内内由由钢钢筋筋与与混混凝凝土土应应变变差差的的累累积积量量，即即形形成成了了裂裂缝缝宽宽度。度。开展：第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助2.平均裂缝宽度平均裂缝宽度wmNcr+N211Ncr+N 分布ftksmss(b)(c)(d)(e)123ftkNkNk(a)裂缝宽度等于裂缝裂缝宽度等于裂缝间距范围内钢筋和混间距范围内钢筋和混凝土的变形差凝土的变形差；v粘结粘结-滑移理论：滑移理论：第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助我国我国规范规范是建立在粘结是建立在粘结滑移理论和无滑滑移理论和无滑移理论的基础上，移理论的基础上，结合大量试验结果得到的结合大量试验结果得到的半理论半理论半经验半经验公式。公式。构件表面裂缝宽度构件表面裂缝宽度主要是由钢筋周围的主要是由钢筋周围的混凝土回缩形成的混凝土回缩形成的；v 无滑移理论无滑移理论第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助式中：式中：sm=sk c 取 0.85lcr+cmlcrlcr+smlcrmm(a)cscmsmssc分布s分布(c)(b)10-5第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助10-6平均裂缝间距平均裂缝间距lmc 保护层厚度保护层厚度；deq 纵向受拉钢筋的等效直径，纵向受拉钢筋的等效直径，mm；式中：式中：与受力特性有关的系数与受力特性有关的系数轴心受拉轴心受拉 =1.1受弯、偏心受压受弯、偏心受压 =1.05偏拉偏拉 =1.0第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助 i 纵向受拉钢筋的表面特征系数纵向受拉钢筋的表面特征系数光面光面:=1.0带肋带肋:=0.7hh/2bbfhfh/2hbbbfhfh/2hhfbfh/2hbhfbf(a)(b)(c)(d)te 截面的有效配筋率，截面的有效配筋率，te=As/Ateni 第第i种纵向受拉钢筋的根数种纵向受拉钢筋的根数；第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助(0.2 1.0)10-7 钢筋应力不均匀系数钢筋应力不均匀系数Ate倒T形截面第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助裂缝截面处钢筋应力裂缝截面处钢筋应力 sk10-8轴心受拉轴心受拉：10-9受受 弯：弯：10-10偏心受拉偏心受拉：10-11偏心受压偏心受压：第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助0.87h0h0NkskAsMkCskAsee0eNkh0asAsAseke0kAsAskAsCCcZskAsNk(a)(b)(c)(d)CskAsskAs第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助wmax=s l wm偏心受拉轴心受拉cr=2.7cr=2.4受弯、偏压cr=2.13.最大裂缝宽度最大裂缝宽度wmax扩大系数荷载长期效应裂缝扩大系数构件受力特征系数10-4wmax=0.85s l cr第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助10.2.3减小裂缝宽度的措施减小裂缝宽度的措施优先选择带肋钢筋；优先选择带肋钢筋；选择直径较小的钢筋；选择直径较小的钢筋；增加钢筋用量。增加钢筋用量。当计算裂缝宽度超过裂缝宽度的限值时，从最大当计算裂缝宽度超过裂缝宽度的限值时，从最大裂缝计算公式可知，常见的减小裂缝宽度的措施有：裂缝计算公式可知，常见的减小裂缝宽度的措施有：第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助钢筋混凝土梁的挠度与弯矩的关系是非线性的。钢筋混凝土梁的挠度与弯矩的关系是非线性的。10.3受弯构件挠度计算受弯构件挠度计算受弯构件挠度计算受弯构件挠度计算21(a)Maf0(b)EI2EI(B)M01线性；线性；2非线性。非线性。第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助Bs荷载效应标准组合下的受弯构件荷载效应标准组合下的受弯构件的短期刚度的短期刚度B按按荷载效应标准组合并考虑荷载长荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响的抗弯刚度期作用影响的抗弯刚度B钢筋混凝土梁的挠度钢筋混凝土梁的挠度计算计算对于简支梁承受均布荷载作用时，其跨中挠度：对于简支梁承受均布荷载作用时，其跨中挠度：用材料力学的公式：用材料力学的公式：第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助1.短期刚度短期刚度Bs的计算的计算rMsocoaacsash0Msbblcr10-15式中：式中：第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助产生随时间增大的挠度2.长期刚度长期刚度B的计算的计算产生短期的挠度B将弯矩分成两部分：将弯矩分成两部分：第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助10-16Mk荷载效应荷载效应标准标准组合组合计计算的弯矩算的弯矩值；值；Mq荷载效应准永久组合荷载效应准永久组合计计算的弯矩算的弯矩值；值；挠度增大系数挠度增大系数，=2.00.4 /；Bs短期刚度按式短期刚度按式(10-15)计算。计算。第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助3.最小刚度原则最小刚度原则v受弯构件在正常使用状态下，沿长度方向的刚度是受弯构件在正常使用状态下，沿长度方向的刚度是变化的。变化的。v取同一弯矩符号区段内的最小刚度作为等刚度，按取同一弯矩符号区段内的最小刚度作为等刚度，按材料力学的方法计算。材料力学的方法计算。B1minBBminMBminMlmaxBAgk+qk(a)(b)-+gk+qkBminBmin(a)(b)第10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助4.图表法图表法=1 MGk /Mk MGk永久荷载标准值产生的弯矩永久荷载标准值产生的弯矩Mk荷载短期效应组合产生的弯矩荷载短期效应组合产生的弯矩v实际上是限制跨高比实际上是限制跨高比l0/h0。v提高刚度的有效措施提高刚度的有效措施h0 v或或As 增加增加 l0/h03020100.40.81.21.62.0(%)=1.0第 10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助10.4混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性v混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理作用下，满足在规定的设计使用年限内不出现无法接受作用下，满足在规定的设计使用年限内不出现无法接受的承载力减小、使用功能降低和不能接受的外观破损等的承载力减小、使用功能降低和不能接受的外观破损等的耐久性要求。的耐久性要求。v耐久性是指结构在规定的工作环境中，在预期的耐久性是指结构在规定的工作环境中，在预期的使用年限内，在正常维护条件下，不需要进行大修就使用年限内，在正常维护条件下，不需要进行大修就能完成预定功能的能力。能完成预定功能的能力。第 10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助v对于一般建筑结构，设计使用年限为对于一般建筑结构，设计使用年限为50年，重要年，重要的建筑物可取的建筑物可取100年。年。第 10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助第 10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助第 10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助第 10 章混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主页页目目录录上一章上一章下一章下一章帮帮助助