钢筋混凝土构件变形裂缝.pptx

991 1 概述概述 安全性安全性适用性适用性耐久性耐久性结构功能结构功能承载力承载力极限状态极限状态正常使用正常使用极限状态极限状态本章主要讲述的是本章主要讲述的是正常使用极限状。正常使用极限状。安全性安全性 是是结结构构在在设设计计使使用用期期限限内内，应应能能承承受受正正常常施施工工、正正常常使使用用时时可可能能出出现现的的各各种种作作用用的的能能力力。在在作作用用（如如地地震震）或或偶偶然然事事件件（如如爆爆炸炸）发发生生时时及及发发生生后后，结构能保持整体稳定，不致发生连续倒塌。结构能保持整体稳定，不致发生连续倒塌。安安全全性性是是通通过过承承载载力力的的计计算算和和构构造造措措施施来来保保证证的的，前前面面几几章章对对拉拉、压压、弯弯、剪剪、扭扭及及其其复复合合受受力力状状态态的的承承载载力力计计算算公公式式和和相相应应的的构构造造措措施施做做了了系系统统介绍。介绍。拉拉弯弯压压剪剪扭扭简单受简单受力状态力状态偏心受拉偏心受拉偏心受压偏心受压复合受复合受力状态力状态剪扭剪扭弯扭弯扭弯剪扭弯剪扭压弯剪扭压弯剪扭适用性适用性 结结构构的的适适用用性性是是通通过过正正常常使使用用极极限限状状态态的的验验算算来来满满足足的的，包包括括裂裂缝缝和和变变形形的的验验算算。通通过过计计算算使裂缝宽度和变形不超过规范规定的限值。使裂缝宽度和变形不超过规范规定的限值。是是结结构构在在正正常常使使用用荷荷载载作作用用下下具具有有良良好好的的工工作作性性能能，如如不不产产生生影影响响使使用用的的过过大大挠挠度度或或振振幅幅，不不产生让使用者感到不安的裂缝等。产生让使用者感到不安的裂缝等。结结构构构构件件不不满满足足正正常常使使用用极极限限状状态态的的危危害害性性要要小小，其其相相应应的的可可靠靠指指标标值值相相对对要要求求较较小小，故故裂裂缝缝宽宽度度及及变变形形的的计计算算时时采采用用荷荷载载标标准准值值和和材材料料强强度的标准值度的标准值。为为了了方方便便，验验算算裂裂缝缝宽宽度度及及变变形形时时，只只按按荷荷载载效应的标准组合并考虑长期作用的影响效应的标准组合并考虑长期作用的影响进行计算进行计算。构构件件的的变变形形及及裂裂缝缝宽宽度度都都随随时时间间而而增增大大，对对于于正正常常使使用用极极限限状状态态，应应按按荷荷载载效效应应的的标标准准组组合合及及准永久组合准永久组合分别加以验算。分别加以验算。耐久性耐久性 结结构构在在所所处处的的工工作作环环境境中中，在在设设计计使使用用年年限限内内，在在正正常常维维护护条条件件下下不不需需要要进进行行大大修修就就能能完完成成预预定定功功能能的的能能力力。如如混混凝凝土土不不发发生生严严重重风风化化、腐腐蚀蚀、脱脱落落，钢筋不发生锈蚀等。钢筋不发生锈蚀等。耐耐久久性性是是通通过过满满足足耐耐久久性性规规定定与与规规范范限限值值(如如混混凝凝土土保保护护层层最最小小厚厚度度、最最低低混混凝凝土土强强度度等等级级等等)实实现现的的。混混凝凝土土结结构构应应根根据据使使用用环环境境类类别别和和设设计计使使用用年限年限进行耐久性设计。进行耐久性设计。992 2 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算钢筋混凝土构件裂缝宽度验算 裂缝裂缝裂缝裂缝微观裂缝微观裂缝宏观裂缝宏观裂缝变形引起的裂缝变形引起的裂缝荷载引起的裂缝荷载引起的裂缝裂裂 缝缝 宽宽 度度验验算算主主要要指指的的是是荷荷载载引引起起的的裂缝。裂缝。裂缝宽度裂缝宽度 是是指指受受拉拉钢钢筋筋重重心心水水平平处处构构件件侧侧表表面面上上的的混混凝凝土土的的裂裂缝宽度缝宽度试试验验量量测测表表明明，沿沿裂裂缝缝深深度度，裂裂缝缝宽宽度度是是不不相相等等的的，由由于于受受到到钢钢筋筋的的约约束束，近近钢钢筋筋处处回回缩缩变变形形小，构件表面处回缩大。小，构件表面处回缩大。裂缝特点裂缝特点 1 1 在在使使用用荷荷载载作作用用下下，对对于于工工作作在在正正常常使使用用阶阶段段的的受弯构件来讲，处于受弯全过程的第受弯构件来讲，处于受弯全过程的第阶段，此时阶段，此时:裂缝基本裂缝基本“出齐出齐”，即裂缝的分布处于，即裂缝的分布处于稳定状态稳定状态。由由于于材材料料的的不不均均匀匀性性以以及及截截面面尺尺寸寸的的偏偏差差等等因因素素的的影影响响，裂裂缝缝的的出出现现具具有有某某种种程程度度的的偶偶然然性性，因因而而裂裂缝出现的间距和宽度是不均匀的。缝出现的间距和宽度是不均匀的。平平均均裂裂缝缝间间距距和和平平均均裂裂缝缝宽宽度度是是有有规规律律性性的的，平平均裂缝宽度与最大裂缝宽度之间也具有一定的均裂缝宽度与最大裂缝宽度之间也具有一定的规律性规律性。2 2当荷载长期作用时当荷载长期作用时 由由于于混混凝凝土土的的滑滑移移徐徐变变和和拉拉应应力力的的松松驰驰，将将导导致致裂裂缝缝间间受受拉拉混混凝凝土土不不断断退退出出工工作作，使使裂裂缝缝开开展展宽度增大宽度增大；混混凝凝土土的的收收缩缩使使裂裂缝缝间间混混凝凝土土的的长长度度缩缩短短，这也会引起裂缝的进一步开展。这也会引起裂缝的进一步开展。裂缝控制等级裂缝控制等级 结结构构构构件件正正截截面面的的裂裂缝缝控控制制分分为为三三级级。裂裂缝缝控控制等级的划分应符合下列规定：制等级的划分应符合下列规定：一一级级 严严格格要要求求不不出出现现裂裂缝缝的的构构件件，按按荷荷载载效效应应标标准准组组合合计计算算时时，构构件件受受拉拉边边缘缘混混凝凝土土不不应应产产生生拉拉应应力；力；二级二级 一般要求不出现裂缝的构件，按荷载效应标一般要求不出现裂缝的构件，按荷载效应标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大准组合计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土抗拉强度标准值；而按荷载效应准永久组于混凝土抗拉强度标准值；而按荷载效应准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力；合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力；三三级级 允允许许出出现现裂裂缝缝的的构构件件，按按荷荷载载效效应应标标准准组组合合并并考考虑虑长长期期作作用用影影响响计计算算时时，构构件件的的最最大大裂裂缝缝宽宽度不应超过表度不应超过表9-1规定的最大裂缝宽度限值。规定的最大裂缝宽度限值。对对于于预预应应力力混混凝凝土土结结构构构构件件，处处于于一一类类环环境境时时，可可允允许许开开裂裂，应应进进行行最最大大裂裂缝缝宽宽度度的的验验算算；处处于于二二、三三类类环环境境时时，不不允允许许出出现现裂裂缝缝，应应分分别别以以二二级级及及一一级级裂裂缝缝控控制制等等级级验算；验算；钢钢筋筋混混凝凝土土构构件件的的裂裂缝缝控控制制等等级级均均为为三三级级，即即钢钢筋筋混混凝土构件均需进行裂缝宽度验算予以保证。凝土构件均需进行裂缝宽度验算予以保证。平均裂缝间距平均裂缝间距 裂裂缝缝出出现现后后，开开裂裂截截面面砼砼向向裂裂缝缝两两侧侧回回缩缩，在在回回缩缩的的那那一一段段长长度度l中中，砼砼与与钢钢筋筋之之间间有有相相对对滑滑移移，产产生生粘粘结结应应力力。通通过过粘粘结结应应力力的的作作用用，随随着着离离裂裂缝缝截截面面距距离离的的增增大大，钢钢筋筋拉拉应应力力逐逐渐渐传传递递给给混混凝凝土土而而减减小小，砼砼拉拉应应力力由由零零逐逐渐渐增增大大，距距离离裂裂缝缝l处处，粘粘结结应应力力消消失失图图(c)(c)，砼砼和和钢钢筋筋又又具具有有相相同同的的拉拉伸伸应应变变，各各自的应力又趋于均匀分布。自的应力又趋于均匀分布。平均裂缝间距平均裂缝间距 令令乘以1.5 混凝土和钢筋间的混凝土和钢筋间的u、cr、，均与混凝土抗拉，均与混凝土抗拉强度基本成正比例关系，故可取强度基本成正比例关系，故可取ft/m为常数。为常数。平均裂缝间距与混凝土保护层有一定关系。平均裂缝间距与混凝土保护层有一定关系。应适当考虑混凝土保护层厚度的影响。应适当考虑混凝土保护层厚度的影响。钢筋表面特征同样影响平均裂缝间距，钢筋表面特征同样影响平均裂缝间距，对此可用钢筋（带肋）的等效直径对此可用钢筋（带肋）的等效直径d deqeq代替代替d d。当混凝土保护层厚度当混凝土保护层厚度c c不大于不大于6565mmmm时，时，对配置带肋钢筋混凝土构件的平均裂缝对配置带肋钢筋混凝土构件的平均裂缝间距可按下列公式计算。间距可按下列公式计算。平均裂缝宽度平均裂缝宽度 w wm m等于等于平均裂缝间距平均裂缝间距内钢筋与相应水平处构件侧表内钢筋与相应水平处构件侧表面混凝土伸长的差值面混凝土伸长的差值 设裂缝间纵向受拉钢筋的拉应变不均匀系数为设裂缝间纵向受拉钢筋的拉应变不均匀系数为，在，在荷载效应的标准组合下，钢筋并未达到屈服，采用其荷载效应的标准组合下，钢筋并未达到屈服，采用其弹弹性模量性模量。令 分析表明，分析表明，c c与配筋率与配筋率tete、混凝土保护层厚度、混凝土保护层厚度c c等有关，但变化幅度不大。为简化计算，对轴心等有关，但变化幅度不大。为简化计算，对轴心受拉、受弯及偏心受力构件，可统一取受拉、受弯及偏心受力构件，可统一取c c=0.85=0.85。裂缝处的钢筋应力裂缝处的钢筋应力 轴心受拉构件轴心受拉构件 矩矩形形、T T形形、倒倒T T形形和和I I形形截截面面偏心受拉构件偏心受拉构件 大小偏心受拉构件的大小偏心受拉构件的sksk计算可统一由下式表达计算可统一由下式表达 受弯构件受弯构件 为了简化计算，对矩形、为了简化计算，对矩形、T T形和形和I I形截面受弯构件形截面受弯构件 对受压区合力点取矩，得对受压区合力点取矩，得 矩形、矩形、T T形、倒形、倒T T形和形和I I形截面偏心受压构件形截面偏心受压构件 对对于于偏偏心心受受压压构构件件，的的计计算算较较为为复复杂杂，为为简简便便起见，近似地取起见，近似地取 f f受受压压翼翼缘缘增增强强系系数数，等等于于受受压压翼翼缘截面面积与腹板有效截面面积的比值缘截面面积与腹板有效截面面积的比值 对受压区合力点取矩，得对受压区合力点取矩，得 e e轴轴向向压压力力作作用用点点至至纵纵向向受受拉拉钢钢筋合力点的距离筋合力点的距离 偏偏心心构构件件的的的的l0/h14时时，还还需需考考虑虑侧侧向向挠挠度度的的影影响响，引引入入偏偏心心距增大系数距增大系数s s，可近似地取：，可近似地取：确定最大裂缝宽度的方法确定最大裂缝宽度的方法 裂裂缝缝间间距距和和裂裂缝缝宽宽度度的的分分散散性性比比较较大大，在在构构件件中中的的最最大大裂裂缝缝宽宽度度要要比比平平均均裂裂缝缝宽宽度度大大得得多多。w wmax,smax,s可可由由平均裂缝宽度乘以平均裂缝宽度乘以s s求得。求得。长长期期荷荷载载作作用用下下，受受拉拉区区混混凝凝土土将将产产生生收收缩缩、滑滑移移徐徐变变，受受压压区区混混凝凝土土也也将将产产生生徐徐变变，因因此此，裂裂缝缝宽宽度度亦亦将将不不断断增增大大。w wmaxmax可可由由w wmax,smax,s乘乘以以l求求得得，l=1.5。最最大大裂裂缝缝宽宽度度在在概概率率下下的的含含义义是是具具有有95%95%保保证证率率的的相对最大裂缝宽度相对最大裂缝宽度。最大裂缝宽度的计算最大裂缝宽度的计算 综综合合参参数数c c、s s、l l、的的影影响响，引引入入构构件件受受力特征系数力特征系数crcr=c cs sl l表示。表示。规规范范规规定定对对矩矩形形、T T形形、倒倒T T形形和和I I形形截截面面的的受受拉拉、受受弯弯和和偏偏心心受受压压构构件件，按按荷荷载载效效应应的的标标准准组组合合并并考考虑虑长长期期作作用用影影响响的的最最大大裂裂缝缝宽宽度度可可按按下下列公式计算列公式计算 tete按按有有效效受受拉拉混混凝凝土土截截面面面面积积计计算算的的纵纵向向钢钢筋筋配配筋率；筋率；当当tete0.01 M Mcrcr预预应应力力混混凝凝土土受受弯弯构构件件，其其特特征征裂裂缝缝宽度（保证率为宽度（保证率为95%95%）可按下列公式计算）可按下列公式计算 裂缝宽度验算裂缝宽度验算 主要指荷载引起的裂缝的验算。主要指荷载引起的裂缝的验算。根据给定的构件刚度根据给定的构件刚度B B用结构力学的方法计算用结构力学的方法计算 变形（挠度）验算变形（挠度）验算 受弯构件的刚度可按下列式计算受弯构件的刚度可按下列式计算 对对变变截截面面连连续续梁梁，当当支支座座截截面面刚刚度度不不大大于于跨跨中中截截面面刚刚度度的的两两倍倍时时，构构件件刚刚度度仍仍可可采采用用跨跨中中截截面面刚刚度。度。钢钢筋筋混混凝凝土土受受弯弯构构件件当当由由荷荷载载短短期期效效应应并并考考虑虑长长期期效效应应影影响响产产生生的的长长期期挠挠度度不不超超过过l l/1600/1600时时，可可不不设设预预拱拱度度，否否则则应应设设预预拱拱度度，预预拱拱度度值值按按结结构构自自重和重和1/21/2活荷载频遇值计算的长期挠度值之和采用活荷载频遇值计算的长期挠度值之和采用。