中南大學(xué)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課件第九章混凝土構(gòu)件的裂縫和變形驗(yàn)算及耐久性.ppt

第九章 混凝土構(gòu)件的裂縫和 變形驗(yàn)算及耐久性,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理,中南大學(xué)土木建筑學(xué)院 建筑工程系劉澍,主要內(nèi)容與要求,1掌握鋼筋混凝土構(gòu)件在第工作階段中的基本性能，包括截面上與截面間的應(yīng)力分布、裂縫開展的原理與過(guò)程、截面曲率的變化等以及影響這些性能的主要因素。 2掌握裂縫寬度、截面受彎剛度的定義與計(jì)算原理以及裂縫寬度與構(gòu)件撓度的驗(yàn)算方法。 3熟悉混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的意義、主要影響因素、混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕以及耐久性設(shè)計(jì)的一般概念。,第九章 混凝土構(gòu)件的裂縫和變形驗(yàn)算及耐久性,9.1 概述 9.2 裂縫寬度的驗(yàn)算 9.3 受彎構(gòu)件的剛度與變形驗(yàn)算 9.4 耐久性要求,例題,9.1 概述,一、引言 一、裂縫的分類與成因 二、裂縫的危害 三、對(duì)裂縫的控制措施 四、構(gòu)件的變形控制 五、裂縫和撓度計(jì)算中材料強(qiáng)度及荷載取值 六、耐久性的問(wèn)題,9.1 概述,9.1 概述,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性,結(jié)構(gòu)在預(yù)定的使用期間內(nèi)，能承受在正常施工、正常使用情況下可能出現(xiàn)的各種作用以及在偶然作用發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，應(yīng)能保持整體穩(wěn)定性。,安全性,適用性,耐久性,結(jié)構(gòu)在正常使用期間，具有良好的工作性能。如不發(fā)生影響正常使用的過(guò)大的變形和過(guò)大的裂縫寬度,結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下，結(jié)構(gòu)的承載力和剛度不應(yīng)隨時(shí)間有過(guò)大的降低，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在其預(yù)定使用期間內(nèi)喪失安全性和適用性，降低使用壽命。,返回上級(jí)目錄,返回主目錄,前進(jìn),后退,END,9.1 概述,一、裂縫的分類與成因 1. 分類,施工期間產(chǎn)生的裂縫和使用期間產(chǎn)生的裂縫,按裂縫的產(chǎn)生時(shí)間,龜裂、橫向裂縫（與構(gòu)件軸線垂直）、縱向裂縫、斜裂縫、八字裂縫、X形交叉裂縫等,按裂縫的產(chǎn)生原因,非荷載因素產(chǎn)生的裂縫和荷載因素產(chǎn)生的裂縫,按裂縫的形態(tài),返回上級(jí)目錄,9.1 概述,一、裂縫的分類與成因,2. 成因,1.混凝土收縮或溫度變形受到約束 2. 施工措施不當(dāng) 3. 基礎(chǔ)不均勻沉降 4. 鋼筋銹蝕,引起裂縫的原因很多，主要有：,非荷載因素,荷載因素,5.荷載作用,返回上級(jí)目錄,9.1 概述,一、裂縫的分類與成因,混凝土收縮或溫度變形受到約束產(chǎn)生的裂縫,混凝土收縮或溫度變化時(shí)，體積會(huì)發(fā)生變化，若能自由變形則不會(huì)產(chǎn)生裂縫；但若變形受到約束，則會(huì)在混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而引起裂縫。,大體積混凝土水化過(guò)程中發(fā)熱量很大，內(nèi)部溫度較高，混凝土體積膨脹，內(nèi)外溫差很大，內(nèi)部混凝土膨脹受到外部已硬化混凝土的約束，使構(gòu)件表面混凝土受拉產(chǎn)生裂縫。對(duì)于桿件系統(tǒng)，這種裂縫通常與構(gòu)件縱向正交。,返回上級(jí)目錄,9.1 概述,一、裂縫的分類與成因,施工措施不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫,混凝土在澆筑、硬化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生下沉和泌水，當(dāng)下沉受到阻擋時(shí)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部的泌水，干燥后就會(huì)成為裂縫。,返回上級(jí)目錄,9.1 概述,一、裂縫的分類與成因,施工措施不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫,大風(fēng)、高溫使水分從混凝土表面快速蒸發(fā)引起的（龜裂）,返回上級(jí)目錄,9.1 概述,一、裂縫的分類與成因,基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫,基礎(chǔ)不均勻下沉?xí)r會(huì)迫使墻體一起變形，在主拉應(yīng)力作用下混凝土墻體也會(huì)開裂。,主拉應(yīng)力,主拉應(yīng)力,基礎(chǔ)下沉,返回上級(jí)目錄,9.1 概述,一、裂縫的分類與成因,鋼筋銹蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程,(b) 水、O2 、 CO2侵入,（d）保護(hù)層劈裂,鋼筋銹蝕后 體積會(huì)膨脹34倍！使混凝土保護(hù)層劈裂。,鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫,返回上級(jí)目錄,9.1 概述,一、裂縫的分類與成因,荷載產(chǎn)生的裂縫,目前，只有在拉、彎狀態(tài)下混凝土橫向裂縫寬度的計(jì)算理論比較成熟。這也是下面所要介紹的主要內(nèi)容,返回上級(jí)目錄,9.1 概述,一、裂縫的分類與成因,二、裂縫的危害,引起鋼筋銹蝕，導(dǎo)致構(gòu)件強(qiáng)度降低 外觀給人不安全感 冰凍、風(fēng)化影響耐久性 影響使用功能（如：水池）,返回上級(jí)目錄,9.1 概述,二、裂縫的危害,三、對(duì)裂縫的控制措施,為防止溫度應(yīng)力過(guò)大引起的開裂，規(guī)定了最大伸縮縫之間的間距。,為防止由于鋼筋周圍砼過(guò)快的碳化失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，出現(xiàn)銹脹引起的沿鋼筋縱向的裂縫，規(guī)定了鋼筋的混凝土保護(hù)層的最小厚度。,非荷載引起的裂縫,返回上級(jí)目錄,9.1 概述,三、對(duì)裂縫的控制措施,（80%）,為防止混凝土干縮龜裂，加強(qiáng)施工階段養(yǎng)護(hù)。,避免不均勻沉降。,裂縫的控制等級(jí),嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件,一級(jí),二級(jí),三級(jí),一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件,允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件,荷載引起的橫向裂縫裂縫,返回上級(jí)目錄,9.1 概述,三、對(duì)裂縫的控制措施,按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力,按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合驗(yàn)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝土拉應(yīng)力不應(yīng)大于軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ft k,RC構(gòu)件按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合并考慮荷載長(zhǎng)期作用影響驗(yàn)算時(shí)，PC構(gòu)件荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮荷載長(zhǎng)期作用影響驗(yàn)算時(shí)，構(gòu)件的最大裂縫寬度Wmax不應(yīng)超過(guò)最大裂縫寬度限值Wlim，即：WmaxWlim,（20%）,四、構(gòu)件的變形控制,變形控制的目的,返回上級(jí)目錄,返回主目錄,后退,END,前進(jìn),9.1 概述,四、構(gòu)件的變形控制,1、保證結(jié)構(gòu)的使用功能要求。結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生過(guò)大的變形將影響甚至喪失其使用功能，如支承精密儀器設(shè)備的樓蓋產(chǎn)生過(guò)大的撓度或震動(dòng)將降低儀器的精度；屋面結(jié)構(gòu)撓度過(guò)大會(huì)造成積水，產(chǎn)生滲漏；吊車梁和橋梁的過(guò)大變形會(huì)妨礙吊車和車輛的正常運(yùn)行； 2、防止對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。如支承在磚墻上的梁端產(chǎn)生過(guò)大轉(zhuǎn)角將使支承面積減小、反力偏心，引起墻體開裂； 3、防止對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。結(jié)構(gòu)變形過(guò)大會(huì)使門窗等不能正常開關(guān)，甚至導(dǎo)致隔墻、天花板和飾面的開裂或損壞。 4、滿足觀瞻和使用者的 心理要求。構(gòu)件變形過(guò)大，有礙觀瞻，還會(huì)引起使用者明顯的不安感。,變形控制的要求,主要介紹受彎構(gòu)件：,控制撓度。,主要依據(jù)控制目標(biāo)和工程經(jīng)驗(yàn)確定，與結(jié)構(gòu)類別有關(guān)。由不同的規(guī)范根據(jù)具體的情況確定。P371附表1.12,計(jì)算確定,返回上級(jí)目錄,9.1 概述,四、構(gòu)件的變形控制,五、裂縫和撓度計(jì)算中材料強(qiáng)度及荷載取值,1、荷載取值：,荷載組合：,PC構(gòu)件用標(biāo)準(zhǔn)組合,RC構(gòu)件用準(zhǔn)永久組合,2、材料強(qiáng)度取值,取標(biāo)準(zhǔn)值,用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值,活荷載的組合系數(shù),活荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù),返回上級(jí)目錄,9.1 概述,五、裂縫和撓度計(jì)算中材料強(qiáng)度及荷載取值,裂縫和變形驗(yàn)算屬正常使用極限狀態(tài)（即：第二極限狀態(tài)），通常在承載力計(jì)算后進(jìn)行。其可靠度也相對(duì)較低一些，應(yīng)采用荷載及強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行驗(yàn)算。,六、耐久性的控制,耐久性概念設(shè)計(jì)的目的是指在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在正常維護(hù)下，必須保持適合于使用，滿足既定功能的要求。,耐久性設(shè)計(jì)主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別、設(shè)計(jì)使用年限提出了為了滿足耐久性要求的相應(yīng)規(guī)定。,返回上級(jí)目錄,9.1 概述,六、耐久性的控制,裂縫寬度,是指受拉鋼筋重心水平處構(gòu)件側(cè)表面上的混凝土的裂縫寬度。,試驗(yàn)量測(cè)表明，沿裂縫深度，裂縫寬度是不相等的，由于受到鋼筋的約束，近鋼筋處回縮變形小，構(gòu)件表面處回縮大。,9.2 裂縫寬度的驗(yàn)算,一、裂縫的出現(xiàn)、分布與發(fā)展 二、裂縫的特點(diǎn) 三、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 四、影響裂縫寬度的主要因素及降低措施,9.2 裂縫寬度的驗(yàn)算,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,在裂縫出現(xiàn)前，混凝土和鋼筋的應(yīng)變沿構(gòu)件的長(zhǎng)度基本上是均勻分布的。,一、裂縫的出現(xiàn)、分布與發(fā)展,=0,返回上級(jí)目錄,一、裂縫的出現(xiàn)、分布與發(fā)展,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,裂縫出現(xiàn)：當(dāng)混凝土的拉應(yīng)變達(dá)到極限拉應(yīng)變時(shí)，首先會(huì)在構(gòu)件最薄弱截面位置出現(xiàn)第一條（批）裂縫。 裂縫出現(xiàn)瞬間，裂縫截面位置的混凝土退出受拉工作，應(yīng)力為零，而鋼筋拉應(yīng)力應(yīng)力產(chǎn)生突增Dss= ft /r，配筋率越小，Dss就越大。,=0,返回上級(jí)目錄,一、裂縫的出現(xiàn)、分布與發(fā)展,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,裂縫分布。由于鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)，隨著距裂縫截面距離的增加，混凝土中又重新建立起拉應(yīng)力sc，而鋼筋的拉應(yīng)力則隨距裂縫截面距離的增加而減小。,返回上級(jí)目錄,一、裂縫的出現(xiàn)、分布與發(fā)展,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,當(dāng)距裂縫截面有足夠的長(zhǎng)度 l 時(shí)，混凝土拉應(yīng)力sc增大到ft，在新的薄弱位置，將出現(xiàn)新的裂縫。l 稱為粘結(jié)力傳遞長(zhǎng)度。,返回上級(jí)目錄,一、裂縫的出現(xiàn)、分布與發(fā)展,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,如果兩條裂縫的間距小于2 l，則由于粘結(jié)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度不夠，混凝土拉應(yīng)力不可能達(dá)到ft，因此將不會(huì)出現(xiàn)新的裂縫，裂縫的間距最終將穩(wěn)定在（l 2 l）之間，平均間距可取1.5 l。,返回上級(jí)目錄,一、裂縫的出現(xiàn)、分布與發(fā)展,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,裂縫發(fā)展。當(dāng)荷載繼續(xù)增加，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力降低，ss與sm相差越小，砼回縮，鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生較大滑移。在一定區(qū)段由鋼筋與砼應(yīng)變差的累積量，即形成了裂縫寬度。,返回上級(jí)目錄,一、裂縫的出現(xiàn)、分布與發(fā)展,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,二、裂縫的特點(diǎn),返回上級(jí)目錄,二、裂縫的特點(diǎn),9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,1 在使用荷載作用下，對(duì)于工作在正常使用階段的受彎構(gòu)件來(lái)講，處于受彎全過(guò)程的第階段，此時(shí):,裂縫基本“出齊”，即裂縫的分布處于穩(wěn)定狀態(tài)。,由于材料的不均勻性以及截面尺寸的偏差等因素的影響，裂縫的出現(xiàn)具有某種程度的偶然性，因而裂縫出現(xiàn)的間距和寬度是不均勻的。,平均裂縫間距和平均裂縫寬度是有規(guī)律性的，平均裂縫寬度與最大裂縫寬度之間也具有一定的規(guī)律性。,2、當(dāng)荷載長(zhǎng)期作用時(shí),由于混凝土的滑移徐變和拉應(yīng)力的松馳，將導(dǎo)致裂縫間受拉混凝土不斷退出工作，使裂縫開展寬度增大；,混凝土的收縮使裂縫間混凝土的長(zhǎng)度縮短，這也會(huì)引起裂縫的進(jìn)一步開展。,二、裂縫的特點(diǎn),9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,返回上級(jí)目錄,三、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010）,所采用的方法,即根據(jù)裂縫出現(xiàn)和開展的機(jī)理，先確定具有一定規(guī)律性的平均裂縫間距和平均裂縫寬度，然后對(duì)平均裂縫寬度乘以根據(jù)統(tǒng)計(jì)求得的擴(kuò)大系數(shù)來(lái)確定最大裂縫寬度max。對(duì)“擴(kuò)大系數(shù)”，主要考慮兩種情況，一是荷載短期效應(yīng)組合下裂縫寬度的不均勻性；二是荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合的影響下，最大裂縫寬度會(huì)進(jìn)一步加大。要求計(jì)算的max具有95的保證率。,返回上級(jí)目錄,三、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,以軸心受拉為例,裂縫寬度是由于鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)破壞，出現(xiàn)相對(duì)滑移，引起裂縫處混凝土的回縮引起的。開裂后，橫貫截面的裂縫寬度相同。,*裂縫寬度=裂縫間鋼筋和混凝土之間的變形差值,返回上級(jí)目錄,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,三、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法,平均裂縫間距,令,乘以1.5,三、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,返回上級(jí)目錄,混凝土和鋼筋間的u、 cr、 ，均與混凝土抗拉強(qiáng)度基本成正比例關(guān)系，故可取ft/ m為常數(shù)。,平均裂縫間距與混凝土保護(hù)層有一定關(guān)系。應(yīng)適當(dāng)考慮混凝土保護(hù)層厚度的影響。,鋼筋表面特征同樣影響平均裂縫間距，對(duì)此可用鋼筋（帶肋）的等效直徑deq代替d。,當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度cs不大于65mm時(shí)，對(duì)配置帶肋鋼筋混凝土構(gòu)件的平均裂縫間距可按下列公式計(jì)算。,三、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,返回上級(jí)目錄,平均裂縫的寬度,裂縫間混凝土自身伸長(zhǎng)對(duì)裂縫寬度的影響系數(shù),c分布,s分布,(a),(c),(b),返回上級(jí)目錄,二、裂縫寬度的計(jì)算理論,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,wm等于平均裂縫間距內(nèi)鋼筋與相應(yīng)水平處構(gòu)件側(cè)表面混凝土伸長(zhǎng)的差值,設(shè) 稱為裂縫間鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)， 反映砼參與工作的程度 則有,裂縫處鋼筋的應(yīng)力,返回上級(jí)目錄,二、裂縫寬度的計(jì)算理論,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,裂縫的最大寬度,考慮裂縫分布的不均勻性，由裂縫的統(tǒng)計(jì)特性，按95%的保證率,考慮到長(zhǎng)期荷載下，由于混凝土收縮徐變等影響導(dǎo)致裂縫間受拉混凝土不斷退出工作，裂縫增大，取擴(kuò)大系數(shù)為l=1.5,返回上級(jí)目錄,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,三、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法,裂縫的最大寬度,軸心受拉構(gòu)件 acr =0.851.91.51.1=2.7,受彎構(gòu)件、偏心受壓構(gòu)件 acr =0.771.661. 5=1.9,偏心受拉構(gòu)件 acr = 0.851.9 1.5 1.05=2.4,返回上級(jí)目錄,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,三、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法,構(gòu)件受力特征系數(shù),裂縫的最大寬度,返回上級(jí)目錄,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,三、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法,裂縫處受拉鋼筋應(yīng)力,Cs:最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離(mm)：當(dāng) cs65 時(shí)，取cs=65。,受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑（mm）,裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)，,te按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向鋼筋配筋率；當(dāng) te0.01， 取te=0.01,鋼筋相對(duì)粘性特征系數(shù) 光圓，取0.7；變形，取1.0,矩形截面及T形截面,倒T形截面,此處應(yīng)特別注意，T形截面和倒T形截面的受拉區(qū)是不同的。,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,三、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法,2. 以數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)的計(jì)算方法,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范采用的方法,受拉鋼筋的總周長(zhǎng),C1鋼筋表面形狀系數(shù) 光面鋼筋：1.4 帶肋鋼筋：1.0,C作用長(zhǎng)期效應(yīng)影響系數(shù) l、s分別為長(zhǎng)期效應(yīng)組合 與短期效應(yīng)組合值,C與構(gòu)件受力性質(zhì)有關(guān)的系數(shù) 板式受彎構(gòu)件：1.15 其他受彎構(gòu)件：1.0 軸心受拉構(gòu)件：1.2 偏心受拉構(gòu)件：1.1 偏心受壓構(gòu)件：0.9,ss鋼筋應(yīng)力，計(jì)算同前,返回上級(jí)目錄,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,三、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法,最大裂縫寬度驗(yàn)算：,混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范最大裂縫寬度驗(yàn)算公式：,混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的允許最大裂縫寬度。,返回上級(jí)目錄,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,三、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法,四、影響裂縫寬度的主要因素及改善措施,主要影響因素,1、鋼筋拉應(yīng)力 2、鋼筋直徑 3、鋼筋表面特征 4、混凝土抗拉強(qiáng)度及粘結(jié)強(qiáng)度 5、混凝土保護(hù)層厚度 6、混凝土有效受拉面積 7、構(gòu)件受力形式 8、荷載性質(zhì),返回上級(jí)目錄,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,四、影響裂縫寬度的主要因素及改善措施,改善裂縫的措施,采用小直徑筋、變形筋，分散布置；（提高粘結(jié)力）,在普通鋼筋混凝土梁中，不使用高強(qiáng)鋼筋；,構(gòu)造措施：,避免外形突變；（減少應(yīng)力集中）,配縱向水平鋼筋；（控制腹板收縮裂縫）,縱向主筋在支座處加強(qiáng)錨固。,返回上級(jí)目錄,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,四、影響裂縫寬度的主要因素及改善措施,控制水灰比，振搗密實(shí)，提高混凝土密實(shí)度；,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)；,嚴(yán)格控制混凝土配合比，不加有害早強(qiáng)劑；,正確控制混凝土保護(hù)層厚度。,定期對(duì)梁體裂縫檢查；,注意梁體所處環(huán)境的變化，注意防銹。,返回上級(jí)目錄,9.2裂縫寬度的驗(yàn)算,四、影響裂縫寬度的主要因素及改善措施,關(guān)于裂縫計(jì)算的討論： 1，最新的研究表明，現(xiàn)有的裂縫理論還很不完善，裂縫本身又有較大的離散性，計(jì)算結(jié)果誤差較大； 2，目前只驗(yàn)算橫向裂縫，但從長(zhǎng)期來(lái)看，橫向裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的影響并不大，而縱向裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的影響最大，卻而又不會(huì)計(jì)算； 3，目前只驗(yàn)算混凝土表面的裂縫寬度，而直接影響耐久性的是鋼筋表面處的裂縫寬度，但還不會(huì)計(jì)算； 4，研究裂縫的主要目的是提高結(jié)構(gòu)的耐久性，在裂縫計(jì)算理論尚不完善的情況下，提高結(jié)構(gòu)的耐久性的有效措施是提高混凝土的密實(shí)性，適當(dāng)加大混凝土保護(hù)層，以及合理的構(gòu)造措施。 5，規(guī)范只反映現(xiàn)階段人們的認(rèn)識(shí)水平，有待逐年修改，更新，在裂縫計(jì)算方面還有很多工作要做。,返回上級(jí)目錄,除了用計(jì)算控制裂縫外，設(shè)計(jì)者更應(yīng)當(dāng)從構(gòu)造上控制裂縫。 根據(jù)無(wú)滑移理論，鋼筋表面與混凝土有可靠粘結(jié)。近年的研究表明，由于鋼筋的勻質(zhì)性，在鋼筋周圍一定范圍內(nèi)鋼筋可有效約束混凝土的不均勻變形，這樣，在宏觀上就大大提高了混凝土的極限拉伸應(yīng)變，通常把這個(gè)范圍稱為鋼筋的約束區(qū)，研究表明鋼筋約束區(qū)大約為鋼筋周圍7.5d 的范圍。利用鋼筋約束區(qū)的概念可以從構(gòu)造上有效地控制裂縫的寬度。,返回上級(jí)目錄,例如： 利用鋼筋約束區(qū)的概念在薄腹梁的腹板上適當(dāng)布置腰筋可有效控制薄腹梁腹板中的裂縫寬度； 利用鋼筋約束區(qū)的概念大大提高了鋼絲網(wǎng)水泥的抗裂性； 利用鋼筋約束區(qū)的概念在混凝土易開裂的局部布置鋼絲網(wǎng)，可有效提高抗裂性或減小裂縫寬度。 鋼筋約束區(qū)的概念對(duì)于設(shè)計(jì)者很重要。,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,一. 截面抗彎剛度的特點(diǎn) 二. 短期剛度Bs 三. 荷載長(zhǎng)期作用下的剛度 四. 受彎構(gòu)件的撓度計(jì)算,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,一. 截面抗彎剛度的特點(diǎn),鋼筋混凝土純彎段截面抗彎剛度的特點(diǎn) ：,隨著彎矩增大B不斷降低,短期荷載效應(yīng)時(shí)的撓度對(duì)應(yīng)短期剛度Bs,長(zhǎng)期荷載效應(yīng)時(shí)的撓度對(duì)應(yīng)長(zhǎng)期剛度B(徐變、裂縫的不斷發(fā)展等等),恒+活,恒+活載中的恒載部分,與荷載形式、支承條件有關(guān)的系數(shù),材力撓度計(jì)算公式,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,一. 截面抗彎剛度的特點(diǎn),二. 短期剛度Bs,幾何關(guān)系,物理關(guān)系,平衡關(guān)系,材料力學(xué)中曲率與彎矩關(guān)系的推導(dǎo),返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,二.短期剛度Bs,二. 短期剛度Bs,解析剛度法,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,二.短期剛度Bs,物理?xiàng)l件,平衡條件,幾何條件,二. 短期剛度Bs,解析剛度法,幾何條件,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,二.短期剛度Bs,物理?xiàng)l件,平衡條件,參數(shù)h、z 和 1、開裂截面的內(nèi)力臂系數(shù)h,試驗(yàn)和理論分析表明，在短期彎矩Msk=（0.50.7）Mu范圍，裂縫截面的相對(duì)受壓區(qū)高度x0 變化很小，內(nèi)力臂的變化也不大。 對(duì)常用的混凝土強(qiáng)度和配筋情況，h 值在0.830.93之間波動(dòng)。 規(guī)范為簡(jiǎn)化計(jì)算，取h=0.87。,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,二.短期剛度Bs,參數(shù)h、z 和 2、受壓區(qū)邊緣混凝土平均應(yīng)變綜合系數(shù)z,受壓翼緣加強(qiáng)系數(shù),根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)受壓邊緣混凝土的壓應(yīng)變，可以得到系數(shù)z 的試驗(yàn)值。 在短期彎矩Mk=（0.50.7）Mu范圍，系數(shù)z 的變化很小，僅與配筋率有關(guān)。 規(guī)范根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析給出，,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,二.短期剛度Bs,3、鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù),rte為以有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的受拉鋼筋配筋率。 Ate為有效受拉混凝土截面面積，對(duì)受彎構(gòu)件取,當(dāng)j 1.0時(shí)，取j =1.0； 對(duì)直接承受重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，取j =1.0。,參數(shù)h、z 和,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,二.短期剛度Bs,在短期彎矩Msk=（0.50.7）Mu范圍，三個(gè)參數(shù)h、z 和y 中，h 和z 為常數(shù)，而隨彎矩增長(zhǎng)而增大。 該參數(shù)反映了裂縫間混凝土參與受拉工作的情況，隨著彎矩增加，由于裂縫間粘結(jié)力的逐漸破壞，混凝土參與受拉的程度減小，平均應(yīng)變?cè)龃螅?j 逐漸趨于1.0，抗彎剛度逐漸降低。,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,二.短期剛度Bs,三. 荷載長(zhǎng)期作用下的剛度,恒+活中“恒”,按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算長(zhǎng)期剛度,Mq,活中“活”,Ms,+,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,三.荷載長(zhǎng)期作用下的剛度,=,考慮部分荷載長(zhǎng)期作用的影響,長(zhǎng)期作用的荷載效應(yīng),短期作用的荷載效應(yīng),短期作用荷載產(chǎn)生的短期撓度,長(zhǎng)期作用荷載產(chǎn)生的總撓度,長(zhǎng)期作用荷載產(chǎn)生的短期撓度,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,三.荷載長(zhǎng)期作用下的剛度,在荷載長(zhǎng)期作用下，由于混凝土的徐變會(huì)使梁的撓度隨時(shí)間增長(zhǎng)。此外，鋼筋與混凝土間粘結(jié)滑移徐變、混凝土的收縮等也會(huì)導(dǎo)致梁的撓度增大。根據(jù)長(zhǎng)期試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果，荷載長(zhǎng)期作用的撓度與短期作用的撓度的比值q 可按下式計(jì)算：，,s,B,+MK,Mq,MK,B,),1,-,=,（q,考慮部分荷載長(zhǎng)期作用的抗彎剛度,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,三.荷載長(zhǎng)期作用下的剛度,按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算長(zhǎng)期剛度,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,三.荷載長(zhǎng)期作用下的剛度,Bs：為按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的短期剛度,梁的抗彎剛度主要特點(diǎn),抗彎剛度減少，即M越大，B越小。驗(yàn)算變形時(shí)，截面抗彎剛度選擇在曲線第階段（帶裂縫工作階段）確定；,隨荷載的增加,抗彎剛度減少。對(duì)于截面尺寸和材料都相同的適筋梁，小，變形大些；截面抗彎剛度小些；,截面剛度也在變化，即使在純彎段剛度也不盡相同，裂縫截面處的小些，裂縫間截面的大些；,抗彎剛度減小。構(gòu)件在長(zhǎng)期荷載作用下，變形會(huì)加大，在變形驗(yàn)算中，除了要考慮短期效應(yīng)組合，還應(yīng)考慮荷載的長(zhǎng)期效應(yīng)的影響，故有長(zhǎng)期剛度Bs 和短期剛度Bl 。,隨配筋率 的降低,沿構(gòu)件跨度，彎矩在變化，,隨加載時(shí)間的增長(zhǎng),返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,三.荷載長(zhǎng)期作用下的剛度,四. 受彎構(gòu)件的撓度計(jì)算,最小剛度原則,由不同的規(guī)范根據(jù)具體的情況確定,對(duì)等截面梁，可假定各同號(hào)彎矩區(qū)段內(nèi)的剛度相等，并用該區(qū)段內(nèi)彎矩最大截面的抗彎剛度作為該區(qū)段的抗彎剛度，按材力的方法計(jì)算。,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,四.受彎構(gòu)件的撓度計(jì)算,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,四.受彎構(gòu)件的撓度計(jì)算,討論：取同號(hào)彎矩區(qū)段內(nèi)的最小剛度按等剛度梁來(lái)計(jì)算，簡(jiǎn)化計(jì)算的撓度值要比按變剛度梁計(jì)算的理論值略偏大。但彎矩較大部分對(duì)梁的撓度影響大，彎矩較小部分對(duì)梁的撓度影響也較小，同時(shí)計(jì)算中沒有考慮剪切變形的影響，互相抵消一些，計(jì)算結(jié)果的誤差就比較小了。,對(duì)連續(xù)梁和框架梁，為簡(jiǎn)化計(jì)算，規(guī)范規(guī)定：當(dāng)計(jì)算跨度內(nèi)的支座截面抗彎剛度不大于跨中截面剛度的兩倍或不小于跨中截面抗彎剛度的二分之一時(shí)，該跨也可按等剛度構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，其構(gòu)件剛度可取跨中最大彎矩截面剛度。此時(shí)可以采用等強(qiáng)度梁進(jìn)行計(jì)算。,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,四.受彎構(gòu)件的撓度計(jì)算,RC受彎構(gòu)件變形驗(yàn)算按下列步驟進(jìn)行：,計(jì)算荷載準(zhǔn)永久效應(yīng)組合值Mq；按下列式子計(jì)算:,計(jì)算長(zhǎng)期剛度B按式：,計(jì)算短期剛度Bs按式:,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,四.受彎構(gòu)件的撓度計(jì)算,減少撓度的措施,返回上級(jí)目錄,9.3受彎構(gòu)件的變形驗(yàn)算,四.受彎構(gòu)件的撓度計(jì)算,9.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,一、 耐久性的概念及其影響因素 二、 混凝土的碳化及鋼筋的銹蝕 三、 耐久性設(shè)計(jì),9.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,耐久性 是指結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在正常維護(hù)條件下，不需要進(jìn)行大修和加固，而滿足正常使用和安全功能要求的能力。,一、 耐久性的概念及其影響因素,返回上級(jí)目錄,9.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,一、 耐久性的概念及其影響因素,影響混凝土耐久性的因素,返回上級(jí)目錄,9.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,一、 耐久性的概念及其影響因素,1、混凝土的碳化,混凝土碳化是混凝土中性化的形式，是指大氣中的二氧化碳（CO2）不斷向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，并與其中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土的PH值降低。,碳化的危害 碳化對(duì)混凝土本身無(wú)害，其主要是當(dāng)碳化至鋼筋表面，氧化膜被破壞形成鋼筋銹蝕的必要條件，同時(shí)含氧水份侵入形成鋼筋銹蝕的充分條件，從而加劇混凝土開裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。,碳化影響因素有：環(huán)境因素和材料本身的性質(zhì)。如水灰比、水泥品種與用量、骨料品種與粒徑、外摻加劑、養(yǎng)護(hù)方法與齡期、CO2濃度、相對(duì)濕度。,二、 混凝土的碳化及鋼筋的銹蝕,返回上級(jí)目錄,9.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,二、混凝土的碳化及鋼筋的銹蝕,減小碳化措施有：,合理設(shè)計(jì)混凝土的配合比； 提高混凝土的密實(shí)度、抗?jié)B性； 規(guī)定鋼筋保護(hù)層的最小厚度； 采用覆蓋面層。,返回上級(jí)目錄,9.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,二、混凝土的碳化及鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化從構(gòu)件表面開始向內(nèi)發(fā)展，到保護(hù)層完全碳化，所需要的時(shí)間與碳化速度、混凝土保護(hù)層厚度、混凝土密實(shí)性以及覆蓋層情況等因素有關(guān)。,銹蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程： 混凝土中的鋼筋處在電介質(zhì)中，在水、氧氣和電子作用下就會(huì)形成電池，電子從陽(yáng)極不斷流向陰極，在陽(yáng)極附近形成鐵銹。只要不斷有水和氧氣供應(yīng)，就會(huì)越銹越嚴(yán)重。,2、鋼筋銹蝕,返回上級(jí)目錄,9.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,二、混凝土的碳化及鋼筋的銹蝕,表面縱向裂縫,剝落,劈裂裂縫慣通,鋼筋截面面積減少 混凝土保護(hù)層開裂剝落 粘結(jié)性能退化,鋼筋銹蝕的危害,返回上級(jí)目錄,9.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,二、混凝土的碳化及鋼筋的銹蝕,增加混凝土的密實(shí)性和混凝土的保護(hù)層厚度 采用涂面層、鋼筋阻銹劑、涂層鋼筋 對(duì)鋼筋采用陰極防護(hù)法,返回上級(jí)目錄,9.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,二、混凝土的碳化及鋼筋的銹蝕,防止鋼筋銹蝕措施,三、 耐久性設(shè)計(jì),1. 耐久性設(shè)計(jì)的目的及基本原則,耐久性概念設(shè)計(jì)的目的是指在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在正常維護(hù)下，必須保持適合于使用，滿足既定功能的要求。,耐久性概念設(shè)計(jì)