混凝土結(jié)構(gòu)基本原理第十一章混凝土構(gòu)件的使用性能

1、第十一章 混凝土構(gòu)件的使用性能同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程系顧祥林一、引言結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性本章的主要內(nèi)容具有足夠的承載力和變形能力安全性適用性耐久性在使用荷載下不產(chǎn)生過大的裂縫和變形在一定時(shí)期內(nèi)維持其安全性和適用性的能力二、構(gòu)件的裂縫控制 1. 裂縫的分類施工期間產(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)生原因非受力因素產(chǎn)生的裂縫和受力因素產(chǎn)生的裂縫按裂縫的形態(tài)二、構(gòu)件的裂縫控制2. 裂縫的成因固體下沉，表面泌水而引起的。大風(fēng)、高溫使水分從混凝土表面快速蒸發(fā)引起的（龜裂）。塑性裂縫混凝土的收縮受到約束后產(chǎn)

2、生的裂縫溫度裂縫大體積混凝土中由于混凝土水化作用產(chǎn)生的水化熱使內(nèi)外混凝土產(chǎn)生溫度差。約束收縮裂縫施工期間的裂縫二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成因因施工程序不當(dāng)而造成的受力裂縫施工中的受力裂縫施工期間的裂縫樓板裂縫二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成因使用期間的裂縫鋼筋銹蝕引起的裂縫二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成因使用期間的裂縫溫度（氣溫）變化引起的裂縫溫度區(qū)段氣溫升高時(shí)T二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成因使用期間的裂縫地基不均勻沉降引起的裂縫二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成因使用期間的裂縫外部環(huán)境引起的裂縫凍融循環(huán)作用堿骨料反應(yīng)鹽類腐蝕外部環(huán)境酸類腐蝕二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成

3、因使用期間的裂縫荷載引起的裂縫斜裂縫！垂直裂縫！縱向裂縫！拉、彎、剪、扭、粘結(jié)等引起的裂縫目前，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)容二、構(gòu)件的裂縫控制 3.正截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例）嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫（一級）0pcIIsk 荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下（短期效應(yīng)）混凝土中不產(chǎn)生拉應(yīng)力荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下（短期效應(yīng)）混凝土中不產(chǎn)生拉應(yīng)力0kck0kck,WMAN k2k1kQiniciQGSSSS 二、構(gòu)件的裂縫控制 3.正截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例）一般要求不出現(xiàn)裂縫（二級）0pcIIcq 荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下（長期效應(yīng)）混凝土中不產(chǎn)

4、生拉應(yīng)力，荷載效荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下（長期效應(yīng)）混凝土中不產(chǎn)生拉應(yīng)力，荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)（短期）組合下混凝土中可有拉力但應(yīng)小于混凝土抗拉強(qiáng)度應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)（短期）組合下混凝土中可有拉力但應(yīng)小于混凝土抗拉強(qiáng)度0qcq0qcq,WMAN tkpcIIckf k1kQiniqiGSSS 二、構(gòu)件的裂縫控制 3.正截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例）允許出現(xiàn)裂縫（三級）允許出現(xiàn)裂縫，但應(yīng)限制其寬度，見教材表允許出現(xiàn)裂縫，但應(yīng)限制其寬度，見教材表11-1二、構(gòu)件的裂縫控制 4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例）混凝土的主應(yīng)力cptp22yxyx22k0 xpcII0M yIbISAV00ppbpeks

5、in二、構(gòu)件的裂縫控制 4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例）混凝土的主拉應(yīng)力一級二級tp0.85ftk tp0.95ftk 二、構(gòu)件的裂縫控制 4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例）混凝土的主壓應(yīng)力一級二級cp0.60fck 二、構(gòu)件的裂縫控制 4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例）先張法應(yīng)考慮傳遞長度內(nèi)的實(shí)際應(yīng)力分布ltrltrpe三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論以軸心受拉為例C*基本假定就是：開裂后，裂縫處混凝土退出工作，鋼筋和混凝土之間發(fā)生滑移，混凝土回縮至圖中虛線的位置*裂縫寬度=裂縫間鋼筋和混凝土之間的變形差值先求出裂縫間距三

6、、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論裂縫的間距l(xiāng)lms （ s ）smc（ c ）cmAs粘結(jié)應(yīng)力的傳遞長度裂縫數(shù)量裂縫數(shù)量增加至一增加至一定數(shù)量時(shí)定數(shù)量時(shí)不再增加，不再增加，但寬度不但寬度不斷變化斷變化三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論裂縫的間距m s (s)llsmc(c)cml（s+ s）AssAsc=ftl（s+ s）AssAsmAfAtss mssldA dfdAdfdAflmt2mtmt41441 三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論裂縫的間距m s (s)llsmc(c)cml（s+ s）AssAsc=ftl（s+ s）AssAsmll2裂縫的最大間

7、距裂縫的最小間距裂縫的平均間距l(xiāng)l5 . 1m dkdfl2mtm45 . 1 三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論裂縫的間距bhbfbfbh0.5hhfhf為了和受彎構(gòu)件相統(tǒng)一，定義：testeAA 有效配筋率有效受拉面積ffhbbbhAbhA)(5 . 0tete 受彎構(gòu)件：軸拉構(gòu)件：于是，對軸拉和受彎構(gòu)件，平均裂縫間距的公式可統(tǒng)一寫成：te2mdkl 三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論裂縫的寬度msmw2mcmsmm)(lklw 裂縫處鋼筋的應(yīng)變C設(shè) 稱為裂縫間鋼筋應(yīng)力不均勻系數(shù)，則有ssm/ tessw2msw2msmw2mdEklklkw 裂縫處鋼筋的應(yīng)力三、橫

8、向受力裂縫寬度的計(jì)算 2. 無滑移理論認(rèn)為混凝土開裂后，混凝土與鋼筋之間無相對滑移，裂縫的發(fā)展寬度與裂縫量測點(diǎn)距最近一根鋼筋表面的距離c直接相關(guān)。*Broms（美）Base（英）等人通過試驗(yàn)得出：CcklEckw1mssw1m 三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 3. 粘接滑移與無滑移理論的結(jié)合上述兩種理論和實(shí)際情況均有一定的差距，為此將二者結(jié)合起來，按下述公式進(jìn)行計(jì)算分析：)()(te21sswmte21mdkckEkkwdkckklll C各系數(shù)由試驗(yàn)分析確定四、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（GB 50010）水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范所采用的方法四、裂縫寬度

9、的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法平均裂縫間距)08. 09 . 1 (teeqmdckll te0.01時(shí)，取te=0.01c65時(shí)，取c=65受彎kl=1.0；軸拉kl=1.1 iiiiidndnd2eg光圓，取0.7；變形，取1.0四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法平均裂縫寬度)08. 09 . 1 (teeqsskwmdcEkkwl kw=0.85 2 . 0, 2 . 00 . 1, 0 . 1,65. 01 . 1stet取取f 0sksksksk87. 0hAMAN受彎：軸拉：四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法預(yù)應(yīng)力軸拉構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)

10、力和普通混凝土構(gòu)件的方法基本相同，但應(yīng)注意開裂荷載的計(jì)算方法和普通混凝土構(gòu)件的方法基本相同，但應(yīng)注意開裂荷載的計(jì)算方法使混凝土中預(yù)應(yīng)力為使混凝土中預(yù)應(yīng)力為0時(shí)的拉力時(shí)的拉力pIIIconp0)(ANll c=0Np0先張法先張法s5pIIIcon0p)(AANlll 非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法預(yù)應(yīng)力軸拉構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)力使混凝土中預(yù)應(yīng)力為使混凝土中預(yù)應(yīng)力為0時(shí)的拉力時(shí)的拉力ppcIIIIIconp0)(ANEll Np0后張法后張法s5ppcIIEIIIconp0)(AANlll 非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)

11、的方法預(yù)應(yīng)力軸拉構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力在在Ns-Np0的拉力作用下混凝土中產(chǎn)生的拉力作用下混凝土中產(chǎn)生裂縫裂縫spp0kskAANN 非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積NNN預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件（使用荷載下不帶裂縫）普通混凝土構(gòu)件（使用荷載下常帶裂縫）預(yù)應(yīng)力鋼筋Np0四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)力和軸拉構(gòu)件類和軸拉構(gòu)件類似，參見教材似，參見教材中的相應(yīng)內(nèi)容！中的相應(yīng)內(nèi)容！PPP不考慮損失的反拱值不考慮自重有效預(yù)應(yīng)力引起的反拱值考慮自重的反拱值下邊緣的應(yīng)力為0開裂進(jìn)入塑性承載力極限四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)

12、的方法裂縫的最大寬度由裂縫的統(tǒng)計(jì)特性，按95%的保證率考慮到長期荷載下，混凝土徐變影響導(dǎo)致裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，取擴(kuò)大系數(shù)為1.5，（軸拉，偏態(tài)分布），（彎，正態(tài)分布）mmaxmmax9 . 166. 1wwww )08. 09 . 1 (teeqsscrmaxdcEw 1 . 20 . 185. 066. 15 . 17 . 21 . 185. 09 . 15 . 1crcr受彎：軸拉：四、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mm)()1028. 030(321max dECCCwssffshbbbhA)(0006. 0006. 0

13、02. 002. 0時(shí)，取時(shí)，取sAd4取換算直徑：直徑的鋼筋時(shí)鋼筋的直徑，采用不同受拉鋼筋的總周長五、裂縫寬度的控制limmaxwwC由不同的規(guī)范根據(jù)具體的情況確定六、受彎構(gòu)件的變形與剛度1. 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) ：MEIBEIEIyM M012IIIIII*隨著彎矩增大B不斷降低*短期荷載效應(yīng)時(shí)的撓度對應(yīng)短期剛度Bs*長期荷載效應(yīng)時(shí)的撓度對應(yīng)長期剛度Bl(徐變、裂縫的不斷發(fā)展等等)恒+活恒+活載中的恒載部分2020lBMsEIMlsf與荷載形式、支承條件有關(guān)的系數(shù)六、受彎構(gòu)件的變形與剛度2. 短期剛度Bs解析剛度法就平均應(yīng)變而言符合平截面假定0smcmh

14、smcm0kks hMMB短期荷載效應(yīng)MkMk六、受彎構(gòu)件的變形與剛度2. 短期剛度Bs解析剛度法裂縫截面處的應(yīng)力和應(yīng)變20s01kc0ssksssscscbhMhAMEE MkAsh0sh01cc0h0Ass平均應(yīng)變s0sskssssmEhAME c20kc20s01kccsccccmEbhMEbhME 六、受彎構(gòu)件的變形與剛度2. 短期剛度Bs解析剛度法Es20ssc30s20sssmcm0kks11 hAEEbhEhAhMMBGB 50010采用的就是上述公式，且有 ，于是： EE62 . 0 E20ssks62 . 015. 1 hAEMB六、受彎構(gòu)件的變形與剛度3. 荷載長期作用下的剛度恒+活中“恒”基本概念flMlfs 活中“活”Ms+六、受彎構(gòu)件的變形與剛度3. 荷載長期作用下的剛度定義：變形系數(shù)法s/