鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算1

1、第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算概述概述抗裂驗算抗裂驗算裂縫開展寬度驗算裂縫開展寬度驗算變形驗算變形驗算第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算8.1 概述概述 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計必須首鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計必須首先滿足承載能力極限先滿足承載能力極限狀態(tài)的要求狀態(tài)的要求，以保證結(jié)構(gòu)安全可靠；此外還應(yīng)滿足結(jié)，以保證結(jié)構(gòu)安全可靠；此外還應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)對于構(gòu)正常使用極限狀態(tài)對于裂縫和變形控制裂縫和變形控制的要求，以的要求，以保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的適用、美觀和耐久性。保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的適用、美觀和耐久性。 第第9章章

2、鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算 8.1.1 1抗裂驗算抗裂驗算 抗裂就是不允許混凝土開裂抗裂就是不允許混凝土開裂。規(guī)范要求在荷載效應(yīng)。規(guī)范要求在荷載效應(yīng)的短期組合和長期組合兩種情況下，構(gòu)件驗算點拉應(yīng)力不的短期組合和長期組合兩種情況下，構(gòu)件驗算點拉應(yīng)力不能超過由混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)能超過由混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)ctct控制的應(yīng)力值?？刂频膽?yīng)力值。 8.1.2裂縫寬度驗算裂縫寬度驗算 一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總是帶縫工作的。一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總是帶縫工作的。但對于但對于一些構(gòu)件需要進行裂縫寬度驗算。規(guī)范要求在荷載效應(yīng)的一些構(gòu)件需要進行裂縫寬度驗算。規(guī)范要求在荷

3、載效應(yīng)的短期組合（考慮部分荷載長期作用的影響）和長期組合兩短期組合（考慮部分荷載長期作用的影響）和長期組合兩種情況下構(gòu)件的最大裂縫寬度不應(yīng)超過允許值。種情況下構(gòu)件的最大裂縫寬度不應(yīng)超過允許值。 8.1.4 可靠度水準可靠度水準 結(jié)構(gòu)構(gòu)件不滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)件不滿足正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)對生命財產(chǎn)的對生命財產(chǎn)的危害危害性性比不滿足比不滿足承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)的要的要小小，其相應(yīng)的目標可靠，其相應(yīng)的目標可靠指標指標b b 值要小些，故稱值要小些，故稱正常使用極限狀態(tài)驗算正常使用極限狀態(tài)驗算，并在驗算，并在驗算時采用時采用荷載標準值荷載標準值、和、和材料強度標準值，結(jié)構(gòu)系數(shù)材料強度標準

4、值，結(jié)構(gòu)系數(shù) d=1.0。第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算 8.1.3 變形驗算變形驗算 對于有嚴格限制變形要求的構(gòu)件以及截面尺寸特別單對于有嚴格限制變形要求的構(gòu)件以及截面尺寸特別單薄的裝配式構(gòu)件，就需要進行變形驗算，要求在荷載效應(yīng)的薄的裝配式構(gòu)件，就需要進行變形驗算，要求在荷載效應(yīng)的短期組合（考慮部分荷載長期作用的影響）和長期組合兩種短期組合（考慮部分荷載長期作用的影響）和長期組合兩種情況下，受彎構(gòu)件最大撓度值不應(yīng)超過允許值。情況下，受彎構(gòu)件最大撓度值不應(yīng)超過允許值。 8.2.1 軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件tfssacrntectesfemax0

5、)(afaafafafaafntsectstectssctcr滿足可靠指標的要求，滿足可靠指標的要求，引入拉應(yīng)力限制系數(shù)引入拉應(yīng)力限制系數(shù)ct第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算8.2 抗裂驗算抗裂驗算對應(yīng)荷載效應(yīng)的對應(yīng)荷載效應(yīng)的長期組合長期組合0afntkctl70. 0ct對應(yīng)荷載效應(yīng)的對應(yīng)荷載效應(yīng)的短期組合短期組合0afntkcts85. 0ct圖8-1 抗裂軸向力計算圖8.2.2 受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件crx2crxh 2crxh tfcrm0wfmtmcr第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算對應(yīng)荷載效應(yīng)

6、的對應(yīng)荷載效應(yīng)的短期組合短期組合0wfmtkctms對應(yīng)荷載效應(yīng)的對應(yīng)荷載效應(yīng)的長期組合長期組合0wfmtkctml圖8-2 受彎構(gòu)件正截面即將開裂時實際 應(yīng)力圖形8.2.3 偏心受拉構(gòu)件偏心受拉構(gòu)件對應(yīng)荷載效應(yīng)的對應(yīng)荷載效應(yīng)的短期組合短期組合對應(yīng)荷載效應(yīng)的對應(yīng)荷載效應(yīng)的長期組合長期組合第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算tkctssfanwmm0m0tkctllfanwmm0m0第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算8.2.4 偏心受壓構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件對應(yīng)荷載效應(yīng)的對應(yīng)荷載效應(yīng)的短期組合短期組合對應(yīng)荷載效應(yīng)

7、的對應(yīng)荷載效應(yīng)的長期組合長期組合tkctssfanwmm00tkctllfanwmm00第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算 一般情況混凝土的極限拉伸值一般情況混凝土的極限拉伸值tu=0.00010.00015，則混，則混凝土即將開裂時，根據(jù)應(yīng)變協(xié)調(diào)決定的各構(gòu)件中鋼筋的拉凝土即將開裂時，根據(jù)應(yīng)變協(xié)調(diào)決定的各構(gòu)件中鋼筋的拉應(yīng)力應(yīng)力s(0.00010.00015)2.01052030n/mm2。可見。可見此時鋼筋的應(yīng)力是很低的，即對于鋼筋混凝土的抗裂能力此時鋼筋的應(yīng)力是很低的，即對于鋼筋混凝土的抗裂能力而言，鋼筋所起的作用不大，所以用增加鋼筋的辦法來提而

8、言，鋼筋所起的作用不大，所以用增加鋼筋的辦法來提高構(gòu)件的抗裂能力既不經(jīng)濟，也是不合理的。高構(gòu)件的抗裂能力既不經(jīng)濟，也是不合理的。提高構(gòu)件抗提高構(gòu)件抗裂能力可通過加大構(gòu)件截面尺寸與提高混凝土的強度等級，裂能力可通過加大構(gòu)件截面尺寸與提高混凝土的強度等級，但最根本的方法是采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。但最根本的方法是采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。8.3.1 裂縫的成因及對策裂縫的成因及對策荷載引起的裂縫荷載引起的裂縫非荷載引起的裂縫非荷載引起的裂縫拉力拉力彎矩彎矩剪力剪力扭矩扭矩垂直裂縫，正截面裂縫垂直裂縫，正截面裂縫主要裂縫成因主要裂縫成因crack width第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋

9、混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算8.3 裂縫開展寬度驗算裂縫開展寬度驗算1、溫度變化引起的裂縫、溫度變化引起的裂縫原因：熱脹冷縮，且變形受到約束原因：熱脹冷縮，且變形受到約束采取的措施：采取的措施：a.對混凝土分層分塊；對混凝土分層分塊；b.低熱水泥；低熱水泥；c. 人工冷卻人工冷卻2、混凝土收縮引起的裂縫、混凝土收縮引起的裂縫原因：混凝土結(jié)硬時產(chǎn)生體積縮小，變形受到約束原因：混凝土結(jié)硬時產(chǎn)生體積縮小，變形受到約束采取的措施：采取的措施：a.設(shè)置伸縮縫；設(shè)置伸縮縫；b.改善水泥性能；改善水泥性能；c. 降低水灰比；降低水灰比；d. 加強養(yǎng)護。加強養(yǎng)護。3、基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫、基礎(chǔ)不均勻沉降

10、引起的裂縫采取的措施：采取的措施：a.構(gòu)造措施；構(gòu)造措施；b.設(shè)置沉降縫；設(shè)置沉降縫；第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算4、混凝土塑性塌引起的裂縫、混凝土塑性塌引起的裂縫采取的措施：采取的措施：a.級配良好；級配良好；b.控制水灰比；控制水灰比；c.提高施工質(zhì)量提高施工質(zhì)量5、冰凍引起的裂縫、冰凍引起的裂縫6、鋼筋銹蝕引起的裂縫、鋼筋銹蝕引起的裂縫采取的措施：采取的措施：a.提高混凝土的密實性；提高混凝土的密實性；b.加大保護層厚度加大保護層厚度第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算7、堿骨料化學反應(yīng)引起的

11、裂縫、堿骨料化學反應(yīng)引起的裂縫采取的措施：采取的措施：a采用優(yōu)質(zhì)骨料和低堿水泥；采用優(yōu)質(zhì)骨料和低堿水泥；b.提高密實性提高密實性8.3.2 受力裂縫的開展寬度計算理論受力裂縫的開展寬度計算理論計計算算理理論論半理論半經(jīng)驗公式我國建筑系統(tǒng)和水工系統(tǒng)規(guī)范半理論半經(jīng)驗公式我國建筑系統(tǒng)和水工系統(tǒng)規(guī)范數(shù)量統(tǒng)計公式美國、俄羅斯及我國港工規(guī)范數(shù)量統(tǒng)計公式美國、俄羅斯及我國港工規(guī)范裂縫開展機理粘結(jié)滑移理論粘結(jié)滑移理論無粘結(jié)滑移理論無粘結(jié)滑移理論綜合理論綜合理論第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算1、裂縫開展前后的應(yīng)力狀態(tài)、裂縫開展前后的應(yīng)力狀態(tài)aaacccbb(a)

12、裂縫即將出現(xiàn)(b)第一批裂縫出現(xiàn)(c) 裂縫的分布及開展第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算圖8-3 裂縫開展前后的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)1) 在裂縫出現(xiàn)前在裂縫出現(xiàn)前，混凝土和鋼筋的應(yīng)變沿構(gòu)件的長度基本，混凝土和鋼筋的應(yīng)變沿構(gòu)件的長度基本上是均勻分布的。上是均勻分布的。2) 當受拉區(qū)外邊緣的混凝土達到當受拉區(qū)外邊緣的混凝土達到混凝土的極限拉應(yīng)變時，混凝土的極限拉應(yīng)變時，就處于即將出現(xiàn)裂縫的狀態(tài)就處于即將出現(xiàn)裂縫的狀態(tài)a階段。階段。3)當受拉區(qū)外邊緣的混凝土在最薄弱截面位置達到其極限拉當受拉區(qū)外邊緣的混凝土在最薄弱截面位置達到其極限拉應(yīng)變應(yīng)變 0 0ct后，出

13、現(xiàn)第一條（批）裂縫。后，出現(xiàn)第一條（批）裂縫。4) 裂縫出現(xiàn)瞬間裂縫出現(xiàn)瞬間，裂縫截面位置的混凝土退出工作，應(yīng)力，裂縫截面位置的混凝土退出工作，應(yīng)力降低為零，而鋼筋承擔的拉力突然增加。降低為零，而鋼筋承擔的拉力突然增加。第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算5)裂縫出現(xiàn)后，混凝土向裂縫兩側(cè)回縮，但非自由，受到鋼裂縫出現(xiàn)后，混凝土向裂縫兩側(cè)回縮，但非自由，受到鋼筋的約束?；炷僚c鋼筋之間有相對滑移，產(chǎn)生粘結(jié)應(yīng)力筋的約束?；炷僚c鋼筋之間有相對滑移，產(chǎn)生粘結(jié)應(yīng)力t。由于粘結(jié)應(yīng)力

14、的存在由于粘結(jié)應(yīng)力的存在，隨著距裂縫截面距離的增加，鋼筋，隨著距裂縫截面距離的增加，鋼筋拉應(yīng)力逐漸傳遞給混凝土而減小，混凝土拉應(yīng)力由裂縫處拉應(yīng)力逐漸傳遞給混凝土而減小，混凝土拉應(yīng)力由裂縫處的零逐漸增大，達到的零逐漸增大，達到l后，粘結(jié)應(yīng)力消失，混凝土中又重新后，粘結(jié)應(yīng)力消失，混凝土中又重新建立起拉應(yīng)力建立起拉應(yīng)力 ct。6) 當距裂縫截面有足夠的長度當距裂縫截面有足夠的長度 l 時，混凝土拉應(yīng)力時，混凝土拉應(yīng)力 ct增大增大到到ft，此時將在離裂縫截面此時將在離裂縫截面l的另一薄弱截面處出現(xiàn)新的裂的另一薄弱截面處出現(xiàn)新的裂縫?？p。7) 如果兩條裂縫的間距小于如果兩條裂縫的間距小于2 l，則由于

15、粘結(jié)應(yīng)力傳遞長度則由于粘結(jié)應(yīng)力傳遞長度不夠，混凝土拉應(yīng)力不可能達到不夠，混凝土拉應(yīng)力不可能達到ft，因此將不會出現(xiàn)新的裂，因此將不會出現(xiàn)新的裂縫，裂縫的間距最終將穩(wěn)定在（縫，裂縫的間距最終將穩(wěn)定在（l 2 l）之間，）之間，平均間距可平均間距可取取1.5 l。8)從第一條（批）裂縫出現(xiàn)到裂縫全部出齊為從第一條（批）裂縫出現(xiàn)到裂縫全部出齊為裂縫出現(xiàn)階段裂縫出現(xiàn)階段，該階段的荷載增量并不大，主要取決于混凝土強度的離散程該階段的荷載增量并不大，主要取決于混凝土強度的離散程度。度。9)裂縫間距裂縫間距的計算公式即是以該階段的受力分析建立的。的計算公式即是以該階段的受力分析建立的。第第9章章 鋼筋混凝土

16、構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算10)裂縫出齊后，隨著荷載的繼續(xù)增加，裂縫寬度不斷裂縫出齊后，隨著荷載的繼續(xù)增加，裂縫寬度不斷開展。開展。裂縫的開展是由于混凝土的回縮，鋼筋的伸裂縫的開展是由于混凝土的回縮，鋼筋的伸長，導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間不斷產(chǎn)生相對滑移的結(jié)長，導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間不斷產(chǎn)生相對滑移的結(jié)果，果，這是裂縫寬度計算的依據(jù)。這是裂縫寬度計算的依據(jù)。11) 在荷載長期作用下，由于在荷載長期作用下，由于混凝土的滑移徐變和拉混凝土的滑移徐變和拉應(yīng)力的松弛應(yīng)力的松弛，將導(dǎo)致裂縫間受拉混凝土不斷退出工，將導(dǎo)致裂縫間受拉混凝土不斷退出工作，使作，使裂縫開展寬度增大裂縫開展

17、寬度增大，混凝土的收縮使裂縫間混凝土的收縮使裂縫間混凝土的長度縮短混凝土的長度縮短，也會引起裂縫的進一步開展。，也會引起裂縫的進一步開展。第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算2. 平均裂縫寬度平均裂縫寬度wm平均裂縫寬度平均裂縫寬度wm等于構(gòu)件裂縫區(qū)段內(nèi)鋼筋的平均伸長與等于構(gòu)件裂縫區(qū)段內(nèi)鋼筋的平均伸長與相應(yīng)水平處構(gòu)件側(cè)表面混凝土平均伸長的差值相應(yīng)水平處構(gòu)件側(cè)表面混凝土平均伸長的差值。crcmcrsmmllwcrsmmlw忽略混凝土的拉伸變形忽略混凝土的拉伸變形ssm受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)，反映了裂縫受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)，反映了裂縫間受拉混凝土參與工

18、作的程度。間受拉混凝土參與工作的程度。第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算ssssmecrsscrsmmlelw以軸拉為例：以軸拉為例：1）ssan2）crlcrmtetulaf 0tetemtmtetcrdkdfuafl4tecrdkckl21第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算3）testf0 . 13. 最大裂縫寬度最大裂縫寬度wmax)(22221maxtesscrssmdkckeleww第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算teeqsdcew1 . 03s

19、s321maxteeqsdcew1 . 03sl321max第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算8.3.3 裂縫寬度驗算裂縫寬度驗算1驗算要求驗算要求wmaxwmax2減小裂縫寬度的方法減小裂縫寬度的方法適當減小鋼筋直徑，使鋼筋在混凝土中均勻分布；適當減小鋼筋直徑，使鋼筋在混凝土中均勻分布；采用與混凝土粘結(jié)較好的變形鋼筋；采用與混凝土粘結(jié)較好的變形鋼筋；適當增加配筋量（不夠經(jīng)濟合理），以降低使用階段的適當增加配筋量（不夠經(jīng)濟合理），以降低使用階段的鋼筋應(yīng)力。鋼筋應(yīng)力。對限制裂縫寬度而言最根本的方法也是采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。對限制裂縫寬度而言最根本的方

20、法也是采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。deformationfeimleiqlf20404853845均布： 20leimsf 截面截面抗彎剛度抗彎剛度ei 體現(xiàn)了截面抵抗彎曲變形的能力體現(xiàn)了截面抵抗彎曲變形的能力對于彈性均質(zhì)材料截面，對于彈性均質(zhì)材料截面，ei為常數(shù)，為常數(shù)，m-f f 關(guān)系為直線。關(guān)系為直線。eimleiplf2030121481集中：20ls f圖8-4 梁的變形第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算8.4 變形驗算變形驗算 由于混凝土開裂、彈塑性應(yīng)力由于混凝土開裂、彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和鋼筋屈服等影響，應(yīng)變關(guān)系和鋼筋屈服等影響，鋼筋混凝土

21、鋼筋混凝土適筋梁適筋梁的的m-f f 關(guān)系不再是直線關(guān)系不再是直線，而是隨彎矩增大，而是隨彎矩增大，截面曲率呈曲線變化。截面曲率呈曲線變化。mymumcreci0mf第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算圖8-5 梁的m-f 關(guān)系8.4.1 受彎構(gòu)件的短期剛度受彎構(gòu)件的短期剛度bs1. 不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件085. 0iebcs2. 出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件30)28. 0025. 0(bhebces8.4.2 受彎構(gòu)件的長期剛度受彎構(gòu)件的長期剛度bl剛度降低的原因：剛度降低的原因：混凝土的徐變混凝土的收縮混凝土的徐變混凝土的收縮影響因

22、素：影響因素：受壓鋼筋的配筋率、加荷齡期、荷載的大小及持受壓鋼筋的配筋率、加荷齡期、荷載的大小及持續(xù)時間、溫度和濕度、混凝土的養(yǎng)護時間續(xù)時間、溫度和濕度、混凝土的養(yǎng)護時間第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算荷載長期作用下的撓度增大系數(shù)荷載長期作用下的撓度增大系數(shù)：4 .00 .2slslsblmsblmmsf2020)(（1）對應(yīng)于荷載效應(yīng)的短期組合）對應(yīng)于荷載效應(yīng)的短期組合20lbmsflsslsslbmmmb)1(長期抗彎剛度長期抗彎剛度第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算（2）對應(yīng)于荷載效應(yīng)的長期組合

23、）對應(yīng)于荷載效應(yīng)的長期組合slbb 長期抗彎剛度長期抗彎剛度8.4.3 受彎構(gòu)件的撓度計算受彎構(gòu)件的撓度計算20lbmsfl驗算驗算llssffff第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算 3. 提高剛度的方法提高剛度的方法 若驗算撓度不能滿足，則表示構(gòu)件的抗彎剛度不若驗算撓度不能滿足，則表示構(gòu)件的抗彎剛度不足。足。增加截面尺寸，提高混凝土強度等級，增加配筋量增加截面尺寸，提高混凝土強度等級，增加配筋量及選用合理的截面（如及選用合理的截面（如t t形或工形等形或工形等），都可提高構(gòu)件剛），都可提高構(gòu)件剛度。但度。但合理而有效的措施是適當增大截面的高度合理

24、而有效的措施是適當增大截面的高度。采用。采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)也可有效提高構(gòu)件剛度。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)也可有效提高構(gòu)件剛度。第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗算問題：什么是耐久性要求？問題：什么是耐久性要求？混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)能在自然和人為環(huán)境的化學和物理作用混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)能在自然和人為環(huán)境的化學和物理作用下，滿足在規(guī)定的設(shè)計工作壽命內(nèi)不出現(xiàn)無法接受的下，滿足在規(guī)定的設(shè)計工作壽命內(nèi)不出現(xiàn)無法接受的承載力減小、使用功能降低和不能接受的外觀破損等承載力減小、使用功能降低和不能接受的外觀破損等的情況。的情況。 由前已知，混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性包含安全性、適用性由前已知，混

25、凝土結(jié)構(gòu)的可靠性包含安全性、適用性和耐久性三個方面的要求。和耐久性三個方面的要求。 安全性要求主要用過承載能力計算和穩(wěn)定性驗算解決；安全性要求主要用過承載能力計算和穩(wěn)定性驗算解決； 適用性要求主要通過控制結(jié)構(gòu)的變形和裂縫寬度來滿適用性要求主要通過控制結(jié)構(gòu)的變形和裂縫寬度來滿足；足；耐久性定義：耐久性定義：結(jié)構(gòu)在預(yù)定設(shè)計工作壽命期內(nèi)，結(jié)構(gòu)在預(yù)定設(shè)計工作壽命期內(nèi)，在正常維護條件下，不需要進行大修和加固在正常維護條件下，不需要進行大修和加固滿足，即可滿足正常使用和安全功能要求的滿足，即可滿足正常使用和安全功能要求的能力。能力。對于一般建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計工作壽命為對于一般建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計工作壽命為50年，年

26、，重要的建筑物可取重要的建筑物可取100年。年。近年來，隨著建筑市場化的發(fā)展，業(yè)主也可近年來，隨著建筑市場化的發(fā)展，業(yè)主也可以對建筑的壽命提出更高要求。對于其它土木以對建筑的壽命提出更高要求。對于其它土木工程結(jié)構(gòu)，根據(jù)其功能要求，設(shè)計工作壽命也工程結(jié)構(gòu)，根據(jù)其功能要求，設(shè)計工作壽命也有差別，如橋梁工程一般要求在有差別，如橋梁工程一般要求在100年以上。年以上。世界上經(jīng)濟發(fā)達國家的工程建設(shè)大體上經(jīng)歷了世界上經(jīng)濟發(fā)達國家的工程建設(shè)大體上經(jīng)歷了三個階段：三個階段：大規(guī)模建設(shè)大規(guī)模建設(shè)；新建與改建、維修并重新建與改建、維修并重；重點轉(zhuǎn)向既有建筑物的維修改造重點轉(zhuǎn)向既有建筑物的維修改造。目前經(jīng)濟發(fā)達國家

27、處于第三階段，結(jié)構(gòu)因耐久目前經(jīng)濟發(fā)達國家處于第三階段，結(jié)構(gòu)因耐久性不足而失效，或為保證繼續(xù)正常使用而付出性不足而失效，或為保證繼續(xù)正常使用而付出巨大維修代價，這使得耐久性問題變得十分重巨大維修代價，這使得耐久性問題變得十分重要。要。 我國我國50年代開始大規(guī)模建設(shè)的工程項目，由年代開始大規(guī)模建設(shè)的工程項目，由于當時經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱，材料標準和設(shè)計標準都于當時經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱，材料標準和設(shè)計標準都較低，除一些重要的工程項目目前需要繼續(xù)維較低，除一些重要的工程項目目前需要繼續(xù)維持其使用外，其它大部分工程已達到其使用壽持其使用外，其它大部分工程已達到其使用壽命。命。 我國真正進入大規(guī)模建設(shè)是在改革開放以后，

28、我國真正進入大規(guī)模建設(shè)是在改革開放以后，因此國外發(fā)達國家在耐久性上所遇到的問題應(yīng)引因此國外發(fā)達國家在耐久性上所遇到的問題應(yīng)引起我國工程技術(shù)人員的足夠重視，起我國工程技術(shù)人員的足夠重視，避免重蹈發(fā)達避免重蹈發(fā)達國家的覆轍，國家的覆轍，對國家經(jīng)濟建設(shè)造成巨大浪費。對國家經(jīng)濟建設(shè)造成巨大浪費。內(nèi)部因素：內(nèi)部因素： 混凝土強度混凝土強度 滲透性滲透性 保護層厚度保護層厚度 水泥品種水泥品種 標號和用量標號和用量 外加劑等外加劑等外部因素：外部因素： 環(huán)境溫度環(huán)境溫度 濕度濕度 co2含量含量 侵蝕性介質(zhì)等侵蝕性介質(zhì)等碳化碳化 撓度過大撓度過大(剛度降低）剛度降低）鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕表面劣化強度劣化龜龜裂

29、裂美美觀觀混凝土中堿性物質(zhì)（混凝土中堿性物質(zhì)（ca(oh)2）使混凝土內(nèi)的鋼筋表明形成使混凝土內(nèi)的鋼筋表明形成氧化膜，它能有效地保護鋼筋，防止鋼筋銹蝕。氧化膜，它能有效地保護鋼筋，防止鋼筋銹蝕。但由于大氣中的二氧化碳（但由于大氣中的二氧化碳（co2）與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土的生反應(yīng)，使混凝土的ph值降低。其他物質(zhì)，如值降低。其他物質(zhì)，如so2、h2s，也能與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生類似的反應(yīng)，使混凝土的也能與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生類似的反應(yīng)，使混凝土的ph值降低，這就是混凝土的碳化。值降低，這就是混凝土的碳化。當混凝土保護層被碳化到鋼筋表面時，將破壞鋼筋表面的

30、氧當混凝土保護層被碳化到鋼筋表面時，將破壞鋼筋表面的氧化膜，引起鋼筋的銹蝕。此外，碳化還會加劇混凝土的收化膜，引起鋼筋的銹蝕。此外，碳化還會加劇混凝土的收縮，可導(dǎo)致混凝土的開裂?？s，可導(dǎo)致混凝土的開裂。因此，混凝土的碳化是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要問題。因此，混凝土的碳化是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要問題。混凝土的碳化從構(gòu)件表面開始向內(nèi)發(fā)展，到保護層完全碳化，混凝土的碳化從構(gòu)件表面開始向內(nèi)發(fā)展，到保護層完全碳化，所需要的時間與碳化速度、混凝土保護層厚度、混凝土密所需要的時間與碳化速度、混凝土保護層厚度、混凝土密實性以及覆蓋層情況等因素有關(guān)。實性以及覆蓋層情況等因素有關(guān)。1）環(huán)境因素）環(huán)境因素碳化速度主要

31、取決于空氣中的碳化速度主要取決于空氣中的co2濃度和向混凝土中的濃度和向混凝土中的擴散速度?？諝庵械臄U散速度。空氣中的co2濃度大，混凝土內(nèi)外濃度大，混凝土內(nèi)外co2濃度濃度梯度也愈大，因而梯度也愈大，因而co2向混凝土內(nèi)的滲透速度快，碳化向混凝土內(nèi)的滲透速度快，碳化反應(yīng)也快。反應(yīng)也快。空氣濕度和溫度對碳化反應(yīng)速度有較大影響。因為碳化空氣濕度和溫度對碳化反應(yīng)速度有較大影響。因為碳化反應(yīng)要產(chǎn)生水份向外擴散，濕度越大，水份擴散越慢。反應(yīng)要產(chǎn)生水份向外擴散，濕度越大，水份擴散越慢。當空氣相對濕度大于當空氣相對濕度大于80%，碳化反應(yīng)的附加水份幾乎無，碳化反應(yīng)的附加水份幾乎無法向外擴散，使碳化反應(yīng)大大

32、降低。法向外擴散，使碳化反應(yīng)大大降低。而在極干燥環(huán)境下，空氣中的而在極干燥環(huán)境下，空氣中的co2無法溶于混凝土中的無法溶于混凝土中的孔隙水中，碳化反應(yīng)也無法進行?？紫端?，碳化反應(yīng)也無法進行。試驗表明，當混凝土周圍介質(zhì)的相對濕度為試驗表明，當混凝土周圍介質(zhì)的相對濕度為50%75%時，混凝土碳化速度最快。環(huán)境溫度越高，碳化的化學時，混凝土碳化速度最快。環(huán)境溫度越高，碳化的化學反應(yīng)速度越快，且反應(yīng)速度越快，且co2向混凝土內(nèi)的擴散速度也越快。向混凝土內(nèi)的擴散速度也越快。2）材料因素）材料因素水泥是混凝土中最活躍的成分，其品種和用量決定水泥是混凝土中最活躍的成分，其品種和用量決定了單位體積中可碳化物

33、質(zhì)的含量，因而對混凝土碳了單位體積中可碳化物質(zhì)的含量，因而對混凝土碳化有重要影響?；兄匾绊?。單位體積中水泥的用量越多，會提高混凝土的強度，單位體積中水泥的用量越多，會提高混凝土的強度，又會提高混凝土的抗碳化性能。又會提高混凝土的抗碳化性能。水灰比也是影響碳化的主要因素。在水泥用量不變水灰比也是影響碳化的主要因素。在水泥用量不變的條件下，水灰比越大，混凝土內(nèi)部的孔隙率也越的條件下，水灰比越大，混凝土內(nèi)部的孔隙率也越大，密實性就越差，大，密實性就越差，co2的滲入速度越快，因而碳化的滲入速度越快，因而碳化的速度也越快。的速度也越快。水灰比大會使混凝土孔隙中游離水增多，有利于碳水灰比大會使混凝土

34、孔隙中游離水增多，有利于碳化反應(yīng)?；磻?yīng)?；炷林型饧訐胶狭虾凸橇掀贩N對碳化也有一定的混凝土中外加摻合料和骨料品種對碳化也有一定的影響。影響。3） 施工養(yǎng)護條件施工養(yǎng)護條件混凝土攪拌、振搗和養(yǎng)護條件影響混凝土的密實性，因而對碳混凝土攪拌、振搗和養(yǎng)護條件影響混凝土的密實性，因而對碳化有較大影響。此外，養(yǎng)護方法與齡期對水泥的水化程度有影化有較大影響。此外，養(yǎng)護方法與齡期對水泥的水化程度有影響，進而影響混凝土的碳化。所以保證混凝土施工質(zhì)量對提高響，進而影響混凝土的碳化。所以保證混凝土施工質(zhì)量對提高混凝土的抗碳化性能十分重要。混凝土的抗碳化性能十分重要。表11-4 結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要求環(huán)境類別水

35、灰比不大于水泥用量不少于(kg/m3)混凝土強度等級不小于氯離子含量不大于一0.65200c151.00%a0.60225c200.30%二b0.55250c250.30%三0.50275c300.15%注：1、氯離子含量按水泥總重量的百分率計算；2、 預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的混凝土中的氯離子含量不得超過0.06%；3、 當混凝土中加入摻合料時，可酌情降低水泥用量；處于二類環(huán)境中的基礎(chǔ)，混凝土強度等級可采用 c20，但保護層厚度應(yīng)符合地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的要求。4）減小混凝土碳化的措施）減小混凝土碳化的措施合理設(shè)計混凝土的施工配合比：一是要有足夠的水泥合理設(shè)計混凝土的施工配合比：一是要有足夠的水泥用量，一般不

36、以少于用量，一般不以少于300kg/m3，同時應(yīng)盡量降低水灰比；同時應(yīng)盡量降低水灰比；盡量提高混凝土的密實性，增強抗?jié)B性：砼應(yīng)振搗密盡量提高混凝土的密實性，增強抗?jié)B性：砼應(yīng)振搗密實，按施工規(guī)范養(yǎng)護，減小水分蒸發(fā)，避免產(chǎn)生表面裂實，按施工規(guī)范養(yǎng)護，減小水分蒸發(fā)，避免產(chǎn)生表面裂縫；縫；鋼筋應(yīng)具有足夠的混凝土保護層：這是鋼筋應(yīng)具有足夠的混凝土保護層：這是規(guī)范規(guī)范規(guī)定規(guī)定最小保護層的一個主要目的?；炷撂蓟_到鋼筋表面最小保護層的一個主要目的。混凝土碳化達到鋼筋表面需要一定的時間，稱為脫鈍時間，混凝土厚度越大，脫需要一定的時間，稱為脫鈍時間，混凝土厚度越大，脫鈍時間越長。最小保護層厚度與環(huán)境條件有關(guān)。

37、鈍時間越長。最小保護層厚度與環(huán)境條件有關(guān)。鋼筋銹蝕機理鋼筋銹蝕機理鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最關(guān)鍵問題?；熹摻钿P蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最關(guān)鍵問題?；炷林械匿摻钿P蝕實質(zhì)為電化學腐蝕。凝土中的鋼筋銹蝕實質(zhì)為電化學腐蝕。當混凝土未碳化時，由于水泥的高堿性，鋼筋表面當混凝土未碳化時，由于水泥的高堿性，鋼筋表面形成一層致密的氧化膜，阻止了鋼筋銹蝕電化學過形成一層致密的氧化膜，阻止了鋼筋銹蝕電化學過程。程。當混凝土被碳化，鋼筋表面的氧化膜被破壞，在有當混凝土被碳化，鋼筋表面的氧化膜被破壞，在有水份和氧氣的條件下，就會發(fā)生銹蝕的電化學反應(yīng)。水份和氧氣的條件下，就會發(fā)生銹蝕的電化學反應(yīng)。影

38、響鋼筋銹蝕的主要因素影響鋼筋銹蝕的主要因素影響鋼筋銹蝕的主要因素是混凝土的含水量、水中的影響鋼筋銹蝕的主要因素是混凝土的含水量、水中的含氧量、混凝土的含氧量、混凝土的ph值、氯離子值、氯離子ci-的含量；還涉及到的含量；還涉及到混凝土的密實度、混凝土的裂縫、混凝土中使用的添混凝土的密實度、混凝土的裂縫、混凝土中使用的添加劑等?？傊?，凡是使上述因素發(fā)生變化的情況都會加劑等?？傊?，凡是使上述因素發(fā)生變化的情況都會影響鋼筋的銹蝕程度。例如：影響鋼筋的銹蝕程度。例如：鋼筋銹蝕產(chǎn)生的鐵銹（氫氧化亞鐵鋼筋銹蝕產(chǎn)生的鐵銹（氫氧化亞鐵fe(oh)3），），體積比鐵增加體積比鐵增加26倍，保護層被擠裂，使空氣倍

39、，保護層被擠裂，使空氣中的水份更易進入，促使銹蝕加快發(fā)展。中的水份更易進入，促使銹蝕加快發(fā)展。氧氣和水份是鋼筋銹蝕必要條件，混凝土的氧氣和水份是鋼筋銹蝕必要條件，混凝土的碳化僅是為鋼筋銹蝕提供了可能。碳化僅是為鋼筋銹蝕提供了可能。裂縫的發(fā)生為氧氣和水份的浸入創(chuàng)造了條裂縫的發(fā)生為氧氣和水份的浸入創(chuàng)造了條裂縫的出現(xiàn)僅是使裂縫處鋼筋局部脫鈍，使裂縫的出現(xiàn)僅是使裂縫處鋼筋局部脫鈍，使銹蝕過程得以開始，但它對銹蝕速度不起控銹蝕過程得以開始，但它對銹蝕速度不起控制作用。因此，防止鋼筋銹蝕最重要的措施制作用。因此，防止鋼筋銹蝕最重要的措施是在增加混凝土的密實性和混凝土的保護層是在增加混凝土的密實性和混凝土的

40、保護層厚度。厚度。防止鋼筋銹蝕的措施防止鋼筋銹蝕的措施減小混凝土的碳化，保證足夠的保護層厚度；減小混凝土的碳化，保證足夠的保護層厚度；采用涂面層；采用涂面層；采用鋼筋阻銹劑；采用鋼筋阻銹劑；采用涂層鋼筋（環(huán)氧涂層鋼筋，已有生產(chǎn)采用涂層鋼筋（環(huán)氧涂層鋼筋，已有生產(chǎn))?；炷了Y(jié)硬后，內(nèi)部有很多毛細孔。在澆筑混混凝土水化結(jié)硬后，內(nèi)部有很多毛細孔。在澆筑混凝土時，為得到必要的和易性，往往會比水泥水化凝土時，為得到必要的和易性，往往會比水泥水化所需要的水多些。所需要的水多些。多余的水份滯留在混凝土毛細孔中。低溫時水份因結(jié)多余的水份滯留在混凝土毛細孔中。低溫時水份因結(jié)冰產(chǎn)生體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞。冰產(chǎn)生體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞。反復(fù)凍融多次，就會使混凝土的損傷累積達到一定程反復(fù)凍融多次，就會使混凝