9撓度、裂縫寬度驗算及延性和耐久性ppt課件

1、第9章?lián)隙?、裂痕寬度驗算及延性和耐久?.1 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗算9.2 鋼筋混凝土構(gòu)件的裂痕寬度驗算9.3 混凝土構(gòu)件的截面延性9.4 混凝土構(gòu)造的耐久性主要內(nèi)容概 述外觀覺得裂痕過寬：鋼筋銹蝕導(dǎo)致承載力降低，影響 運用壽命耐久性心思接受：不平安感，振動噪聲對非構(gòu)造構(gòu)件的影響：門窗開關(guān)，隔墻開裂等振動、變形過大對其它構(gòu)造構(gòu)件的影響變形過大影響正常運用：如吊車、精細(xì)儀器適用性承載才干極限形狀平安性構(gòu)造的功能 混凝土構(gòu)造構(gòu)件變形和裂痕寬度驗算屬于正常運用極限形狀的驗算，與承載才干極限形狀計算相比，正常運用極限形狀驗算具有以下二個特點： 思索到構(gòu)造超越正常運用極限形狀對生命財富的危害遠(yuǎn)比超

2、越承載才干極限形狀的要小，因此其目的可靠目的值要小一些，故規(guī)定變形及裂痕寬度驗算均采用荷載規(guī)范值和資料強(qiáng)度的規(guī)范值。 由于可變荷載作用時間的長短對變形和裂痕寬度的大小有影響，故驗算變形和裂痕寬度時應(yīng)按荷載短期效應(yīng)組合值并思索荷載長期效應(yīng)的影響進(jìn)展。 其主要從以下幾個方面思索：保證構(gòu)造的運用功能要求；防止對構(gòu)造構(gòu)件產(chǎn)生不良影響；防止對非構(gòu)造構(gòu)件產(chǎn)生不良影響；保證運用者的覺得在可接受的程度之內(nèi)。因此，對受彎構(gòu)件在運用階段產(chǎn)生的最大變形值f必需加以限制，即 受彎構(gòu)件變形驗算目的主要是用以滿足適用性。f flim其中 flim為撓度變形限值，見附表4-1。9.1 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗算一、截面彎

3、曲剛度截面承載力：截面上的資料抵抗內(nèi)力的才干截面剛度：截面上的資料抵抗變形的才干截面彎曲剛度：截面上的資料抵抗截面轉(zhuǎn)動的才干二、鋼筋混凝土梁抗彎剛度的特點fEIMlEIqlf244853845均布： 2lEIMSf EIM截面抗彎剛度EI 表達(dá)了截面抵抗彎曲變形的才干，同時也反映了截面彎矩與曲率之間的物理關(guān)系。對于彈性均質(zhì)資料截面，EI為常數(shù)，M-f 關(guān)系為直線。EIMlEIPlf23121481集中：2lS MEI EIMcrA階段uy2112ycru0階段階段適筋梁M-f關(guān)系曲線M集中荷載荷載-撓度：48f3lEIP彎矩-曲率：EIM應(yīng)力-應(yīng)變：esE剛度與變形之間的關(guān)系： 由于混凝土開裂

4、、彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和鋼筋屈服等影響，鋼筋混凝土適筋梁的M-f 關(guān)系不再是直線，而是隨彎矩增大，截面曲率呈曲線變化。MyMsMcrEcI0BsMMMcrEcI00.85EcI0截面彎曲剛度EI越大，撓度f越小。M-關(guān)系不是直線，所以截面彎曲剛度不是常數(shù)，記作B。三、截面抗彎剛度B混凝土未裂時的截面彎曲剛度085. 0IEBc正常運用時的截面彎曲剛度此時的截面彎曲剛度比混凝土未裂時的截面彎曲剛度小，而且是隨彎矩的增大而減小的，為變化值。給出了截面彎曲剛度B的定義：在M-曲線的0.5Mu-0.7Mu區(qū)段內(nèi)，曲線上的任一點與坐標(biāo)原點相連割線的斜率。四、短期截面抗彎剛度Bs截面彎曲剛度不僅隨彎矩的增

5、大而減小，而且還將隨荷載作用時間增長而減小。不思索時間要素的截面彎曲剛度為短期截面剛度，記作Bs。0kkssmcmMM hBeekM 彎矩的標(biāo)準(zhǔn)組合值截面曲率smcmee 、分 別 為 縱 向 受 拉 鋼 筋 重 心 處 的 平 均 拉 應(yīng) 變和 受 壓 區(qū) 邊 緣 混 凝 土 的 平 均 壓 應(yīng) 變五、受彎構(gòu)件的截面抗彎剛度B 在長期荷載作用下，由于混凝土的徐變，會使梁的撓度隨時間增長。此外，鋼筋與混凝土間粘結(jié)滑移徐變、混凝土收縮等也會導(dǎo)致梁的撓度增大。采用思索荷載長期作用對撓度增大的影響系數(shù)q ，那么:22)(lBMMSlBMSfslssl2lBMSfls(1)ssslMBBMM長期抗彎剛

6、度六、最小剛度原那么 由于彎矩沿梁長的變化的，抗彎剛度沿梁長也是變化的。但按變剛度梁來計算撓度變形很費事。 為簡化起見，取同號彎矩區(qū)段的最大彎矩截面處的最小剛度Bmin，按等剛度梁來計算。 這樣撓度的簡化計算結(jié)果比按變剛度梁的實際值略偏大。 但接近支座處的曲率誤差對梁的最大撓度影響很小，且撓度計算僅思索彎曲變形的影響，實踐上還存在一些剪切變形，因此按最小剛度Bmin計算的結(jié)果與實測結(jié)果的誤差很小?！白钚偠仍敲匆?、裂痕的出現(xiàn)、分布與開展9.2 鋼筋混凝土構(gòu)件的裂痕寬度驗算在裂痕出現(xiàn)前，混凝土和鋼筋的應(yīng)變沿構(gòu)件的長度根本上是均勻分布的。當(dāng)混凝土的拉應(yīng)力到達(dá)抗拉強(qiáng)度時，首先會在構(gòu)件最薄弱截面位置

7、出現(xiàn)第一條批裂痕。裂痕出現(xiàn)瞬間，裂痕截面位置的混凝土退出受拉任務(wù)，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。由于鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)，隨著距裂痕截面間隔的添加，混凝土中又重新建立起拉應(yīng)力sc，而鋼筋的拉應(yīng)力那么隨距裂痕截面間隔的添加而減小。當(dāng)距裂痕截面有足夠的長度 l 時，混凝土拉應(yīng)力sc增大到ft，此時將出現(xiàn)新的裂痕。假設(shè)兩條裂痕的間距小于2 l，那么由于粘結(jié)應(yīng)力傳送長度不夠，混凝土拉應(yīng)力不能夠到達(dá)ft，因此將不會出現(xiàn)新的裂痕，裂痕的間距最終將穩(wěn)定在l 2 l之間，平均間距可取1.5 l。從第一條批裂痕出現(xiàn)到裂痕全部出齊為裂痕出現(xiàn)階段，該階段的荷載

8、增量并不大，主要取決于混凝土強(qiáng)度的離散程度。裂痕間距的計算公式即是以該階段的受力分析建立的。裂痕出齊后，隨著荷載的繼續(xù)添加，裂痕寬度不斷開展。裂痕的開展是由于混凝土的回縮，鋼筋不斷伸長，導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生變形差，這是裂痕寬度計算的根據(jù)。由于混凝土資料的不均勻性，裂痕的出現(xiàn)、分布和開展具有很大的離散性，因此裂痕間距和寬度也是不均勻的。但大量的實驗統(tǒng)計資料分析闡明，裂痕間距和寬度的平均值具有一定規(guī)律性，是鋼筋與混凝土之間粘結(jié)受力機(jī)理的反映。二、裂痕間距ctmAflu uAflmctctssssAfAA21ssluAAmssssss21dAfmctdfmt41dfuAflmtmct41dKlm

9、dKcKlm12對于受彎構(gòu)件，可將受拉區(qū)近似作為一軸心受拉構(gòu)件，根據(jù)粘結(jié)力的有效影響范圍，取有效受拉面積Ate=0.5bh+(bf-b)hf，因此將式中配筋率r 的用以下受拉區(qū)有效配筋率交換后，即可用于受彎構(gòu)件dKcKlm12ffstehbbbhA)(5 . 0temdKcKl12采用rte 后，裂痕間距可一致表示為:根據(jù)實驗資料統(tǒng)計分析，并思索受力特征的影響，對于常用的帶肋鋼筋，給出的平均裂痕間距l(xiāng)m的計算公式為:受彎構(gòu)件temdcl08. 09 . 1軸心受拉構(gòu)件)08. 09 . 1 ( 1 . 1temdclc最外層縱向受拉鋼筋外邊緣到受拉區(qū)底邊的間隔mm，當(dāng)c20mm時，取c=20m

10、m；d鋼筋直徑mm，當(dāng)用不同直徑的鋼筋時，d改用換算直徑4As/u，u為縱向鋼筋的總周長。三、裂痕寬度 mcmsmllwee85. 0)1 (sceesksssEsee0.85skmmswlEs平均裂痕寬度mscsl )1 (eee最大裂痕寬度短期荷載作用下的最大裂痕寬度maxmsmax,max(1.90.08)eqskcrstedwcEs 長期荷載作用下的最大裂痕寬度maxmaxlim最大裂痕寬度驗算lim-規(guī)定的最大裂痕寬度限值，見附表4-39.3 混凝土構(gòu)件的截面延性9.3.1 延性的概念構(gòu)造、構(gòu)件或截面延性是指從屈服開場到到達(dá)最大承載力或到達(dá)以后而承載力還沒有顯著下降期間的變形才干。延

11、性時反映構(gòu)件的后期變形才干。延性要求的目的：1.滿足抗震方面的要求；2.防止脆性破壞；3.在超靜定構(gòu)造中，順應(yīng)外界的變化；4.使超靜定構(gòu)造能充分的進(jìn)展內(nèi)力重分布，節(jié)約鋼材。9.3.2 截面的延性計算截面的延性用延性系數(shù)來表達(dá)，計算時采用平截面假設(shè)。延性系數(shù)表達(dá)式：121cucsuyyf Ekfe u 受壓區(qū)邊緣混凝 土到達(dá)極限壓應(yīng)變時截面曲率。y 鋼筋開場屈服時截面曲率。 截面曲率延性系數(shù)。9.3.3 受彎構(gòu)件延性的要素和提高截面延性的措施 影響要素主要包括：縱向鋼筋配筋率、混凝土極限壓應(yīng)變、鋼筋屈服強(qiáng)度及混凝土強(qiáng)度等。即極限壓應(yīng)變 以及受壓區(qū)高度 kh0 和 xa 兩個綜合要素。 提高截面延

12、性的措施有:限制縱向受拉鋼筋的配筋率；規(guī)定受壓鋼筋和受拉鋼筋的最小比例；在彎矩較大區(qū)段適當(dāng)加密箍筋。自學(xué)偏心受壓構(gòu)件截面曲率延性的分析、框架柱的軸壓比限值9.4 混凝土構(gòu)造的耐久性 混凝土構(gòu)造耐久性可以歸結(jié)為混凝土資料和鋼筋資料的耐久性。資料的耐久性是指它暴露在運用環(huán)境下，抵抗各種物理和化學(xué)作用的才干?；炷镣獗肀┞对诖髿庵?，特別是在惡劣的環(huán)境中時，長期到有害物質(zhì)的侵蝕，以及外界溫、濕度等不良?xì)夂颦h(huán)境往復(fù)循環(huán)的影響，使混凝土隨運用時間的增長而質(zhì)量劣化，鋼筋發(fā)生銹蝕等，致使構(gòu)造物承載才干降低。 混凝土構(gòu)造的耐久性問題表現(xiàn)為：混凝土損傷裂痕、破碎、酥裂、磨損、溶蝕等；鋼筋的銹蝕、疲勞等；以及鋼筋與

13、混凝土之間粘結(jié)錨固作用的減弱三方面。 碳化一、影響混凝土構(gòu)造耐久性的要素內(nèi)部要素： 混凝土強(qiáng)度； 浸透性； 維護(hù)層厚度； 水泥種類； 標(biāo)號和用量； 外加劑；等外部要素： 環(huán)境溫度； 濕度； CO2含量； 侵蝕性介質(zhì)等。1、水灰比的影響2、混凝土的碳化1 環(huán)境要素 碳化速度主要取決于空氣中的CO2濃度和向混凝土中的分散速度?？諝庵械腃O2濃度大，混凝土內(nèi)外CO2濃度梯度也愈大，因此CO2向混凝土內(nèi)的浸透速度快，碳化反響也快。 空氣濕度和溫度對碳化反響速度有較大影響。由于碳化反響要產(chǎn)生水份向外分散，濕度越大，水份分散越慢。當(dāng)空氣相對濕度大于80%，碳化反響的附加水份幾乎無法向外分散，使碳化反響大大

14、降低。 而在極枯燥環(huán)境下，空氣中的CO2無法溶于混凝土中的孔隙水中，碳化反響也無法進(jìn)展。 實驗闡明，當(dāng)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(xué)反響速度越快，且CO2向混凝土內(nèi)的分散速度也越快。2 資料要素 水泥是混凝土中最活潑的成分，其種類和用量決議了單位體積中可碳化物質(zhì)的含量，因此對混凝土碳化有重要影響。 單位體積中水泥的用量越多，會提高混凝土的強(qiáng)度，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要素。在水泥用量不變的條件下，水灰比越大，混凝土內(nèi)部的孔隙率也越大，密實性就越差，CO2的滲入速度越快，因此碳化的速度也越快。 水灰比大會使混凝

15、土孔隙中游離水增多，有利于碳化反響。 混凝土中外加摻合料和骨料種類對碳化也有一定的影響。3 施工養(yǎng)護(hù)條件 混凝土攪拌、振搗和養(yǎng)護(hù)條件影響混凝土的密實性，因此對碳化有較大影響。此外，養(yǎng)護(hù)方法與齡期對水泥的水化程度有影響，進(jìn)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非常重要。4 覆蓋層不同飾面資料的碳化深度比3、鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土構(gòu)造耐久性的最關(guān)鍵問題。鋼筋銹蝕引起混凝土構(gòu)造損傷過程如下，首先在裂痕寬度較大處發(fā)生個別點的“坑蝕，繼而逐漸構(gòu)成“環(huán)蝕，同時向裂痕兩邊擴(kuò)展，構(gòu)成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴(yán)重銹蝕時，會導(dǎo)致沿鋼筋長度出現(xiàn)縱向裂痕，甚至導(dǎo)致混凝土維護(hù)層

16、零落，習(xí)稱“暴筋，從而導(dǎo)致截面承載力下降，直至最終引起構(gòu)造破壞。鋼筋銹蝕引起混凝土構(gòu)造損傷過程如下，首先在裂痕寬度較大處發(fā)生個別點的“坑蝕，繼而逐漸構(gòu)成“環(huán)蝕，同時向裂痕兩邊擴(kuò)展，構(gòu)成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴(yán)重銹蝕時，會導(dǎo)致沿鋼筋長度出現(xiàn)縱向裂痕，甚至導(dǎo)致混凝土維護(hù)層零落，習(xí)稱“暴筋，從而導(dǎo)致截面承載力下降，直至最終引起構(gòu)造破壞。T0T1T2時間銹蝕量脫鈍縱向開裂破壞面積減小屈服強(qiáng)度降低粘結(jié)力降低除添加混凝土的密實度和維護(hù)層厚度外，采用涂面層、鋼筋阻銹劑、涂層鋼筋等措施來防止鋼筋的銹蝕。4、混凝土的堿集料反響5、混凝土的凍融破壞6、侵蝕性介質(zhì)的腐蝕 除冰鹽二、構(gòu)造任務(wù)環(huán)境類別三、耐久性極

17、限形狀與耐久性設(shè)計四、保證耐久性的措施1 最小維護(hù)層厚度： 為保證耐久性和鋼筋的粘結(jié)力，對一、二、三類環(huán)境普通建筑構(gòu)造設(shè)計任務(wù)壽命50年，規(guī)定了最小混凝土維護(hù)層厚度。 對四、五類環(huán)境種的建筑構(gòu)造，應(yīng)按專門規(guī)定思索。 當(dāng)對構(gòu)造設(shè)計任務(wù)壽命有更高要求時100年，混凝土維護(hù)層厚度應(yīng)將表混凝土最小維護(hù)層厚度的數(shù)值乘以1.4或采用外表防護(hù)、定期維修等措施。2 混凝土的要求： 耐久性的另一個重要方面是混凝土密實性，由于密實性好對延緩混凝土的碳化和鋼筋銹蝕有很大作用。 提高混凝土密實性主要是減小水灰比和保證水泥用量。 假設(shè)混凝土中氯離子含量過大，那么會對鋼筋銹蝕有惡劣影響。除冰鹽、海砂等影響3 裂痕控制：裂

18、痕的出現(xiàn)加快了混凝土的碳化，也是使鋼筋開場銹蝕的主要條件。為保證混凝土構(gòu)造的耐久性，必需對裂痕進(jìn)展控制。根據(jù)構(gòu)造構(gòu)件所處環(huán)境類別，鋼筋種類對腐蝕的敏感性，以及荷載作用時間，將裂痕控制分為三個等級：一級：嚴(yán)厲要求不出現(xiàn)裂痕的構(gòu)件。按荷載規(guī)范組合計算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力;二級：普通要求不出現(xiàn)裂痕的構(gòu)件。按荷載規(guī)范組合計算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)大于混凝土抗拉強(qiáng)度規(guī)范值；而按荷載準(zhǔn)永久組合計算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不宜出現(xiàn)拉應(yīng)力，有可靠閱歷時可適當(dāng)放松;三級：允許出現(xiàn)裂痕的構(gòu)件。按荷載規(guī)范組合并思索長期作用影響計算時，構(gòu)件的最大裂痕寬度應(yīng)滿足表中規(guī)定的限值。4 其他措施 對于構(gòu)造中

19、運用環(huán)境較差的構(gòu)件，宜設(shè)計成可改換或易改換的構(gòu)件。 對于暴露在侵蝕性環(huán)境中的構(gòu)造和構(gòu)件，宜采用帶肋環(huán)氧涂層鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)有防護(hù)措施。 采用有利提高耐久性的高強(qiáng)混凝土。l混凝土根本構(gòu)件的承載力計算是基于平安性要求，而混凝土根本構(gòu)件的承載力計算是基于平安性要求，而對某些構(gòu)件尚應(yīng)進(jìn)展變形和裂痕寬度驗算，是保證對某些構(gòu)件尚應(yīng)進(jìn)展變形和裂痕寬度驗算，是保證 適適用性用性 和和 耐久性耐久性 的要求。的要求。l軸心受拉構(gòu)件混凝土開裂后，裂痕截面處混凝土退出軸心受拉構(gòu)件混凝土開裂后，裂痕截面處混凝土退出任務(wù)，全部拉力由任務(wù)，全部拉力由 鋼筋鋼筋 承當(dāng)，而在裂痕之間的混凝承當(dāng)，而在裂痕之間的混凝土仍參與任

20、務(wù)，其拉力是由鋼筋經(jīng)過其與混凝土交界土仍參與任務(wù)，其拉力是由鋼筋經(jīng)過其與混凝土交界面上的面上的 粘結(jié)力粘結(jié)力 傳來的。傳來的。l在同號彎矩區(qū)段內(nèi)取彎矩最大截面處的抗彎剛度，作在同號彎矩區(qū)段內(nèi)取彎矩最大截面處的抗彎剛度，作為該區(qū)段的為該區(qū)段的B進(jìn)展變形驗算，稱為進(jìn)展變形驗算，稱為 最小剛度原那最小剛度原那么么 。l裂痕控制普通一致劃分為裂痕控制普通一致劃分為3級，其控制條件是：一級是級，其控制條件是：一級是 嚴(yán)厲要求不出現(xiàn)嚴(yán)厲要求不出現(xiàn) 裂痕的構(gòu)件；二級是普通不出現(xiàn)裂痕裂痕的構(gòu)件；二級是普通不出現(xiàn)裂痕 的構(gòu)件；三級是的構(gòu)件；三級是 允許出現(xiàn)允許出現(xiàn) 裂痕的構(gòu)件，但其計算值裂痕的構(gòu)件，但其計算值不

21、應(yīng)超越允許值。不應(yīng)超越允許值。 l對普通鋼筋混凝土構(gòu)造，當(dāng)其他條件不變的情況下，鋼筋的直徑細(xì)而密，可使裂痕寬度 減小 ；混凝土維護(hù)層越大 ，裂痕寬度越大 ；縱筋配筋率越高，裂痕寬度 越小；采用變形鋼筋將會使裂痕寬度 減小 。處理荷載裂痕問題的最有效方法是采用 采用預(yù)應(yīng)力混凝土 。l進(jìn)展抗裂和裂痕寬度驗算時，荷載與資料強(qiáng)度按以下原那么取值D。l A. 荷載用設(shè)計值，資料強(qiáng)度用規(guī)范值l B. 荷載用規(guī)范值，資料強(qiáng)度用設(shè)計值l C. 荷載與資料強(qiáng)度均用設(shè)計值l D. 荷載與資料強(qiáng)度均用規(guī)范值l 鋼筋混凝土梁的受拉區(qū)邊緣到達(dá)以下D情況時，受拉區(qū)開場出現(xiàn)裂痕。l A. 到達(dá)混凝土實踐的抗拉強(qiáng)度l B. 到