高等鋼筋溷凝土結(jié)構(gòu)-8.剛度和變形ppt課件

1、第八章第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件的剛度和變形鋼筋混凝土構(gòu)件的剛度和變形變形限值變形限值 f f f為撓度變形限值。主要從以下幾個方面考慮：為撓度變形限值。主要從以下幾個方面考慮：1、保證結(jié)構(gòu)的使用功能要求。結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生過大的變、保證結(jié)構(gòu)的使用功能要求。結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生過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)形將影響甚至喪失其使用功能，如支承精密儀器設(shè)備的梁板結(jié)構(gòu)撓度過大，將難以使儀器保持水平；備的梁板結(jié)構(gòu)撓度過大，將難以使儀器保持水平；屋面結(jié)構(gòu)撓度過大會造成積水而產(chǎn)生滲漏；吊車梁屋面結(jié)構(gòu)撓度過大會造成積水而產(chǎn)生滲漏；吊車梁和橋梁的過大變形會妨礙吊車和車輛的正常運行等。和橋梁的過大變形會妨礙

2、吊車和車輛的正常運行等。2、防止對結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。如支承在磚墻上的、防止對結(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)生過大轉(zhuǎn)角，將使支承面積減小、支承反力梁端產(chǎn)生過大轉(zhuǎn)角，將使支承面積減小、支承反力偏心增大，并會引起墻體開裂。偏心增大，并會引起墻體開裂。3、防止對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。結(jié)構(gòu)變形過大會、防止對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。結(jié)構(gòu)變形過大會使門窗等不能正常開關(guān)，也會導(dǎo)致隔墻、天花板的使門窗等不能正常開關(guān)，也會導(dǎo)致隔墻、天花板的開裂或損壞。開裂或損壞。4、保證使用者的感覺在可接受的程度之內(nèi)。過大振動、保證使用者的感覺在可接受的程度之內(nèi)。過大振動、變形會引起使用者的不適或不安全感。變

3、形會引起使用者的不適或不安全感。=（兩端剛接）水平力-側(cè)移：d312hEIV=（集中荷載）荷載-撓度：48f3lEIP=彎矩-曲率：fEIM=應(yīng)力-應(yīng)變：esE剛度是反映力與變形之間的關(guān)系：剛度是反映力與變形之間的關(guān)系： 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，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。MyMsMcrEcI0BsMfMMcrEcI0f0.85EcI0短期彎矩短期彎矩Msk一般處于第一般處于第階段，剛度計算需要研究構(gòu)件帶裂階段，剛度計算需要研究構(gòu)件帶裂縫時的工作情況。該階段裂縫基本等間距分布，鋼筋和混凝土縫時的工作情況。該階段裂縫

4、基本等間距分布，鋼筋和混凝土的應(yīng)變分布具有以下特征：的應(yīng)變分布具有以下特征：ssee=cccee=0hcseef=fssMB =剛度公式的建立剛度公式的建立材料力學(xué)中曲率與彎矩關(guān)系的推導(dǎo)材料力學(xué)中曲率與彎矩關(guān)系的推導(dǎo) yef=yef=幾何關(guān)系幾何關(guān)系EEsees=物理關(guān)系物理關(guān)系yIM=s平衡關(guān)系平衡關(guān)系Eys=EIM=1、幾何關(guān)系：、幾何關(guān)系：0hcseef=2、物理關(guān)系：、物理關(guān)系：cccsssEEsese= ，0hCMs=20bhMscs=0hAMssss=3、平衡關(guān)系：根據(jù)裂縫截面的應(yīng)力分布、平衡關(guān)系：根據(jù)裂縫截面的應(yīng)力分布scsch0ssAsCh00hTMs=00hbhcs=0hAs

5、ss=短期剛度Bs：解析剛度法 ssBM=fEssshAEB=20 cccee=cccEs=20bhEMcsc=20bhEMcs= ssee=ssEs=0hAEMsss=0hcsee=0020hhAEMbhEMssscs=參數(shù)參數(shù)h、z 和和y的討論的討論1、開裂截面的內(nèi)力臂系數(shù)、開裂截面的內(nèi)力臂系數(shù)h 試驗和理論分析表明，在短期彎矩試驗和理論分析表明，在短期彎矩Msk=（0.50.7Mu范圍，范圍，裂縫截面的相對受壓區(qū)高度裂縫截面的相對受壓區(qū)高度x 變化很小，內(nèi)力臂的變化也不大。變化很小，內(nèi)力臂的變化也不大。對常用的混凝土強度和配筋情況，對常用的混凝土強度和配筋情況，h 值在值在0.830.

6、93之間波動。之間波動。規(guī)范規(guī)范為簡化計算，取為簡化計算，取h=0.87。2、受壓區(qū)邊緣混凝土平均應(yīng)變綜合系數(shù)、受壓區(qū)邊緣混凝土平均應(yīng)變綜合系數(shù)z 根據(jù)試驗實測受壓邊緣混凝土的壓應(yīng)變，可以得到系數(shù)根據(jù)試驗實測受壓邊緣混凝土的壓應(yīng)變，可以得到系數(shù)z 的試的試驗值。在短期彎矩驗值。在短期彎矩Msk=（0.50.7Mu范圍，系數(shù)范圍，系數(shù)z 的變化很小，的變化很小，僅與配筋率有關(guān)。僅與配筋率有關(guān)。規(guī)范規(guī)范根據(jù)試驗結(jié)果分析給出，根據(jù)試驗結(jié)果分析給出，fEE=5 . 3162 . 00)(bhhbbfff=受壓翼緣加強系數(shù)受壓翼緣加強系數(shù)3、鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)、鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)ytesktkfs65.

7、 01 . 1=0hAMssksks=testeAA= rte為以有效受拉混凝土截面面積計為以有效受拉混凝土截面面積計算的受拉鋼筋配筋率。算的受拉鋼筋配筋率。Ate為有效受拉混凝土截面面積，對為有效受拉混凝土截面面積，對受彎構(gòu)件取受彎構(gòu)件取fftehbbbhA)(5 . 0=當(dāng)當(dāng)y 1.0時，取時，取y =1.0；對直接承受重復(fù)荷載作對直接承受重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，取用的構(gòu)件，取y =1.0。EssshAEB=20 在短期彎矩Msk=（0.50.7Mu范圍，三個參數(shù)h、z 和y 中，h 和z 為常數(shù)，而y 隨彎矩增長而增大。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)

8、力的逐漸破壞，混凝土參與受拉的程度減小，平均應(yīng)變增大， y 逐漸趨于1.0，抗彎剛度逐漸降低。tesktkfs65. 01 . 1=fEssshAEB=5 . 31615. 120等效慣性矩法MfEIcrAEI0BoIMI0IcrMcrMyoBranson建議cracracreIMMIMMI)(1 )(0=ACI318-95取a=3，于是有：30)(MMIIIIcrcrcre=等效剛度法-同濟大學(xué)研究人員建議的方法=1.27%=0.98%=0.81%=0.66%=0.52%=0.40%=0.29% 定義混凝土開裂前的截面剛度為初始剛度，開裂后至割線剛度突變結(jié)束時的割線剛度為開裂后剛度 MfB0

9、oB1B2MfB0oB1B200.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.511.5配筋率%開裂后剛度/ 初始剛度計算曲線擬合曲線00.10.20.30.40.50.600.511.5配筋率鋼筋屈服時剛度/ 初始剛度計算曲線擬合曲線混凝土的強度等級函數(shù)關(guān)系式(上限)(下限)a1b1a2b2C200.650.491.270.65C250.630.561.150.77C300.610.651.100.88C500.590.841.061.1522021baBB=MfB0oB1B211011baBB=BMB0B2McrMyoB1)(kqqMMM考慮部分荷載長期作用的影響考慮部分荷載

10、長期作用的影響22)(lBMMSlBMSfslssl=lqMM=SkMM=長期作用的荷載效應(yīng)長期作用的荷載效應(yīng)短期作用的荷載效應(yīng)短期作用的荷載效應(yīng) 短期作用荷載產(chǎn)短期作用荷載產(chǎn)生的短期撓度生的短期撓度長期作用荷載長期作用荷載產(chǎn)生的總撓度產(chǎn)生的總撓度 長期作用荷載產(chǎn)長期作用荷載產(chǎn)生的短期撓度生的短期撓度 在荷載長期作用下，由于混凝土的徐變會使梁的撓度隨在荷載長期作用下，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、混凝土的時間增長。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導(dǎo)致梁的撓度增大。根據(jù)長期試驗觀測結(jié)果，荷收縮等也會導(dǎo)致梁的撓度增大。根據(jù)長期試驗觀測

11、結(jié)果，荷載長期作用的撓度與短期作用的撓度的比值載長期作用的撓度與短期作用的撓度的比值q 可按下式計可按下式計算：，算：，=4 . 00 . 222)(lBMMSlBMSfslssl=2lBMSfls=sB+MKMqMKB )1=（考慮部分荷載長期作用考慮部分荷載長期作用的抗彎剛度的抗彎剛度時變系數(shù)法*無As時，徐變后鋼筋應(yīng)力增大，壓區(qū)混凝土應(yīng)力略有增大；AsAsh0Msh01h0ececcrpfifcrp*有As時， 徐變后，As的應(yīng)力增大，使得壓區(qū)混凝土應(yīng)力減小，徐變減小010,hhcrpcclcieefef=)1 (1ccrpcileeff=由f=sl2得iccrpciccrpciccrp

12、clfflsf)1 ()1 ()1 (121eeeefee=AsAsh0Msh01h0ececcrpfifcrpACI318-95Branson的結(jié)果）20,501,)1 (=ilff關(guān)于受彎構(gòu)件剛度的討論關(guān)于受彎構(gòu)件剛度的討論 1.混凝土是彈塑性體，在荷載作用下會發(fā)混凝土是彈塑性體，在荷載作用下會發(fā)生塑性變形，荷載越大塑性變形也越多生塑性變形，荷載越大塑性變形也越多, 所以所以受彎構(gòu)件即使在荷載短期效應(yīng)受彎構(gòu)件即使在荷載短期效應(yīng)Ms作用下，剛度作用下，剛度Bs 隨荷載增加也會逐漸減小隨荷載增加也會逐漸減小; 2.實驗表明，在荷載效應(yīng)長期作用下實驗表明，在荷載效應(yīng)長期作用下,混凝混凝土梁的變形

13、會增加土梁的變形會增加 倍；倍； 3.工程中梁的荷載中只有一部分是長期作工程中梁的荷載中只有一部分是長期作用的，所以在變形驗算中只應(yīng)考慮這部分荷載用的，所以在變形驗算中只應(yīng)考慮這部分荷載而不是全部荷載的長期作用；可近似地先而不是全部荷載的長期作用；可近似地先計算荷載長期效應(yīng)計算荷載長期效應(yīng)Ml 引起的長期變形，再計算引起的長期變形，再計算其余部分荷載效應(yīng)其余部分荷載效應(yīng)Ms - Ml ）引起的短期變）引起的短期變形，然后疊加；形，然后疊加； （應(yīng)當(dāng)指出，非彈性材料不能應(yīng)用疊加原理，（應(yīng)當(dāng)指出，非彈性材料不能應(yīng)用疊加原理，這里只是近似計算；）這里只是近似計算；） 4. 應(yīng)當(dāng)強調(diào)的是荷載長期效應(yīng)應(yīng)

14、當(dāng)強調(diào)的是荷載長期效應(yīng)Ml 同樣也會同樣也會引起短期變形引起短期變形1/l ，隨時間延續(xù)，由于徐變等，隨時間延續(xù)，由于徐變等原因，變形原因，變形1/l 逐漸增大到逐漸增大到 /l 。 MMsMl1/1/s1/l/l EI 或或 B=M / (1/)，即剛度為，即剛度為圖中各彩色斜線的斜率，圖中各彩色斜線的斜率，EI 理想彈性體的抗彎剛度；理想彈性體的抗彎剛度；Bs在荷載短期效應(yīng)作用下的在荷載短期效應(yīng)作用下的抗彎剛度抗彎剛度;B考慮部分荷載效應(yīng)長期作考慮部分荷載效應(yīng)長期作用的抗彎剛度用的抗彎剛度;Bl 荷載長期效應(yīng)作用下的抗荷載長期效應(yīng)作用下的抗彎剛度；彎剛度；Ml 荷載長期效應(yīng)組合；荷載長期效

15、應(yīng)組合；Ms 荷載短期效應(yīng)組合荷載短期效應(yīng)組合, 即荷即荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的的最不利內(nèi)載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的的最不利內(nèi)力組合力組合Mk ；fM 1/曲線曲線MMsMl1/1/1/s1/l/l EI1 Bl1 Bs 1 B 1 請大家認(rèn)真體會圖中請大家認(rèn)真體會圖中Bs、 Bl 、 B 的區(qū)別的區(qū)別受彎構(gòu)件的撓度變形驗算受彎構(gòu)件的撓度變形驗算 由于彎矩沿梁長的變化的，抗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麻煩。剛度梁來計算撓度變形很麻煩。 規(guī)范規(guī)范為簡化起見，取同號彎為簡化起見，取同號彎矩區(qū)段的最大彎矩截面處的最小剛矩區(qū)段的最大彎矩截面處的最小剛度度Bmin，按等剛度