第十一章混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能

1、同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 顧祥林顧祥林混凝土結(jié)構(gòu)基本原理混凝土結(jié)構(gòu)基本原理2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期內(nèi)維持其安全性和適用性的能力一、引言一、引言3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)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制1. 1. 裂縫的分類裂縫的分類4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

2、）。塑性裂縫混凝土的收縮受到約束后產(chǎn)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)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制2. 2. 裂縫的成因裂縫的成因5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)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制2. 2. 裂縫的成因裂縫的成因6使用期間的裂縫-鋼筋銹蝕引起的裂縫二、構(gòu)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制2. 2. 裂縫的成因裂縫的成因7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T二、構(gòu)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制2. 2. 裂縫的成因裂縫的成因8使用期間的

3、裂縫-地基不均勻沉降引起的裂縫二、構(gòu)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制2. 2. 裂縫的成因裂縫的成因9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)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制2. 2. 裂縫的成因裂縫的成因10使用期間的裂縫-荷載引起的裂縫斜裂縫！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(偏拉、偏壓)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)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制2. 2. 裂縫的成因裂縫的成因11嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫（一級）0ckpcII荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下（短期效應(yīng)）混凝

4、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00,WMANkckkckQiknicikQGkSSSS21二、構(gòu)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制3. 3. 正截面抗裂度驗(yàn)算（以正截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010GB50010為例）為例）12一般要求不出現(xiàn)裂縫（二級）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)度強(qiáng)度tkpcIIckf二、構(gòu)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制3. 3. 正截面抗裂度驗(yàn)算（以正截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010GB50010為例）為例）13允許出現(xiàn)裂縫（三級）允許出現(xiàn)裂縫，但應(yīng)

5、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11-2二、構(gòu)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制3. 3. 正截面抗裂度驗(yàn)算（以正截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010GB50010為例）為例）14允許出現(xiàn)裂縫（三級）對于環(huán)境類別為二對于環(huán)境類別為二a類的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下類的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下（長期效應(yīng)）混凝土受拉邊緣應(yīng)力尚應(yīng)滿足（長期效應(yīng)）混凝土受拉邊緣應(yīng)力尚應(yīng)滿足二、構(gòu)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制3. 3. 正截面抗裂度驗(yàn)算（以正截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010GB50010為例）為例）混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境類別詳見教材表11-1cqpcIItkf00,

6、WMANqcqqcqQikniqiGkSSS115混凝土的主應(yīng)力cptp22yxyx22k0 xpcII0M yIbISAV00ppbpeksin二、構(gòu)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制4. 4. 受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010GB50010為例）為例）16混凝土的主拉應(yīng)力一級二級tp0.85ftk tp0.95ftk 二、構(gòu)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制4. 4. 受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010GB50010為例）為例）17混凝土的主壓應(yīng)力一級二級cp0.60fck 二、構(gòu)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制4. 4. 受

7、彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010GB50010為例）為例）18先張法應(yīng)考慮傳遞長度內(nèi)的實(shí)際應(yīng)力分布ltrltrpe二、構(gòu)件的裂縫控制二、構(gòu)件的裂縫控制4. 4. 受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010GB50010為例）為例）19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、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算1. 1. 粘結(jié)滑移理論粘結(jié)滑移理論20裂縫的間距l(xiāng)lms （ s ）smc（

8、 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)量時定數(shù)量時不再增加，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)算三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算1. 1. 粘結(jié)滑移理論粘結(jié)滑移理論21裂縫的間距m s (s)llsmc(c)cml（s+ s）AssAsc=ftl（s+ s）AssAsmAfAtssldAmssdfdAdfdAflmtmtmt414412三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算1. 1. 粘結(jié)滑移理論粘結(jié)滑移理論22裂縫的間距m s (s)llsmc(c)cml（s+ s）AssAsc=ftl（s+ s）AssAsmll2裂縫的最

9、大間距裂縫的最小間距裂縫的平均間距l(xiāng)lm5 . 1dkdflmtm245 . 1三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算1. 1. 粘結(jié)滑移理論粘結(jié)滑移理論23裂縫的間距bhbfbfbh0.5hhfhf為了和受彎、偏心受壓、偏心受拉構(gòu)件相統(tǒng)一，定義：testeAA有效配筋率有效受拉面積0.5()teteffAbhAbhbb h軸拉構(gòu)件：受彎、偏拉、偏壓構(gòu)件：于是，對軸拉、受彎、偏心受壓、偏心受拉構(gòu)件，平均裂縫間距的公式可統(tǒng)一寫成：temdkl2三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算1. 1. 粘結(jié)滑移理論粘結(jié)滑移理論24裂縫的寬度msmwmcmsmmlklw2)(裂縫

10、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/tesswmswmsmwmdEklklkw222裂縫處鋼筋的應(yīng)力三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算1. 1. 粘結(jié)滑移理論粘結(jié)滑移理論25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：CcklEckwmsswm11三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算2. 2. 無滑移理論無滑移理論26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：)()(2121tessl

11、wmtelmdkckEkkwdkckklC各系數(shù)由試驗(yàn)分析確定三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算3. 3. 粘結(jié)滑移與無滑移理論的結(jié)合粘結(jié)滑移與無滑移理論的結(jié)合27混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010）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、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1. 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法28平均裂縫間距)08. 09 . 1 (teeqlmdcklte0.01時，取te=0.01c65時，取c=65軸拉kl=1.1；其它kl=1.0iiiiiegdndnd2光圓，取0.7；變形，取1.0四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法四、裂縫寬度的

12、實(shí)用計(jì)算方法1. 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法29平均裂縫寬度(1.90.08)eqsmwlstedwk kcE軸拉、偏心受拉kw=0.85；受彎偏心受壓kw=0.772 . 0, 2 . 00 . 1, 0 . 1,65. 01 . 1取取stetf四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1. 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋應(yīng)力或按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋應(yīng)力30鋼筋混凝土構(gòu)件0s0000.87()();0.870.12(1)()fqssqssqssqssNAMA hN eA haNe

13、zhzhA ze軸拉：受彎：偏心受拉：偏心受壓：四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1. 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法31預(yù)應(yīng)力軸拉構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)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時的拉力時的拉力plIIlIconpAN)(0c=0Np0先張法先張法slplIIlIconpAAN50)(非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1. 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法32預(yù)應(yīng)力軸拉構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)力使

14、混凝土中預(yù)應(yīng)力為使混凝土中預(yù)應(yīng)力為0時的拉力時的拉力ppcIIElIIlIconpAN)(0Np0后張法后張法slppcIIElIIlIconpAAN50)(非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1. 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法33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sppkskAANN0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)算方法四、裂縫寬度的

15、實(shí)用計(jì)算方法1. 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法34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)算方法四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1. 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法35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1.5maxmax1.661.9mmwwww，（彎、偏心受壓，正態(tài)分布），（軸拉、偏心受拉，偏態(tài)分布）)0

16、8. 09 . 1 (maxteeqsscrdcEw1.5 1.9 0.85 1.9 0.85 1.02.41.5 1.66 0.85 1.02.11.5 1.66 0.77 1.01.9crcrcrcr軸拉：偏心受拉：受彎：偏心受壓：四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法1. 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法36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)()1028. 030(321maxmmdECCCwssffshbbbhA)(0006. 0006. 002. 002. 0時，取時，取sAd4取換算直徑：直徑的鋼筋時鋼筋的直徑，采用不同受拉鋼

17、筋的總周長四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法2. 2. 以數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)的計(jì)算方法以數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)的計(jì)算方法37limmaxwwC由不同的規(guī)范根據(jù)具體的情況確定五、裂縫寬度的控制五、裂縫寬度的控制38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)時的撓度對應(yīng)短期剛度Bs*長期荷載效應(yīng)時的撓度對應(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)件的變形與剛度六、受彎構(gòu)件的變形與剛度1. 1. 截面抗彎剛度的特點(diǎn)截面

18、抗彎剛度的特點(diǎn)39解析剛度法就平均應(yīng)變而言符合平截面假定0hsmcmsmcmkkshMMB0短期荷載效應(yīng)MkMk六、受彎構(gòu)件的變形與剛度六、受彎構(gòu)件的變形與剛度2. 短期剛度短期剛度Bs40解析剛度法裂縫截面處的應(yīng)力和應(yīng)變20010bhMhAMEEskcssksssscscMkAsh0sh01cc0h0Ass平均應(yīng)變ssskssssmEhAME0ckcskccsccccmEbhMEbhME202001六、受彎構(gòu)件的變形與剛度六、受彎構(gòu)件的變形與剛度2. 短期剛度短期剛度Bs41解析剛度法EssscssssmcmkkshAEEbhEhAhMMB203020011GB50010采用的就是上述公式，且有 ，于是： EE62 . 0EsskshAEMB62 . 015. 120六、受彎構(gòu)件的變形與剛度六、受彎構(gòu)件的變形與剛度2. 短期剛度短期剛度Bs42恒+活中“恒”基本概念flMlfs 活中“活”Ms+六、受彎構(gòu)件的變形與剛度六、受彎構(gòu)件的變形與剛度3. 荷載長期作用下的剛度荷