5鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的變形與裂縫.ppt課件

1、JIANZHU JIEGOUJIANZHU JIEGOU主 編：孟 華 趙愛書5 5 鋼筋混凝土受彎構(gòu)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的變形與裂痕件的變形與裂痕 5 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的變形與裂痕鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的變形與裂痕目目 錄錄 1初步了解受彎構(gòu)件進(jìn)展變形與裂痕驗算的目初步了解受彎構(gòu)件進(jìn)展變形與裂痕驗算的目 的；的；2了解受彎構(gòu)件的變形特點及短期剛度和長期剛了解受彎構(gòu)件的變形特點及短期剛度和長期剛 度的概念，了解受彎構(gòu)件撓度驗算公式；度的概念，了解受彎構(gòu)件撓度驗算公式；3熟習(xí)影響變形的主要要素及減小變形的措施；熟習(xí)影響變形的主要要素及減小變形的措施；4了解裂痕寬度的定義和裂痕寬度的計算公式；了解裂痕

2、寬度的定義和裂痕寬度的計算公式；5熟習(xí)影響裂痕寬度的主要要素及減小裂痕的措熟習(xí)影響裂痕寬度的主要要素及減小裂痕的措 施。施。 techbook5 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的變形與裂痕鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的變形與裂痕 5.1概概 述述 規(guī)定：構(gòu)造構(gòu)件，除應(yīng)滿足承載才干極限形狀外，還應(yīng)滿足正常運用極限形狀。正常運用極限形狀包括：影響正常運用或外觀的變形、影響正常運用或耐久性能的部分損壞包括裂痕等。即鋼筋混凝土構(gòu)造構(gòu)件除應(yīng)進(jìn)展承載力計算外，還應(yīng)根據(jù)構(gòu)造構(gòu)件的任務(wù)條件或運用要求進(jìn)展外觀的變形和部分損壞裂痕的驗算。 5.1 概概 述述 在普通建筑中，對混凝土構(gòu)件的變形和裂痕進(jìn)展驗算，主要是出于以下四個方面的思索

3、：1保證建筑的運用功能要求 構(gòu)造構(gòu)件產(chǎn)生過大的變形將損害甚至喪失其運用功能。例如，樓蓋梁、板的撓度過大，將使儀器設(shè)備難以堅持程度；吊車梁的撓度過大會妨礙吊車的正常運轉(zhuǎn)；屋面構(gòu)件和挑檐的撓度過大會呵斥積水和滲漏等。 5.1 概概 述述 2防止對構(gòu)造構(gòu)件產(chǎn)生不良影響防止對構(gòu)造構(gòu)件產(chǎn)生不良影響 這是指防止構(gòu)造性能與設(shè)計中的假定不符。例如，這是指防止構(gòu)造性能與設(shè)計中的假定不符。例如，梁端的旋轉(zhuǎn)將使支承面積減小，當(dāng)梁支承在磚墻梁端的旋轉(zhuǎn)將使支承面積減小，當(dāng)梁支承在磚墻上時，能夠使墻體沿梁頂、梁底出現(xiàn)內(nèi)外程度縫，上時，能夠使墻體沿梁頂、梁底出現(xiàn)內(nèi)外程度縫，嚴(yán)重時將產(chǎn)生部分承壓或墻體失穩(wěn)破壞嚴(yán)重時將產(chǎn)生部分

4、承壓或墻體失穩(wěn)破壞(圖圖5.1)；又如當(dāng)構(gòu)件撓度過大，在可變荷載下能夠出現(xiàn)因又如當(dāng)構(gòu)件撓度過大，在可變荷載下能夠出現(xiàn)因動力效應(yīng)引起的共振等。動力效應(yīng)引起的共振等。 5.1 概概 述述 圖圖5.1 梁端支承處轉(zhuǎn)角過大引起的問題梁端支承處轉(zhuǎn)角過大引起的問題5.1 概概 述述 3防止對非構(gòu)造構(gòu)件產(chǎn)生不良影響防止對非構(gòu)造構(gòu)件產(chǎn)生不良影響這包括防止構(gòu)造構(gòu)件變形過大使門窗等活動部件這包括防止構(gòu)造構(gòu)件變形過大使門窗等活動部件不能正常開關(guān)；防止非構(gòu)造構(gòu)件如隔墻及天花板不能正常開關(guān)；防止非構(gòu)造構(gòu)件如隔墻及天花板的開裂、壓碎、鼓出以及其他方式的損壞等。的開裂、壓碎、鼓出以及其他方式的損壞等。4保證人們的覺得在可接

5、受程度之內(nèi)保證人們的覺得在可接受程度之內(nèi) 包括防止梁、板明顯下垂引起的不平安感；防包括防止梁、板明顯下垂引起的不平安感；防止可變荷載引起的震動及噪聲對人的不良覺得等。止可變荷載引起的震動及噪聲對人的不良覺得等。隨著高強(qiáng)度混凝土和鋼筋的采用，構(gòu)件截面尺寸隨著高強(qiáng)度混凝土和鋼筋的采用，構(gòu)件截面尺寸相應(yīng)減小，變形問題更為突出。相應(yīng)減小，變形問題更為突出。 5.1 概概 述述 5.2受彎構(gòu)件的撓度受彎構(gòu)件的撓度驗算驗算 資料力學(xué)中曾經(jīng)給出勻質(zhì)彈性資料均布荷載簡支梁跨中最大撓度的普通公式為: 式中l(wèi)0梁的計算跨度； M跨中最大彎矩； EI截面抗彎剛度。5.2.1 根本概念根本概念5.2 受彎構(gòu)件的撓度驗

6、算受彎構(gòu)件的撓度驗算20MlEI548f= (5.1) 由上述公式可以看出，當(dāng)梁的截面尺寸及資料給定后，抗彎剛度EI為常數(shù)，撓度f與彎矩M為直線關(guān)系。但是實驗闡明，由于鋼筋混凝土屬彈塑性資料，且存在有裂痕，梁的彎矩與撓度M-f的關(guān)系呈曲線變化，如圖5.2所示。由曲線變化可知，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的剛度并不是一個常數(shù)，在長期荷載作用下，由于混凝土的徐變影響，構(gòu)件的剛度還會隨時間的增長而降低。因此，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度計算問題，關(guān)鍵在于截面抗彎剛度的取值。規(guī)定：受彎構(gòu)件的撓度計算要思索短期剛度Bs和長期剛度B的影響。5.2 受彎構(gòu)件的撓度驗算受彎構(gòu)件的撓度驗算 圖圖5.2 梁的梁的M-f關(guān)系曲線

7、關(guān)系曲線 5.2 受彎構(gòu)件的撓度驗算受彎構(gòu)件的撓度驗算 5.2.2.1 最小剛度原那么思索到構(gòu)件沿長度方向的配筋及其彎矩均為變值，故沿長度方向的剛度也是變化的。因此，撓度計算采用了沿長度方向最小剛度的原那么：在同號彎矩區(qū)段內(nèi)，彎矩最大截面的彎曲剛度作為該區(qū)段的彎曲剛度，即在簡支梁中取最大正彎矩截面的剛度為全梁的彎曲剛度，而在外伸梁、延續(xù)梁或框架梁中，那么分別取最大正彎矩截面和最大負(fù)彎矩截面的剛度作為相應(yīng)正、負(fù)彎矩區(qū)段的彎曲剛度。 5.2.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件鋼筋混凝土受彎構(gòu)件 的撓度計算的撓度計算5.2 受彎構(gòu)件的撓度驗算受彎構(gòu)件的撓度驗算 5.2.2.2 撓度計算公式撓度計算公式均布荷載簡

8、支梁跨中最大撓度的普通公式為均布荷載簡支梁跨中最大撓度的普通公式為: 20kM lB548f= (5.2) 5.2 受彎構(gòu)件的撓度驗算受彎構(gòu)件的撓度驗算 受彎構(gòu)件撓度f應(yīng)滿足規(guī)定的要求， 即： 式中fmax按荷載短期效應(yīng)組合并思索荷載長 期效應(yīng)組合的影響，受彎構(gòu)件的最 大撓度； f受彎構(gòu)件的允許撓度，見表5.1。maxf f (5.3) 5.2.3 撓度控制撓度控制5.2 受彎構(gòu)件的撓度驗算受彎構(gòu)件的撓度驗算 構(gòu)件類型撓度限值吊車梁手動吊車l0/500電動吊車l0/600屋蓋、樓蓋及樓梯構(gòu)件當(dāng)l09m時l0/300(l0/400)注：表中l(wèi)0為構(gòu)件的計算跨度； 表中括號內(nèi)的數(shù)值適用于運用上對撓

9、度有較高要求的構(gòu)件； 假設(shè)構(gòu)件制造時預(yù)先起拱，且運用上也允許，那么在驗算撓度時，可將計算所得的撓度值 減去起拱值；對預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，尚可減去預(yù)加力所產(chǎn)生的反拱值； 計算懸臂構(gòu)件的撓度限值時，其計算跨度l0按實踐懸臂長度的2倍取用。 表表5.1 受彎構(gòu)件的撓度限值受彎構(gòu)件的撓度限值 5.2 受彎構(gòu)件的撓度驗算受彎構(gòu)件的撓度驗算 1提高混凝土的強(qiáng)度等級；2添加縱向鋼筋的數(shù)量；3選用合理的截面外形如T形、I形等；4添加梁的截面高度，這是最有效的措施。 5.2.4 減少受彎構(gòu)件撓度的措施減少受彎構(gòu)件撓度的措施5.2 受彎構(gòu)件的撓度驗算受彎構(gòu)件的撓度驗算 5.3裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 鋼筋混凝土構(gòu)件

10、產(chǎn)生裂痕的緣由很多，主要有以下兩個方面：1由于間接作用引起的裂痕，如根底不均勻沉降、構(gòu)件混凝土收縮或溫度變化等。對于因根底不均勻沉降、構(gòu)件混凝土收縮或溫度變化等外加變形或約束引起的裂痕，主要是經(jīng)過采用合理構(gòu)造方案、構(gòu)造措施來控制。 5.3.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂痕的類型鋼筋混凝土構(gòu)件裂痕的類型5.3 裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 2荷載荷載(直接作用直接作用)引起的裂痕，如受彎、受引起的裂痕，如受彎、受拉等構(gòu)件的垂直裂痕，受彎構(gòu)件的斜裂痕。拉等構(gòu)件的垂直裂痕，受彎構(gòu)件的斜裂痕。對于因荷載引起的構(gòu)件斜裂痕，對于因荷載引起的構(gòu)件斜裂痕，中對其驗算方法尚無專門規(guī)定。但實驗中對其驗算方法尚無專門規(guī)定。但實驗

11、結(jié)果闡明，只需能滿足斜截面承載力計算要求，結(jié)果闡明，只需能滿足斜截面承載力計算要求，并相應(yīng)配置了符合計算及構(gòu)造要求的腹筋，那么并相應(yīng)配置了符合計算及構(gòu)造要求的腹筋，那么構(gòu)件的斜裂痕寬度不會太大，能滿足正常運用要構(gòu)件的斜裂痕寬度不會太大，能滿足正常運用要求。求。對于荷載引起的與構(gòu)件軸線垂直的裂痕，國內(nèi)外對于荷載引起的與構(gòu)件軸線垂直的裂痕，國內(nèi)外對其構(gòu)成規(guī)律、影響要素以及計算方法已做了大對其構(gòu)成規(guī)律、影響要素以及計算方法已做了大量的實驗研討，量的實驗研討，給出了計給出了計算方法。算方法。 5.3 裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 1裂痕寬度的定義裂痕開展寬度是指受拉構(gòu)件重心程度處構(gòu)件側(cè)外表上混凝土的裂痕寬

12、度。實驗闡明，沿裂痕深度，裂痕寬度是不相等的，鋼筋外表處裂痕寬度大約只需鋼筋混凝土外表裂痕寬度的1513。 5.3.2 裂痕寬度的計算裂痕寬度的計算5.3 裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 2裂痕的出現(xiàn)、分布和開展裂痕的出現(xiàn)、分布和開展 現(xiàn)以受彎構(gòu)件純彎段為例，闡明垂直裂痕發(fā)生及現(xiàn)以受彎構(gòu)件純彎段為例，闡明垂直裂痕發(fā)生及其分布的特點：其分布的特點： 當(dāng)受拉區(qū)外邊緣混凝土在最薄弱的截面處到達(dá)極當(dāng)受拉區(qū)外邊緣混凝土在最薄弱的截面處到達(dá)極限拉應(yīng)變后，就會出現(xiàn)第一批裂痕一條或幾條限拉應(yīng)變后，就會出現(xiàn)第一批裂痕一條或幾條裂痕，見圖裂痕，見圖5.3。第一批裂痕出現(xiàn)后，當(dāng)彎矩。第一批裂痕出現(xiàn)后，當(dāng)彎矩繼續(xù)增大時，在

13、間隔裂痕不遠(yuǎn)處的另一薄弱截面繼續(xù)增大時，在間隔裂痕不遠(yuǎn)處的另一薄弱截面處出現(xiàn)新裂痕。按此規(guī)律，隨著彎矩的增大，裂處出現(xiàn)新裂痕。按此規(guī)律，隨著彎矩的增大，裂痕將逐條出現(xiàn)，當(dāng)彎矩到達(dá)極限彎矩的一半時，痕將逐條出現(xiàn)，當(dāng)彎矩到達(dá)極限彎矩的一半時，裂痕將根本裂痕將根本“出齊，即裂痕的分布處于穩(wěn)定形出齊，即裂痕的分布處于穩(wěn)定形狀。狀。 5.3 裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 圖圖5.3 裂痕出現(xiàn)和開展裂痕出現(xiàn)和開展 5.3 裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 3裂痕寬度計算公式裂痕寬度計算公式 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在荷載長期效應(yīng)組協(xié)作用下鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在荷載長期效應(yīng)組協(xié)作用下的最大裂痕寬度計算公式為：的最大裂痕寬度計算

14、公式為： 式中式中s按荷載準(zhǔn)永久組合計算的鋼筋混凝按荷載準(zhǔn)永久組合計算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋應(yīng)力或按規(guī)范組合計算的預(yù)土構(gòu)件縱向受拉鋼筋應(yīng)力或按規(guī)范組合計算的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋等效應(yīng)力；應(yīng)力混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋等效應(yīng)力；maxssE1.90.08eqstedC =1.9 eqd2iiiiidv dnn = (5.4) (5.5) 5.3 裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 cs最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的間隔mm：當(dāng)cs65時，取cs=65；deq受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑；i受拉區(qū)第i種鋼筋的相對粘結(jié)特性系數(shù)，對帶肋鋼筋，取i=1.0；對光圓鋼筋，取i=07；對環(huán)氧樹脂涂層的帶

15、肋鋼筋，i按前述數(shù)值的80%采用；ni受拉區(qū)第i種鋼筋的根數(shù)；di受拉區(qū)第i種鋼筋的公稱直徑。對于直接接受吊車荷載但不需做疲勞驗算的吊車梁，計算出的最大裂痕寬度可乘以系數(shù)0.85。 5.3 裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 4影響裂痕寬度的主要要素影響裂痕寬度的主要要素 由以上公式分析可知，影響裂痕寬度的主要要素有：由以上公式分析可知，影響裂痕寬度的主要要素有： 縱向鋼筋的應(yīng)力：裂痕寬度與鋼筋應(yīng)力近似呈線縱向鋼筋的應(yīng)力：裂痕寬度與鋼筋應(yīng)力近似呈線性關(guān)系。性關(guān)系。 縱筋的直徑：當(dāng)構(gòu)件內(nèi)受拉縱向鋼筋截面總面積縱筋的直徑：當(dāng)構(gòu)件內(nèi)受拉縱向鋼筋截面總面積一樣時，采用細(xì)而密的鋼筋，那么會增大鋼筋外表一樣時，采用

16、細(xì)而密的鋼筋，那么會增大鋼筋外表積，積， 因此使粘結(jié)力增大，裂痕寬度變小。因此使粘結(jié)力增大，裂痕寬度變小。 縱筋外表外形：帶肋鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度較光圓鋼筋縱筋外表外形：帶肋鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度較光圓鋼筋大得多，可減小縫度寬度。大得多，可減小縫度寬度。 縱筋配筋率：構(gòu)件受拉區(qū)的縱筋配筋率越大，裂縱筋配筋率：構(gòu)件受拉區(qū)的縱筋配筋率越大，裂痕寬度越小。痕寬度越小。 5.3 裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 GB 500102019將正截面的受力裂痕控制等級劃分為三級： 1一級：嚴(yán)厲要求不出現(xiàn)裂痕的構(gòu)件，按荷載效應(yīng)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。 2二級：普通要求不出現(xiàn)裂痕的構(gòu)件，按荷載效應(yīng)規(guī)范組合計

17、算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土拉應(yīng)力不應(yīng)大于混凝土軸心抗拉強(qiáng)度規(guī)范值。 5.3.3 裂痕寬度控制裂痕寬度控制5.3 裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 3三級：允許出現(xiàn)裂痕的構(gòu)件，按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合，并思索長期作用影響計算時構(gòu)件的最大裂痕寬度max，不應(yīng)超越表5.2規(guī)定的最大裂痕寬度限值lim。 即： 上述一級、二級裂痕控制屬于構(gòu)件的抗裂才干控制，對于普通的鋼筋混凝土構(gòu)件來說，在運用階段都是帶裂痕任務(wù)的，故按三級規(guī)范來控制裂痕寬度maxlim (5.6) 5.3 裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 環(huán)境類別鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制等級wlim裂縫控制等級wlim一三級0.30（0.40）三級0.20二a

18、0.200.10二b二級三a、三b一級表表5.2 構(gòu)造構(gòu)件的裂痕控制等級及最大裂痕寬度的限值構(gòu)造構(gòu)件的裂痕控制等級及最大裂痕寬度的限值mm 5.3 裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 減小裂痕寬度的主要措施有：1增大鋼筋截面面積；2在鋼筋截面面積不變的情況下，采用較小直徑的鋼筋；3采用變形鋼筋；4提高混凝土強(qiáng)度等級；5增大構(gòu)件截面尺寸；6減小混凝土維護(hù)層厚度。 5.3.4 減小裂痕寬度的措施減小裂痕寬度的措施5.3 裂痕寬度驗算裂痕寬度驗算 其中，采用較小直徑的變形鋼筋是減小裂痕寬度最有效的措施。需求留意的是，混凝土維護(hù)層厚度應(yīng)同時思索耐久性和減小裂痕寬度的要求。除構(gòu)造對耐久性沒有要求，而對外表裂痕呵斥的觀瞻有嚴(yán)厲要求外，不得為滿足裂痕控制要求而減小混凝土維護(hù)層厚度。