鋼筋混凝土構(gòu)件的變形裂縫及混凝土結(jié)構(gòu)的經(jīng)久性ppt課件

1、第第9章章 鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂痕鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂痕及混凝土構(gòu)造的耐久性及混凝土構(gòu)造的耐久性9.0 概述概述一一.變形和裂痕問題的性質(zhì)：正常運(yùn)用極限形狀。變形和裂痕問題的性質(zhì)：正常運(yùn)用極限形狀。二二.變形和裂痕問題與承載力極限形狀的關(guān)系：前變形和裂痕問題與承載力極限形狀的關(guān)系：前者必要時(shí)驗(yàn)算，承者必要時(shí)驗(yàn)算，承 載力極限形狀在任何情況下必需計(jì)算。載力極限形狀在任何情況下必需計(jì)算。三三.對(duì)正常運(yùn)用極限形狀可靠性的要求比對(duì)承載力對(duì)正常運(yùn)用極限形狀可靠性的要求比對(duì)承載力極限形狀可靠性的極限形狀可靠性的 要求低些，因此前者驗(yàn)算時(shí)取資料強(qiáng)度和荷載要求低些，因此前者驗(yàn)算時(shí)取資料強(qiáng)度和荷載的規(guī)范

2、值，后者計(jì)的規(guī)范值，后者計(jì) 算時(shí)取取資料強(qiáng)度和荷載的設(shè)計(jì)值。算時(shí)取取資料強(qiáng)度和荷載的設(shè)計(jì)值。四四.為思索抗震要求，構(gòu)造應(yīng)具備一定的延性。為思索抗震要求，構(gòu)造應(yīng)具備一定的延性。五五.對(duì)構(gòu)造應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)運(yùn)用年限進(jìn)展耐久性概念設(shè)對(duì)構(gòu)造應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)運(yùn)用年限進(jìn)展耐久性概念設(shè)計(jì)。計(jì)。9.1 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算零零.問題的提出問題的提出1.撓度驗(yàn)算的要求：滿足公式撓度驗(yàn)算的要求：滿足公式9-22，即荷載產(chǎn)生的撓度應(yīng)小于，即荷載產(chǎn)生的撓度應(yīng)小于 或等于規(guī)定的撓度限值；或等于規(guī)定的撓度限值；2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的實(shí)踐撓度大于按資料力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：鋼筋混凝土受彎

3、構(gòu)件的實(shí)踐撓度大于按資料力學(xué) 計(jì)算出的撓度；計(jì)算出的撓度；3.實(shí)際和實(shí)驗(yàn)指出：鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的實(shí)踐截面剛度比彈性剛實(shí)際和實(shí)驗(yàn)指出：鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的實(shí)踐截面剛度比彈性剛 度減小；度減小；4.假設(shè)依然運(yùn)用資料力學(xué)的公式方式計(jì)算實(shí)踐撓度，那么應(yīng)對(duì)彈性假設(shè)依然運(yùn)用資料力學(xué)的公式方式計(jì)算實(shí)踐撓度，那么應(yīng)對(duì)彈性剛度剛度 加以修正；加以修正；5.基于以上緣由，構(gòu)件的撓度計(jì)算轉(zhuǎn)化為對(duì)其剛度的計(jì)算?；谝陨暇売?，構(gòu)件的撓度計(jì)算轉(zhuǎn)化為對(duì)其剛度的計(jì)算。一一.截面彎曲剛度的概念及定義截面彎曲剛度的概念及定義 對(duì)于均布荷載下的簡(jiǎn)支梁，由資料力學(xué)可知其跨中最大撓度為：對(duì)于均布荷載下的簡(jiǎn)支梁，由資料力學(xué)可知其跨中最

4、大撓度為：上式中，上式中，S=5/48，是與荷載方式和支撐條件有關(guān)的撓度系數(shù)；，是與荷載方式和支撐條件有關(guān)的撓度系數(shù)； M是最大彎矩。是最大彎矩。 由資料力學(xué)可知：當(dāng)荷載方式和支撐條件不變時(shí)，彎矩也不變。由資料力學(xué)可知：當(dāng)荷載方式和支撐條件不變時(shí)，彎矩也不變。因此撓度的增大，只能夠是因此撓度的增大，只能夠是EI減小。減小。 定義：定義：EI為受彎構(gòu)件截面的抗彎剛度，并用為受彎構(gòu)件截面的抗彎剛度，并用B表示，即表示，即B=EI。 討論：當(dāng)不思索資料的彈塑性時(shí)即混凝土未裂時(shí)，討論：當(dāng)不思索資料的彈塑性時(shí)即混凝土未裂時(shí)，B用資料用資料力學(xué)方法計(jì)算；否那么重新建立其計(jì)算方法。力學(xué)方法計(jì)算；否那么重新建

5、立其計(jì)算方法。EIMlSEIl8ql485EI384ql5f20202040二二.短期剛度短期剛度 鋼筋混凝土構(gòu)件剛度減小的程度與荷載的大小和作用的時(shí)間有關(guān)，鋼筋混凝土構(gòu)件剛度減小的程度與荷載的大小和作用的時(shí)間有關(guān)，可分為短期荷載下的剛度可分為短期荷載下的剛度 和長(zhǎng)期荷載下的剛度和長(zhǎng)期荷載下的剛度 。1.剛度在荷載短期作用下降低的緣由：模量剛度在荷載短期作用下降低的緣由：模量E的降低和裂痕的呈現(xiàn)的降低和裂痕的呈現(xiàn)導(dǎo)致有效高度導(dǎo)致有效高度h的降低。的降低。2.短期剛度的計(jì)算短期剛度的計(jì)算1由圖由圖9-2可知：裂痕呈現(xiàn)后中和軸成為波浪線，曲率沿軸線不可知：裂痕呈現(xiàn)后中和軸成為波浪線，曲率沿軸線不同

6、，由平均應(yīng)變平截面假定和該圖可導(dǎo)出公式同，由平均應(yīng)變平截面假定和該圖可導(dǎo)出公式9-2；由公式；由公式9-1可導(dǎo)出公式可導(dǎo)出公式9-3；2由圖由圖9-3即受彎構(gòu)件適筋正截面第即受彎構(gòu)件適筋正截面第II階段應(yīng)力圖并引入假階段應(yīng)力圖并引入假設(shè)干參數(shù)后可導(dǎo)出短期剛度計(jì)算的普通公式設(shè)干參數(shù)后可導(dǎo)出短期剛度計(jì)算的普通公式9-10。sBBsB三三.假設(shè)干參數(shù)的表達(dá)式及短期剛度的計(jì)算式假設(shè)干參數(shù)的表達(dá)式及短期剛度的計(jì)算式1.裂痕截面處內(nèi)力臂長(zhǎng)度系數(shù)近似取裂痕截面處內(nèi)力臂長(zhǎng)度系數(shù)近似取0.87，即公式，即公式9-11；2.裂痕間受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)裂痕間受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù) 參考圖參考圖9-41 的定義：裂

7、痕間鋼筋的平均應(yīng)變與裂痕截面處鋼筋的應(yīng)變的的定義：裂痕間鋼筋的平均應(yīng)變與裂痕截面處鋼筋的應(yīng)變的 比值；比值；2 的物理意義：反映裂痕間混凝土參與受拉任務(wù)的程度；的物理意義：反映裂痕間混凝土參與受拉任務(wù)的程度； 顯然有關(guān)系：顯然有關(guān)系： ，當(dāng)，當(dāng) 接近接近0時(shí)表示混凝時(shí)表示混凝 土參與受拉的程度較大；當(dāng)土參與受拉的程度較大；當(dāng) 接近接近1時(shí)表示混時(shí)表示混 凝土參與受拉的程度較小且即將完全退收任務(wù)；凝土參與受拉的程度較小且即將完全退收任務(wù)；3 的計(jì)算公式：公式的計(jì)算公式：公式9-13 4短期剛度的計(jì)算式：公式短期剛度的計(jì)算式：公式9-16 10四四.受彎構(gòu)件長(zhǎng)期剛度受彎構(gòu)件長(zhǎng)期剛度1.荷載長(zhǎng)期作用

8、下剛度降低的緣由：徐變荷載長(zhǎng)期作用下剛度降低的緣由：徐變2.長(zhǎng)期剛度長(zhǎng)期剛度 ：按公式：按公式9-20計(jì)算，其本質(zhì)是將短期剛度計(jì)算，其本質(zhì)是將短期剛度 修正折減后得到的。修正折減后得到的。五五.最小剛度原那么與撓度計(jì)算最小剛度原那么與撓度計(jì)算1.問題的提出：?jiǎn)栴}的提出：1前述剛度是指梁的平均剛度或純彎段的計(jì)算方法，工程前述剛度是指梁的平均剛度或純彎段的計(jì)算方法，工程設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)如何運(yùn)用此方法值得討論。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)如何運(yùn)用此方法值得討論。2前述剛度未思索接近支座處剛度減小的幅度假設(shè)僅思索彎前述剛度未思索接近支座處剛度減小的幅度假設(shè)僅思索彎矩矩要小些和剪切變形的影響將減小剛度。要小些和剪切變形的影響將

9、減小剛度。 BB2.處置問題的方法：采用最小剛度原那么處置問題的方法：采用最小剛度原那么3.最小剛度原那么：在同號(hào)彎矩段中，以為彎矩值最大截面處的剛最小剛度原那么：在同號(hào)彎矩段中，以為彎矩值最大截面處的剛度最小，根據(jù)此剛度計(jì)算出的撓度最大。度最小，根據(jù)此剛度計(jì)算出的撓度最大。4.撓度計(jì)算步驟撓度計(jì)算步驟1根據(jù)最小剛度原那么確定所求剛度；根據(jù)最小剛度原那么確定所求剛度；2代入資料力學(xué)公式計(jì)算撓度；代入資料力學(xué)公式計(jì)算撓度；3滿足公式滿足公式9-22的要求。的要求。六六.對(duì)受彎構(gòu)件撓度驗(yàn)算的討論對(duì)受彎構(gòu)件撓度驗(yàn)算的討論1.由計(jì)算公式由計(jì)算公式9-16可知：截面有效高度的影響最大；可知：截面有效高度

10、的影響最大；2.配筋率對(duì)承載力和撓度的影響：在適筋范圍內(nèi)，提高配筋率能提配筋率對(duì)承載力和撓度的影響：在適筋范圍內(nèi)，提高配筋率能提高承載力，但提高剛度不明顯，有時(shí)甚至加大撓度，見圖高承載力，但提高剛度不明顯，有時(shí)甚至加大撓度，見圖9-9；3.跨高比：普通講，跨度越大那么撓度越大；梁高越大，撓度越??；跨高比：普通講，跨度越大那么撓度越大；梁高越大，撓度越??；可選擇適當(dāng)?shù)目绺弑?，可控制撓度；可選擇適當(dāng)?shù)目绺弑?，可控制撓度?.混凝土構(gòu)造構(gòu)件變形限值：規(guī)范根據(jù)有關(guān)要求規(guī)定的詳細(xì)數(shù)值，混凝土構(gòu)造構(gòu)件變形限值：規(guī)范根據(jù)有關(guān)要求規(guī)定的詳細(xì)數(shù)值，見附表見附表5-1。9.2 鋼筋混凝土構(gòu)件裂痕寬度驗(yàn)算鋼筋混凝土

11、構(gòu)件裂痕寬度驗(yàn)算一一.裂痕的呈現(xiàn)、分布和開展裂痕的呈現(xiàn)、分布和開展1.裂痕的呈現(xiàn)：混凝土到達(dá)其抗拉強(qiáng)度后產(chǎn)生塑性變形，到達(dá)其極裂痕的呈現(xiàn)：混凝土到達(dá)其抗拉強(qiáng)度后產(chǎn)生塑性變形，到達(dá)其極限拉伸變形后即開裂；實(shí)際上講，混凝土抗拉強(qiáng)度是相等的，但是，限拉伸變形后即開裂；實(shí)際上講，混凝土抗拉強(qiáng)度是相等的，但是，由于混凝土資料的離散性，總存在某薄弱處，此處強(qiáng)度最低，因此由于混凝土資料的離散性，總存在某薄弱處，此處強(qiáng)度最低，因此在該處混凝土將首先開裂，如圖在該處混凝土將首先開裂，如圖9-12a； 2.裂痕的分布：裂痕截面處混凝土產(chǎn)生滑移并退收任務(wù)，鋼筋應(yīng)力裂痕的分布：裂痕截面處混凝土產(chǎn)生滑移并退收任務(wù)，鋼筋

12、應(yīng)力突增；分開裂痕截面一段長(zhǎng)度稱為突增；分開裂痕截面一段長(zhǎng)度稱為“傳送長(zhǎng)度后，混凝土與傳送長(zhǎng)度后，混凝土與鋼筋又能共同任務(wù)；當(dāng)彎矩增大時(shí)，有能夠在大于傳送長(zhǎng)度的部位鋼筋又能共同任務(wù)；當(dāng)彎矩增大時(shí)，有能夠在大于傳送長(zhǎng)度的部位呈現(xiàn)新的裂痕，直到裂痕呈現(xiàn)新的裂痕，直到裂痕“出齊，普通講，受彎構(gòu)件受拉區(qū)兩條出齊，普通講，受彎構(gòu)件受拉區(qū)兩條裂痕之間的平均間距為裂痕之間的平均間距為1.5倍的傳送長(zhǎng)度，見圖倍的傳送長(zhǎng)度，見圖9-12b；3.裂痕的開展：由于裂痕截面處混凝土的不時(shí)回縮、鋼筋的不時(shí)伸裂痕的開展：由于裂痕截面處混凝土的不時(shí)回縮、鋼筋的不時(shí)伸長(zhǎng)，裂痕寬度將加大；普通講，受拉鋼筋外表處混凝土的裂痕寬度

13、長(zhǎng)，裂痕寬度將加大；普通講，受拉鋼筋外表處混凝土的裂痕寬度大約為構(gòu)件受拉區(qū)外表處混凝土裂痕跨度的大約為構(gòu)件受拉區(qū)外表處混凝土裂痕跨度的1/51/3；4.根據(jù)上述原理可進(jìn)展裂痕寬度的計(jì)算，由于思索了混凝土與鋼筋根據(jù)上述原理可進(jìn)展裂痕寬度的計(jì)算，由于思索了混凝土與鋼筋的滑移，所以求出的裂痕寬度是指鋼筋外表處的，此即我國(guó)規(guī)范的的滑移，所以求出的裂痕寬度是指鋼筋外表處的，此即我國(guó)規(guī)范的根本計(jì)算原理。根本計(jì)算原理。5.我國(guó)規(guī)范的思緒：平均裂痕間距我國(guó)規(guī)范的思緒：平均裂痕間距 平均裂痕寬度平均裂痕寬度 最大裂痕寬度最大裂痕寬度 二二.平均裂痕間距平均裂痕間距1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)有關(guān)系：平均裂痕間距根據(jù)實(shí)驗(yàn)有關(guān)系：

14、平均裂痕間距=1.5傳送長(zhǎng)度；傳送長(zhǎng)度；2.傳送長(zhǎng)度的求解：由圖傳送長(zhǎng)度的求解：由圖9-14，由脫離體的平衡條件可得到平均裂，由脫離體的平衡條件可得到平均裂痕間距的實(shí)際計(jì)算公式痕間距的實(shí)際計(jì)算公式9-27；3.思索鋼筋外形和混凝土維護(hù)層的影響，可得到平均裂痕間距的閱思索鋼筋外形和混凝土維護(hù)層的影響，可得到平均裂痕間距的閱歷公式歷公式9-29；三三.平均裂痕寬度平均裂痕寬度1.平均裂痕寬度計(jì)算式平均裂痕寬度計(jì)算式1計(jì)算原理：平均裂痕寬度計(jì)算原理：平均裂痕寬度=平均裂痕間距范圍內(nèi)鋼筋的伸長(zhǎng)減平均裂痕間距范圍內(nèi)鋼筋的伸長(zhǎng)減去同一縱向纖維處混凝土的伸長(zhǎng)，見圖去同一縱向纖維處混凝土的伸長(zhǎng)，見圖9-15；

15、2根據(jù)上述原理可導(dǎo)出表達(dá)式根據(jù)上述原理可導(dǎo)出表達(dá)式9-30；3根據(jù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)公式根據(jù)實(shí)驗(yàn)，對(duì)公式9-30修正后可得閱歷公式修正后可得閱歷公式9-32，此，此式與裂痕截面處鋼筋應(yīng)力、等要素有關(guān)。式與裂痕截面處鋼筋應(yīng)力、等要素有關(guān)。2.裂痕截面處的鋼筋應(yīng)力計(jì)算裂痕截面處的鋼筋應(yīng)力計(jì)算 對(duì)于受彎構(gòu)件，裂痕截面處鋼筋的應(yīng)力可根據(jù)適筋梁第對(duì)于受彎構(gòu)件，裂痕截面處鋼筋的應(yīng)力可根據(jù)適筋梁第II階段的階段的應(yīng)力圖形求得，即公式應(yīng)力圖形求得，即公式9-33，其他構(gòu)件裂痕截面處的鋼筋應(yīng)力，其他構(gòu)件裂痕截面處的鋼筋應(yīng)力可同理計(jì)算，如公式可同理計(jì)算，如公式9-34軸拉構(gòu)件、軸拉構(gòu)件、9-35偏拉構(gòu)件偏拉構(gòu)件和和9-36

16、偏壓構(gòu)件。偏壓構(gòu)件。四四.最大裂痕寬度及其驗(yàn)算最大裂痕寬度及其驗(yàn)算1.確定最大裂痕寬度的方法確定最大裂痕寬度的方法1原那么：最大裂痕寬度原那么：最大裂痕寬度=擴(kuò)展系數(shù)擴(kuò)展系數(shù)*平均裂痕寬度平均裂痕寬度2擴(kuò)展系數(shù)思索了裂痕寬度不均勻性、應(yīng)力松弛和徐變。擴(kuò)展系數(shù)思索了裂痕寬度不均勻性、應(yīng)力松弛和徐變。2.最大裂痕寬度的計(jì)算最大裂痕寬度的計(jì)算1根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可得計(jì)算公式為根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可得計(jì)算公式為9-40式；式；2式中各符號(hào)的意義見書上的闡明；式中各符號(hào)的意義見書上的闡明；3公式公式9-40求得的最大裂痕寬度具有求得的最大裂痕寬度具有95%的保證率。的保證率。3.最大裂痕寬度的驗(yàn)算條件最大裂痕

17、寬度的驗(yàn)算條件1按公式按公式9-40求得的最大裂痕寬度小于或等于裂痕寬度限求得的最大裂痕寬度小于或等于裂痕寬度限制數(shù)值，即公式制數(shù)值，即公式9-41；2分析公式分析公式9-40可知，減小裂痕寬度的主要措施在已滿可知，減小裂痕寬度的主要措施在已滿足承載力要求的前提下是減小鋼筋的直徑；足承載力要求的前提下是減小鋼筋的直徑；3不需求進(jìn)展裂痕寬度驗(yàn)算的鋼筋直徑可查有關(guān)表格。不需求進(jìn)展裂痕寬度驗(yàn)算的鋼筋直徑可查有關(guān)表格。4.最大裂痕寬度的限制數(shù)值見附表最大裂痕寬度的限制數(shù)值見附表5-3，普通為，普通為0.20.3mm。9.3 混凝土構(gòu)件的延性混凝土構(gòu)件的延性一一.延性概念延性概念1.延性的根本定義：構(gòu)件

18、從鋼筋或構(gòu)件、截面屈服至到達(dá)承載延性的根本定義：構(gòu)件從鋼筋或構(gòu)件、截面屈服至到達(dá)承載力極限形狀期間的變形才干。力極限形狀期間的變形才干。2.要求構(gòu)件具備延性的目的要求構(gòu)件具備延性的目的1吸能、抗震；吸能、抗震；2防止脆性破壞；防止脆性破壞；3順應(yīng)非直接荷載的作用如地基不均勻沉降和溫差；順應(yīng)非直接荷載的作用如地基不均勻沉降和溫差；4使超靜定構(gòu)造能充沛發(fā)生內(nèi)力重分布；使超靜定構(gòu)造能充沛發(fā)生內(nèi)力重分布；3.延性的描畫目的：延性系數(shù)延性的描畫目的：延性系數(shù)二二.受彎構(gòu)件的截面曲率延性系數(shù)受彎構(gòu)件的截面曲率延性系數(shù)1.受彎構(gòu)件截面曲率延性系數(shù)表達(dá)式受彎構(gòu)件截面曲率延性系數(shù)表達(dá)式1受彎構(gòu)件的延性用曲率延性

19、系數(shù)表達(dá)；受彎構(gòu)件的延性用曲率延性系數(shù)表達(dá)；2曲率延性系數(shù)的物理意義：截面到達(dá)承載力極限形狀時(shí)的曲曲率延性系數(shù)的物理意義：截面到達(dá)承載力極限形狀時(shí)的曲率與截面受拉鋼筋開場(chǎng)屈服的曲率之比；率與截面受拉鋼筋開場(chǎng)屈服的曲率之比；3根據(jù)平截面假定和上述兩種形狀的應(yīng)力圖形可推出截面曲率根據(jù)平截面假定和上述兩種形狀的應(yīng)力圖形可推出截面曲率延性系數(shù)為公式延性系數(shù)為公式9-44。2.影響要素影響要素1縱向受拉鋼筋配筋率增大，延性系數(shù)減小，如圖縱向受拉鋼筋配筋率增大，延性系數(shù)減小，如圖9-19；2受壓鋼筋配筋率或混凝土極限壓應(yīng)變?cè)龃螅有韵禂?shù)增大；受壓鋼筋配筋率或混凝土極限壓應(yīng)變?cè)龃?，延性系?shù)增大；3混凝土強(qiáng)度

20、提高且采用軟鋼，延性系數(shù)提高?；炷翉?qiáng)度提高且采用軟鋼，延性系數(shù)提高。3.提高截面曲率延性系數(shù)的主要措施提高截面曲率延性系數(shù)的主要措施1限制縱向受拉鋼筋的配筋率；限制縱向受拉鋼筋的配筋率；2規(guī)定受壓和受拉鋼筋的最小比例；規(guī)定受壓和受拉鋼筋的最小比例；3在彎矩較大處加密箍筋。在彎矩較大處加密箍筋。三三.偏心受壓構(gòu)件截面曲率延性的分析偏心受壓構(gòu)件截面曲率延性的分析1.軸向壓力的存在降低截面曲率延性系數(shù)；軸向壓力的存在降低截面曲率延性系數(shù)；2.軸壓比軸壓比 越大，延性系數(shù)越??；越大，延性系數(shù)越小；3.配箍率添加，延性系數(shù)加大，如圖配箍率添加，延性系數(shù)加大，如圖9-20。9.3 混凝土構(gòu)造的耐久性混凝土構(gòu)造的耐久性一一.耐久性的概念與主要影響要素耐久性的概念與主要影響要素1.構(gòu)造的耐久性：正常維護(hù)下，構(gòu)造在設(shè)計(jì)周期內(nèi)無需維修加固。構(gòu)造的耐久性：正常維護(hù)下，構(gòu)造在設(shè)計(jì)周期內(nèi)無需維修加固。)/(AfNnc2.影響耐久性能的主要要素影響耐久性能的主要要素1內(nèi)部要素：混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)性、水泥用量、水灰比、化內(nèi)部要素：混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)性、水泥用量、水灰比、化學(xué)成分、外加劑和維護(hù)層厚度等；學(xué)成分、外加劑和維護(hù)層厚度等；2外部要素：溫度和濕度等。外部要素：溫度和濕度等。二二.混凝土的碳化混凝土的碳化1.碳化的根本情況碳化的根本情況