水工鋼筋混凝土(3)

1、第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述 第八章第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 概概 述述在概述中將說明下面在概述中將說明下面5 5個(gè)問題：個(gè)問題：正常使用極限狀態(tài)重要性正常使用極限狀態(tài)重要性結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分類結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分類 哪些構(gòu)件要求抗裂？（絕大多數(shù)構(gòu)件帶裂縫工作）哪些構(gòu)件要求抗裂？（絕大多數(shù)構(gòu)件帶裂縫工作）哪些構(gòu)件要求變形驗(yàn)算？哪些構(gòu)件要求變形驗(yàn)算？正常使用與承載能力極限狀態(tài)可靠度的比較正常使用與承載能力極限狀態(tài)可靠度的比較抗裂驗(yàn)算與裂縫寬度驗(yàn)算之間的關(guān)系抗裂驗(yàn)算與裂縫寬度驗(yàn)算之間的關(guān)系第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限

2、狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述1 1、正常使用極限狀態(tài)重要性、正常使用極限狀態(tài)重要性: :從鋼筋混凝土設(shè)計(jì)理論看正常使用極限狀態(tài)重要性。從鋼筋混凝土設(shè)計(jì)理論看正常使用極限狀態(tài)重要性。鋼筋混凝土設(shè)計(jì)理論經(jīng)歷了三個(gè)階段：鋼筋混凝土設(shè)計(jì)理論經(jīng)歷了三個(gè)階段：容許應(yīng)力法容許應(yīng)力法破損階段法破損階段法極限狀態(tài)法極限狀態(tài)法第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述v容許應(yīng)力法的缺陷容許應(yīng)力法的缺陷假定混凝土為線性材料不符合實(shí)際。假定混凝土為線性材料不符合實(shí)際。容許應(yīng)力取值依靠經(jīng)驗(yàn)，曾多次提高。容許應(yīng)力取值依靠經(jīng)驗(yàn)，曾多次提高。無法用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否可靠。無法用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否可靠。無法得到總的可靠

3、度概念。無法得到總的可靠度概念。無法得到正常使用時(shí)的狀態(tài)，如裂縫寬度與變形。無法得到正常使用時(shí)的狀態(tài)，如裂縫寬度與變形。v破損階段法的缺陷破損階段法的缺陷無法了解正常使用階段是否滿足要求，裂縫與變形無法了解正常使用階段是否滿足要求，裂縫與變形。v極限狀態(tài)法：極限狀態(tài)法： 分承載能力與正常使用二種極限狀態(tài)：分承載能力與正常使用二種極限狀態(tài)：承載能力極限狀態(tài)破損階段法承載能力極限狀態(tài)破損階段法正常使用極限狀態(tài)抗裂與裂縫寬度、變形正常使用極限狀態(tài)抗裂與裂縫寬度、變形第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述從設(shè)計(jì)的控制條件看正常使用極限狀態(tài)重要性。從設(shè)計(jì)的控制條件看正常使用極限狀態(tài)重

4、要性。在設(shè)計(jì)時(shí)，先進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算，確定鋼在設(shè)計(jì)時(shí)，先進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算，確定鋼筋用量；然后進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算。筋用量；然后進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算。 以受彎構(gòu)件為例：以受彎構(gòu)件為例：承載能力：承載能力：正截面抗彎：縱向受力鋼筋正截面抗彎：縱向受力鋼筋 斜截面抗剪：箍筋、彎起鋼筋斜截面抗剪：箍筋、彎起鋼筋 斜截面抗彎：有彎起鋼筋時(shí)，斜截面抗彎：有彎起鋼筋時(shí)，抵抗彎矩圖抵抗彎矩圖正常使用：抗裂設(shè)計(jì)：抗裂驗(yàn)算正常使用：抗裂設(shè)計(jì)：抗裂驗(yàn)算 限裂設(shè)計(jì)：裂縫寬度限裂設(shè)計(jì)：裂縫寬度 抗裂或限裂設(shè)計(jì)：變形驗(yàn)算抗裂或限裂設(shè)計(jì)：變形驗(yàn)算 8.1 概 述第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀

5、態(tài)驗(yàn)算 但對水工混凝土結(jié)構(gòu)，但對水工混凝土結(jié)構(gòu)，正常使用極限狀態(tài)往往是控制狀態(tài)。正常使用極限狀態(tài)往往是控制狀態(tài)。 8.1 概 述第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算三峽船閘三峽船閘 8.1 概 述第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算輸水隧洞輸水隧洞閘室中心線結(jié)構(gòu)錨桿襯砌墻襯砌墻 閘室閘室長閘室閘室長12.0m 高高47.2m 在在127.75m和和142.75m高程處高程處墻內(nèi)設(shè)兩道水平墻內(nèi)設(shè)兩道水平結(jié)構(gòu)縫結(jié)構(gòu)縫 引水隧洞襯砌：在巖石上開挖，襯砌是防止?jié)B漏，減小引水隧洞襯砌：在巖石上開挖，襯砌是防止?jié)B漏，減小水阻力。水阻力。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述

6、v三峽直埋式蝸殼三峽直埋式蝸殼蝸殼作用：水從引水管道蝸殼作用：水從引水管道蝸殼蝸殼水輪機(jī)水輪機(jī)尾水管。尾水管。蝸殼種類：鋼筋混凝土蝸殼、金屬蝸殼。蝸殼種類：鋼筋混凝土蝸殼、金屬蝸殼。蝸殼埋設(shè)：保壓、墊層、直埋。蝸殼埋設(shè)：保壓、墊層、直埋。三峽采用金屬蝸殼，左岸采用保壓、右岸采用墊層。三峽采用金屬蝸殼，左岸采用保壓、右岸采用墊層。右岸右岸1515號(hào)機(jī)采用直埋蝸殼，蝸管按明管設(shè)計(jì)。號(hào)機(jī)采用直埋蝸殼，蝸管按明管設(shè)計(jì)。外圍混凝土鋼筋布置，不是為承載能力，而是控制裂外圍混凝土鋼筋布置，不是為承載能力，而是控制裂縫，即鋼筋用量及布置由正常使用極限狀態(tài)所控制?？p，即鋼筋用量及布置由正常使用極限狀態(tài)所控制。第

7、八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述(1:100)吊物孔2#樓梯間鋼管中心線機(jī)組中心線蝸殼進(jìn)人廊道56.0056.0021212402506075200758082054.76553.5150.0050.9251.5052.2249.50蝸殼第一層鋼筋平面圖401540154015401540154015401540153615401540154015401540154015401540401540404040154015401540153220402032203220322040154015322032202401

8、5第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述混凝土板高混凝土板高13.5m底層鋼筋：一排底層鋼筋：一排20根直徑根直徑36/m四排四排10根直徑根直徑36/m一排一排10根直徑根直徑36/m一排一排5根直徑根直徑36/m龍開口底板龍開口底板第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述2 2、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為兩類：、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為兩

9、類：v承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力或不適應(yīng)承載的過大變結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力或不適應(yīng)承載的過大變形。形。超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性要超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性要求。求。對各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件都應(yīng)進(jìn)行該極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。對各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件都應(yīng)進(jìn)行該極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。采用采用荷載設(shè)計(jì)值荷載設(shè)計(jì)值及材料及材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。荷載效應(yīng)采用荷載效應(yīng)采用基本組合基本組合及及偶然組合偶然組合。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述v正常使用極限狀態(tài)：正常使用極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到影響正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到影響正常使

10、用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值及材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值及材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。荷載效應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)組合。荷載效應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)組合。一般只對持久狀況進(jìn)行驗(yàn)算。一般只對持久狀況進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算內(nèi)容驗(yàn)算內(nèi)容：抗裂驗(yàn)算、裂縫寬度驗(yàn)算及變形驗(yàn)算。：抗裂驗(yàn)算、裂縫寬度驗(yàn)算及變形驗(yàn)算。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述v抗裂驗(yàn)算范圍抗裂驗(yàn)算范圍（哪些構(gòu)件要求抗裂設(shè)計(jì)？）：（哪些構(gòu)件要求抗裂設(shè)計(jì)？）：承受水壓的軸拉、小偏拉構(gòu)件承受水壓的軸拉、小偏拉構(gòu)件發(fā)生裂縫后引起嚴(yán)重滲漏構(gòu)件。發(fā)生裂縫后引起嚴(yán)重滲漏構(gòu)件。v裂縫寬度驗(yàn)算范圍：裂縫寬度驗(yàn)算范圍： 一般鋼筋混凝土構(gòu)件。絕大多數(shù)構(gòu)件是帶

11、裂縫工作的。一般鋼筋混凝土構(gòu)件。絕大多數(shù)構(gòu)件是帶裂縫工作的。v變形驗(yàn)算范圍變形驗(yàn)算范圍（哪些構(gòu)件要求變形驗(yàn)算？）（哪些構(gòu)件要求變形驗(yàn)算？） ：嚴(yán)格限制變形的構(gòu)件。如：嚴(yán)格限制變形的構(gòu)件。如：吊車梁，撓度過大時(shí)會(huì)妨礙吊車正常行駛；吊車梁，撓度過大時(shí)會(huì)妨礙吊車正常行駛；門機(jī)軌道梁，撓度過大時(shí)會(huì)妨礙門機(jī)正常行駛；門機(jī)軌道梁，撓度過大時(shí)會(huì)妨礙門機(jī)正常行駛；閘門頂梁，變形過大時(shí)會(huì)使閘門頂梁與胸墻底梁之間止閘門頂梁，變形過大時(shí)會(huì)使閘門頂梁與胸墻底梁之間止水失效。水失效。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述v裂縫寬度驗(yàn)算的目的：裂縫寬度驗(yàn)算的目的：一般的鋼筋混凝土構(gòu)件總是帶裂縫工作的

12、。但過寬的裂一般的鋼筋混凝土構(gòu)件總是帶裂縫工作的。但過寬的裂縫會(huì)產(chǎn)生下列不利影響：縫會(huì)產(chǎn)生下列不利影響： 心理：心理：過寬的裂縫影響外觀，并使人心理上產(chǎn)生不安全過寬的裂縫影響外觀，并使人心理上產(chǎn)生不安全感；感；耐久性：耐久性：在裂縫處，縮短了混凝土碳化到達(dá)鋼筋表面的在裂縫處，縮短了混凝土碳化到達(dá)鋼筋表面的時(shí)間，導(dǎo)致鋼筋提早銹蝕，影響結(jié)構(gòu)的耐久性；時(shí)間，導(dǎo)致鋼筋提早銹蝕，影響結(jié)構(gòu)的耐久性；裂縫面水壓：裂縫面水壓：當(dāng)水頭較大時(shí)，滲入裂縫的水壓會(huì)使裂縫當(dāng)水頭較大時(shí)，滲入裂縫的水壓會(huì)使裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。進(jìn)一步擴(kuò)展。 因此，而裂縫寬度驗(yàn)算，根據(jù)使用要求使裂縫寬度小于因此，而裂縫寬度驗(yàn)算，根據(jù)使用要求使裂縫

13、寬度小于相應(yīng)的限值。相應(yīng)的限值。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述v裂縫寬度限值的確定：裂縫寬度限值的確定：裂縫寬度限值理應(yīng)根據(jù)下列因素取值：裂縫寬度限值理應(yīng)根據(jù)下列因素取值：結(jié)構(gòu)的功能要求結(jié)構(gòu)的功能要求 環(huán)境條件對鋼筋的腐蝕影響環(huán)境條件對鋼筋的腐蝕影響 鋼筋種類對腐蝕的敏感性鋼筋種類對腐蝕的敏感性 荷載作用時(shí)間荷載作用時(shí)間 目前，混凝土規(guī)范規(guī)范考慮裂縫寬度限值的影響因素各目前，混凝土規(guī)范規(guī)范考慮裂縫寬度限值的影響因素各有側(cè)重，具體規(guī)定并不完全一致。有側(cè)重，具體規(guī)定并不完全一致。 DL/T5057-2009、SL191-2008根據(jù)環(huán)境類別，規(guī)定了最根據(jù)環(huán)境類別，規(guī)定

14、了最大裂縫寬度限值，如大裂縫寬度限值，如p410附錄五表附錄五表1所列。所列。3 3、正常使用與承載能力極限狀態(tài)可靠度比較正常使用與承載能力極限狀態(tài)可靠度比較正常使用極限狀態(tài)可靠度正常使用極限狀態(tài)可靠度小于小于承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)：承載能力極限狀態(tài)：計(jì)算計(jì)算正常使用極限狀態(tài)：正常使用極限狀態(tài)：驗(yàn)算驗(yàn)算v原因是：原因是：正常使用極限狀態(tài)是在承載能力得到保證前提的正常使用極限狀態(tài)是在承載能力得到保證前提的驗(yàn)驗(yàn)算算。正常使用極限狀態(tài)不滿足所造成的危害小于承載能。正常使用極限狀態(tài)不滿足所造成的危害小于承載能力極限狀態(tài)。力極限狀態(tài)。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算

15、8.1 概 述v表現(xiàn)在：表現(xiàn)在： 承載能力正常使用承載能力正常使用荷載：設(shè)計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)值荷載：設(shè)計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)值 （DL、 SL ）強(qiáng)度：設(shè)計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)值強(qiáng)度：設(shè)計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)值（DL、 SL ）結(jié)構(gòu)系數(shù)：結(jié)構(gòu)系數(shù)：1.2 無無 （DL）設(shè)計(jì)狀況系數(shù)：設(shè)計(jì)狀況系數(shù)： 1.0、0.95 無無 （DL）重要性系數(shù)：重要性系數(shù)： 1.1、1.0、0.90 相同相同 （DL） 安全系數(shù)：安全系數(shù)： 1.35、1.20、1.15 無無 （SL）第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述4 4、抗裂驗(yàn)算與裂縫寬度驗(yàn)算之間的關(guān)系、抗裂驗(yàn)算與裂縫寬度驗(yàn)算之間的關(guān)系抗裂公式與裂縫寬度公式并不配套?？沽压脚c裂縫寬度

16、公式并不配套。 一個(gè)構(gòu)件能滿足抗裂驗(yàn)算，但裂縫寬度計(jì)算值也許會(huì)一個(gè)構(gòu)件能滿足抗裂驗(yàn)算，但裂縫寬度計(jì)算值也許會(huì)很大。很大。對一般的抗裂構(gòu)件，滿足抗裂驗(yàn)算后，不必進(jìn)行裂縫對一般的抗裂構(gòu)件，滿足抗裂驗(yàn)算后，不必進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。寬度驗(yàn)算。對特別重要的抗裂構(gòu)件，滿足抗裂縫驗(yàn)算后，還須進(jìn)對特別重要的抗裂構(gòu)件，滿足抗裂縫驗(yàn)算后，還須進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。行裂縫寬度驗(yàn)算。所謂所謂“雙控雙控”。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.1 概 述第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算 8.1 8.1 抗裂驗(yàn)算抗裂驗(yàn)算8.1.1 8.1.1 軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件即將開裂時(shí)即將開裂時(shí):

17、 : c=ft ； s= sEs = cEs = cEcEs / Ec = E ftcrtcssNf AA0()tcEtstcEstf Af Af AAf A第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算 為滿足目標(biāo)可靠指標(biāo)要求，引進(jìn)為滿足目標(biāo)可靠指標(biāo)要求，引進(jìn)拉應(yīng)力限制系數(shù)拉應(yīng)力限制系數(shù)ct， ft 改用改用 ftk :0kcttkNfA Nk由由荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的軸向力；軸向力； ftk混凝土軸心抗拉強(qiáng)度混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)值；ct混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)，對荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)，對荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組 組合，組合，ct=0.85；Ao換算截

18、面面積，換算截面面積，Ao=Ac + EAs， E= Es /Ec；第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算v混凝土即將開裂時(shí)鋼筋的拉應(yīng)力混凝土即將開裂時(shí)鋼筋的拉應(yīng)力2030N/mm2，可，可見此時(shí)的鋼筋應(yīng)力是很低的。見此時(shí)的鋼筋應(yīng)力是很低的。用增加鋼筋面積的方法來用增加鋼筋面積的方法來提高構(gòu)件的抗裂能力是極不合理的。提高構(gòu)件的抗裂能力是極不合理的。v提高構(gòu)件抗裂能力的措施主要有：提高構(gòu)件抗裂能力的措施主要有：加大構(gòu)件截面尺寸加大構(gòu)件截面尺寸提高混凝土抗拉強(qiáng)度提高混凝土抗拉強(qiáng)度在局部混凝土中摻入鋼纖維在局部混凝土中摻入鋼纖維最根本的方法則是采用預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件最根本的方法則

19、是采用預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算8.1.2 8.1.2 受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件 受彎構(gòu)件正截面即將開裂時(shí)，應(yīng)力處于第受彎構(gòu)件正截面即將開裂時(shí)，應(yīng)力處于第I階段末。階段末。 受拉區(qū)近似假定為梯形，塑化區(qū)占受拉區(qū)高度的一半。受拉區(qū)近似假定為梯形，塑化區(qū)占受拉區(qū)高度的一半。 利用平截面假定，根據(jù)力和力矩的平衡，求出利用平截面假定，根據(jù)力和力矩的平衡，求出Mcr。 實(shí)際的實(shí)際的應(yīng)力與應(yīng)變圖形應(yīng)力與應(yīng)變圖形 假定的假定的應(yīng)力圖形應(yīng)力圖形 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算 更方便的是在保持更方便的是在保持Mcr相等的條件下，將受拉區(qū)

20、梯相等的條件下，將受拉區(qū)梯形應(yīng)力圖折換成直線分布應(yīng)力圖。換算后可直接用彈形應(yīng)力圖折換成直線分布應(yīng)力圖。換算后可直接用彈性體的性體的材料力學(xué)公式材料力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算。 受彎構(gòu)件抗裂驗(yàn)算方法受彎構(gòu)件抗裂驗(yàn)算方法應(yīng)用材料力學(xué)公式應(yīng)用材料力學(xué)公式材力公式適用于均質(zhì)、線性材料。為能利用材力公材力公式適用于均質(zhì)、線性材料。為能利用材力公式先進(jìn)行二方面工作：式先進(jìn)行二方面工作：將鋼筋與混凝土二種材料的構(gòu)件轉(zhuǎn)化成均質(zhì)材料。將將鋼筋與混凝土二種材料的構(gòu)件轉(zhuǎn)化成均質(zhì)材料。將鋼筋轉(zhuǎn)化成同位置上鋼筋轉(zhuǎn)化成同位置上E 倍的混凝土。倍的混凝土。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算0cEs

21、EsAAAA000IWhy根據(jù)根據(jù)開裂彎矩不變的原則，引入塑性影響系數(shù)開裂彎矩不變的原則，引入塑性影響系數(shù)，將非，將非線性應(yīng)力圖形簡化成線性應(yīng)力圖形。線性應(yīng)力圖形簡化成線性應(yīng)力圖形。 8.2 抗裂驗(yàn)算第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算根據(jù)平衡，得極限方程：根據(jù)平衡，得極限方程：第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算0WM0WMfcrtm將抗拉強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值，引入拉應(yīng)力限制系數(shù)，來考將抗拉強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值，引入拉應(yīng)力限制系數(shù)，來考慮可靠度。慮可靠度。0kmcttkMf W 0crmtMfW Mk按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的彎矩值。按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的彎矩值。 第八章 鋼筋

22、混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算 m值與假定的受拉區(qū)應(yīng)力圖形有關(guān)，各種截面的值與假定的受拉區(qū)應(yīng)力圖形有關(guān)，各種截面的m值見值見p411附錄五表附錄五表4。 m值還與截面高度值還與截面高度h有關(guān)。有關(guān)。根據(jù)根據(jù)h值的不同，對值的不同，對m值進(jìn)行修正，乘以考慮截面高值進(jìn)行修正，乘以考慮截面高度影響的修正系數(shù)，其值不大于度影響的修正系數(shù)，其值不大于1.1。h3007 . 0 0kmcttkMf W 式中：式中：h以以mm計(jì)，當(dāng)計(jì)，當(dāng)h3000mm，取，取h=3000mm。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算v工字形換算截面特征值工字形換算截面特征值0()ffA

23、bhbb h2200()()()222()()fffffEsEsffffEsEshhbhbbbb hhAhAaybhbb hbb hAA ()ffEsEsbb hAA333f0f0ff00()()()333b ybbyhb hyI322f0fEs00Es0()()()()3bb hyhA hyA ya第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算v單筋工字形換算截面特征值也可按下式計(jì)算：單筋工字形換算截面特征值也可按下式計(jì)算：hy)425. 05 . 0(E03E0)19. 00833. 0(bhI第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算8.1.3 8.1.3

24、 偏心受拉構(gòu)件偏心受拉構(gòu)件把鋼筋換算為混凝土截面面積，引入把鋼筋換算為混凝土截面面積，引入偏心受拉構(gòu)件的截偏心受拉構(gòu)件的截面抵抗矩塑性系數(shù)面抵抗矩塑性系數(shù)，用材料力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算，用材料力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算 ：00kkcttkMNfWA偏拉 Mk按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的彎矩值；按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的彎矩值； Nk按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的彎矩值。按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的彎矩值。關(guān)鍵：關(guān)鍵：?偏拉第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算應(yīng)變梯度定義：應(yīng)變梯度定義：應(yīng)變隨截面高度的變化率。應(yīng)變隨截面高度的變化率。軸拉構(gòu)件應(yīng)變梯度為零，軸拉構(gòu)件應(yīng)變梯度為零，軸拉軸拉1，而受彎構(gòu)件，而受彎構(gòu)件

25、m1。說說明隨應(yīng)變梯度加大，塑性影響系數(shù)加大。明隨應(yīng)變梯度加大，塑性影響系數(shù)加大。應(yīng)變梯度：應(yīng)變梯度：軸拉構(gòu)件偏拉構(gòu)件受彎構(gòu)件軸拉構(gòu)件偏拉構(gòu)件受彎構(gòu)件塑性影響系數(shù)：塑性影響系數(shù)：1 軸拉軸拉 m第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算假定假定：偏拉偏拉隨截面平均拉應(yīng)力隨截面平均拉應(yīng)力的大小，按線性規(guī)律在的大小，按線性規(guī)律在1與與m之之間變化。間變化。 =0時(shí)（受彎），時(shí)（受彎），偏拉偏拉=m；=ft時(shí)（軸拉），時(shí)（軸拉），偏拉偏拉=1。（用（用設(shè)計(jì)表達(dá)式表達(dá)相當(dāng)于設(shè)計(jì)表達(dá)式表達(dá)相當(dāng)于ct ft ）0(1)kmmcttkNAf偏拉第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8

26、.2 抗裂驗(yàn)算，e0軸向拉力的偏心距。軸向拉力的偏心距。tkctm0km0kfANWM0kkMN e?。喝。?0000mcttkkmf AWNe AW 則：則：第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算8.1.4 8.1.4 偏心受壓構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件tkct0k0kfANWM偏壓關(guān)鍵：關(guān)鍵：偏壓i第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算偏壓偏壓大于大于m，為簡化計(jì)算并偏于安全取，為簡化計(jì)算并偏于安全取偏壓偏壓m。00kkmcttkMNfWA 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算v SL191-2008規(guī)范與規(guī)范與DL/T5057-2

27、009規(guī)范的抗裂驗(yàn)算公規(guī)范的抗裂驗(yàn)算公式形式相同。式形式相同。v荷載效應(yīng)荷載效應(yīng)（ Mk 、Mk ）計(jì)算方法不同的計(jì)算方法不同的 。 在在SL191-2008規(guī)范的正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式中，規(guī)范的正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式中，不考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。不考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。 （ Mk 、Mk ）就是荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)就是荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的內(nèi)力總和。生的內(nèi)力總和。 DL/T5057-2009規(guī)范的正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式規(guī)范的正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式中，考慮了結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)中，考慮了結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 。（ Mk 、Mk ）就是荷載標(biāo)準(zhǔn)就是荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的內(nèi)力總和與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的乘積。值產(chǎn)生的內(nèi)力總和

28、與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的乘積。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算v因而，兩本規(guī)范所得結(jié)論會(huì)有所差異。因而，兩本規(guī)范所得結(jié)論會(huì)有所差異。v從概念上講，將具有不同重要性的結(jié)構(gòu)對正常使用限從概念上講，將具有不同重要性的結(jié)構(gòu)對正常使用限值要求的不同，放在荷載效應(yīng)中來體現(xiàn)不盡合理。值要求的不同，放在荷載效應(yīng)中來體現(xiàn)不盡合理。 如能放在限值上（如拉應(yīng)力限制系數(shù)的大小、裂縫寬如能放在限值上（如拉應(yīng)力限制系數(shù)的大小、裂縫寬度限值的大小與撓度的大?。﹣眢w現(xiàn)更為合理。度限值的大小與撓度的大小）來體現(xiàn)更為合理。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算例題：例題：某壓力水管系

29、某壓力水管系4級(jí)水工建筑物，其內(nèi)半徑級(jí)水工建筑物，其內(nèi)半徑r=500mm，管，管壁厚壁厚100mm，采用，采用C25混凝土和混凝土和HRB335鋼筋；水管內(nèi)水鋼筋；水管內(nèi)水壓力標(biāo)準(zhǔn)值壓力標(biāo)準(zhǔn)值pk= 0.4kN/mm2，試配置受力鋼筋并進(jìn)行抗裂，試配置受力鋼筋并進(jìn)行抗裂驗(yàn)算。驗(yàn)算。該壓力水管自重所引起的環(huán)向內(nèi)力可忽略不計(jì)，由附該壓力水管自重所引起的環(huán)向內(nèi)力可忽略不計(jì)，由附錄二表錄二表2、表、表3、表、表5、表、表6查得：查得：Ec=2.8104N/mm2 fy= 300N/mm2Es=2.0105N/mm2 ftk=1.78N/mm2。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)

30、算v按按SL191-2008SL191-2008規(guī)范規(guī)范配筋計(jì)算配筋計(jì)算4級(jí)水工建筑物級(jí)水工建筑物 ，K=1.15。壓力水管承受內(nèi)水壓力時(shí)為軸心受拉構(gòu)件，單位長度壓力水管承受內(nèi)水壓力時(shí)為軸心受拉構(gòu)件，單位長度（1.0m）上的軸力設(shè)計(jì)值：）上的軸力設(shè)計(jì)值：1.20kNp rb31.200.40500 1000240 10 N=240.0kN321.15 240.0 10920300syKNAmmf管壁內(nèi)、外層各配管壁內(nèi)、外層各配10/12200，As=958mm2。圖圖8-7 管壁配筋圖管壁配筋圖第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)

31、算 8.2 抗裂驗(yàn)算v按按SL191-2008SL191-2008規(guī)范規(guī)范抗裂驗(yàn)算抗裂驗(yàn)算 30.40 500 1000200 10 N=20.0kNkkNp rb532042.0 101000 120958 126.84 10 mm2.8 10EsAbhA3300.85 1.78 126.84 10191.91 10 N=191.91kNcttkf Akcttk0Nf A不滿足抗裂要求，但差額僅不滿足抗裂要求，但差額僅4%，工程上也可以認(rèn)為滿足要求。工程上也可以認(rèn)為滿足要求。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算v按按DL/T5057-2009規(guī)范規(guī)范 配筋計(jì)算配筋計(jì)

32、算4級(jí)水工建筑物級(jí)水工建筑物 ，0=0.9。d1.20、Q 1.20。單位長度（單位長度（1.0m）上的軸力設(shè)計(jì)值：）上的軸力設(shè)計(jì)值：管壁內(nèi)、外層各配管壁內(nèi)、外層各配10/12200，As=958mm2。QkNp rb31.200.40500 1000240 10 N=240kN320syy0.9 1.20 1.0240.0 10864mm300dNNAff 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算v按按DL/T5057-2009規(guī)范規(guī)范 抗裂驗(yàn)算抗裂驗(yàn)算 532042.0 101000 120958 126.84 10 mm2.8 10EsAbhA3300.85 1.78

33、 126.84 10191.91 10 N=191.91kNcttkf A0kcttkNf A滿足抗裂要求滿足抗裂要求 300.90.40 500 1000180 10 N180.0kNkkNp rb第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算v正常使用極限狀態(tài)是否考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，工程界正常使用極限狀態(tài)是否考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，工程界有爭論。有爭論。有人認(rèn)為：抗裂或裂縫寬度驗(yàn)算主要與所處的環(huán)境條件有人認(rèn)為：抗裂或裂縫寬度驗(yàn)算主要與所處的環(huán)境條件有關(guān)，撓度變形只與人的感覺和機(jī)器使用要求有關(guān)，與有關(guān)，撓度變形只與人的感覺和機(jī)器使用要求有關(guān)，與結(jié)構(gòu)的安全級(jí)別無關(guān)。結(jié)構(gòu)的安全級(jí)別無關(guān)

34、。v 在國際主流混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及我國國標(biāo)在國際主流混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及我國國標(biāo)混凝土混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）中，在正常使用極限）中，在正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)，都不考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)，都不考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.2 抗裂驗(yàn)算v荷載標(biāo)準(zhǔn)值是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能遇到的最大值，在荷載標(biāo)準(zhǔn)值是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能遇到的最大值，在DL/T5057-2009規(guī)范中，規(guī)范中，對對級(jí)安全級(jí)別的構(gòu)件級(jí)安全級(jí)別的構(gòu)件在正常在正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)將荷載效應(yīng)乘了使用極限狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)將荷載效應(yīng)乘了0.9，就相當(dāng)實(shí)際承，就相當(dāng)實(shí)際承受荷載

35、小于標(biāo)準(zhǔn)值。受荷載小于標(biāo)準(zhǔn)值。 有人認(rèn)為是不合適的，保證率過低。有人認(rèn)為是不合適的，保證率過低。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算8.2 8.2 裂縫開展寬度的驗(yàn)算裂縫開展寬度的驗(yàn)算8.2.1 裂縫的成因及對策裂縫的成因及對策v混凝土結(jié)構(gòu)中存在混凝土結(jié)構(gòu)中存在拉應(yīng)力拉應(yīng)力是產(chǎn)生裂縫的必要條件。是產(chǎn)生裂縫的必要條件。v主拉應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，不立即產(chǎn)生裂縫；主拉應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，不立即產(chǎn)生裂縫；當(dāng)拉應(yīng)變達(dá)到當(dāng)拉應(yīng)變達(dá)到極限拉應(yīng)變極限拉應(yīng)變時(shí)才出現(xiàn)裂縫。時(shí)才出現(xiàn)裂縫。v裂縫分裂縫分荷載和非荷載荷載和非荷載因素引起的兩類。因素引起的兩類。非荷載因素如

36、溫度變化、混凝土收縮、基礎(chǔ)不均勻沉非荷載因素如溫度變化、混凝土收縮、基礎(chǔ)不均勻沉降、塑性坍落、冰凍、鋼筋銹蝕及堿一骨料化學(xué)反應(yīng)等都降、塑性坍落、冰凍、鋼筋銹蝕及堿一骨料化學(xué)反應(yīng)等都能引起裂縫。能引起裂縫。水工混凝土結(jié)構(gòu)中，大部分裂縫由非荷載因素引起水工混凝土結(jié)構(gòu)中，大部分裂縫由非荷載因素引起。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算v能用公式計(jì)算的能用公式計(jì)算的裂縫寬度僅于：裂縫寬度僅于：荷載作用引起的裂縫；荷載作用引起的裂縫；桿系結(jié)構(gòu)；桿系結(jié)構(gòu)；彎矩、軸心拉力、偏心拉（壓）力等引起的彎矩、軸心拉力、偏心拉（壓）力等引起的垂直裂縫垂直裂縫（正截面裂縫）。（正截面

37、裂縫）。v下列情況的裂縫的寬度是無法計(jì)算的：下列情況的裂縫的寬度是無法計(jì)算的：非荷載作用引起的裂縫；非荷載作用引起的裂縫；非桿系結(jié)構(gòu)；非桿系結(jié)構(gòu)；剪力或扭矩引起的剪力或扭矩引起的斜裂縫。斜裂縫。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算 一、荷載作用引起的裂縫一、荷載作用引起的裂縫對策：對策：合理配筋，控制鋼筋應(yīng)力合理配筋，控制鋼筋應(yīng)力不過高，鋼筋直徑不過粗，不過高，鋼筋直徑不過粗，裂縫寬度不致過寬。裂縫寬度不致過寬。(a) 豎向荷載下的裂縫彎曲裂縫剪切裂縫(c) 板在豎向荷載下的裂縫板底裂縫第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算 二

38、、非荷載因素引起的二、非荷載因素引起的裂縫裂縫 1 1溫度變化引起的裂縫溫度變化引起的裂縫溫度變化產(chǎn)生變形，即熱溫度變化產(chǎn)生變形，即熱脹冷縮。變形受到約束，就脹冷縮。變形受到約束，就產(chǎn)生裂縫。產(chǎn)生裂縫。大體積混凝土，大體積混凝土，內(nèi)部溫度內(nèi)部溫度大，外周溫度低，大，外周溫度低，內(nèi)外溫差內(nèi)外溫差大，引起溫度裂縫。大，引起溫度裂縫。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算對策：對策：v對框架結(jié)構(gòu)，設(shè)伸縮縫，對框架結(jié)構(gòu)，設(shè)伸縮縫，減小約束，允許自由變形。減小約束，允許自由變形。v對非桿系結(jié)構(gòu)對非桿系結(jié)構(gòu)減小溫度差：減小溫度差：分層分塊澆筑分層分塊澆筑，采用低熱水泥，埋置

39、塊石，采用低熱水泥，埋置塊石，預(yù)冷骨料，預(yù)埋冷卻水管等。預(yù)冷骨料，預(yù)埋冷卻水管等。盡量選用線脹系數(shù)小的骨料盡量選用線脹系數(shù)小的骨料混凝土的線脹系數(shù)取決骨料的品種，不同骨料的混混凝土的線脹系數(shù)取決骨料的品種，不同骨料的混凝土的線脹系數(shù)相差很大。凝土的線脹系數(shù)相差很大。 石英巖混凝土石英巖混凝土 11*10-6 砂巖混凝土砂巖混凝土 10*10-6 花崗巖混凝土花崗巖混凝土 9*10-6 石灰?guī)r混凝土石灰?guī)r混凝土 7*10-6 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算盡量降低約束系數(shù)盡量降低約束系數(shù)R控制上下層混凝土澆筑間隙。當(dāng)間隙過大時(shí)，下層混控制上下層混凝土澆筑間

40、隙。當(dāng)間隙過大時(shí)，下層混凝土結(jié)硬，對上層混凝土約束增大，將加大上層混凝土的凝土結(jié)硬，對上層混凝土約束增大，將加大上層混凝土的溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力。適當(dāng)分塊澆筑。適當(dāng)分塊澆筑。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算采用低熱膨脹型水泥采用低熱膨脹型水泥膨脹型水泥的自身體積變形是膨脹的，可抵消混凝土膨脹型水泥的自身體積變形是膨脹的，可抵消混凝土降溫時(shí)的收縮變形。降溫時(shí)的收縮變形。g g 的曲線應(yīng)是單調(diào)膨脹型，最好在齡期的曲線應(yīng)是單調(diào)膨脹型，最好在齡期360天左右才天左右才穩(wěn)定。穩(wěn)定。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算第八章 鋼筋混凝土

41、構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算2 2混凝土收縮引起的裂縫混凝土收縮引起的裂縫混凝土在空氣中結(jié)硬產(chǎn)生收縮變形，產(chǎn)生收縮裂縫。混凝土在空氣中結(jié)硬產(chǎn)生收縮變形，產(chǎn)生收縮裂縫。對策：對策：設(shè)伸縮縫；設(shè)伸縮縫；降低水灰比；降低水灰比；配筋率不過高；配筋率不過高；設(shè)置構(gòu)造鋼筋使收縮裂縫分布均勻；設(shè)置構(gòu)造鋼筋使收縮裂縫分布均勻；加強(qiáng)潮濕養(yǎng)護(hù)。加強(qiáng)潮濕養(yǎng)護(hù)。3 3基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫對策：對策：構(gòu)造措施及設(shè)沉降縫等。構(gòu)造措施及設(shè)沉降縫等。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算4 4混凝土塑性坍落引起的裂縫混凝土塑性坍落引起的裂縫

42、對策：對策：采用適量減水劑、控制水灰比；采用適量減水劑、控制水灰比；不漏振，不過振，避免泌水現(xiàn)象，在混凝土終凝不漏振，不過振，避免泌水現(xiàn)象，在混凝土終凝前抹面壓光。前抹面壓光。5 5冰凍引起的裂縫冰凍引起的裂縫水在結(jié)冰時(shí)體積增加，孔道中水結(jié)冰會(huì)使混凝土脹裂。水在結(jié)冰時(shí)體積增加，孔道中水結(jié)冰會(huì)使混凝土脹裂。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算6 6鋼筋銹蝕引起的裂縫鋼筋銹蝕引起的裂縫鋼筋銹蝕是電化學(xué)反應(yīng)，鋼筋生銹體積膨脹，產(chǎn)生順筋鋼筋銹蝕是電化學(xué)反應(yīng)，鋼筋生銹體積膨脹，產(chǎn)生順筋裂縫，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層剝落，影響結(jié)構(gòu)耐久性。裂縫，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層剝落，影響結(jié)構(gòu)耐久性

43、。對策：對策：提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性；提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性；適當(dāng)?shù)丶哟蟊Ｗo(hù)層厚度。適當(dāng)?shù)丶哟蟊Ｗo(hù)層厚度。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算(a) 混凝土開裂混凝土開裂(b) 水、水、CO2侵入侵入鋼筋銹蝕過程鋼筋銹蝕過程第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算(c) 開始銹蝕開始銹蝕(d) 鋼筋體積膨脹鋼筋體積膨脹鋼筋銹蝕過程鋼筋銹蝕過程第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算7 7堿一骨料化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫堿一骨料化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫混凝土孔隙中水泥的堿性溶液與活性骨料混凝土孔隙中水泥的堿

44、性溶液與活性骨料( (含活性含活性SiOSiO2 2) )化學(xué)反應(yīng)生成堿一硅酸凝膠，遇水膨脹，使混凝土脹裂?；瘜W(xué)反應(yīng)生成堿一硅酸凝膠，遇水膨脹，使混凝土脹裂。對策：對策：選擇低含堿量的水泥；選擇低含堿量的水泥；結(jié)構(gòu)的水下部分不宜（或不應(yīng)）采用活性骨料結(jié)構(gòu)的水下部分不宜（或不應(yīng)）采用活性骨料 ；提高混凝土的密實(shí)度；提高混凝土的密實(shí)度；采用較低的水灰比采用較低的水灰比 。8.2.2 8.2.2 裂縫寬度控制驗(yàn)算方法的分類裂縫寬度控制驗(yàn)算方法的分類 1 1、只列出裂縫寬度計(jì)算公式、只列出裂縫寬度計(jì)算公式設(shè)計(jì)規(guī)范中列出了設(shè)計(jì)規(guī)范中列出了裂縫寬度計(jì)算公式裂縫寬度計(jì)算公式和和裂縫寬度限裂縫寬度限值值，要求

45、裂縫寬度計(jì)算值不得大于所規(guī)定的限值。，要求裂縫寬度計(jì)算值不得大于所規(guī)定的限值。在過去較長時(shí)間內(nèi)，大部分設(shè)計(jì)規(guī)范都采用這種方在過去較長時(shí)間內(nèi)，大部分設(shè)計(jì)規(guī)范都采用這種方法。我國的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、法。我國的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、1995年的年的ACI規(guī)范、規(guī)范、日本日本2002年規(guī)范和前蘇聯(lián)年規(guī)范和前蘇聯(lián)1987年的規(guī)范都屬于這一類。年的規(guī)范都屬于這一類。 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算2 2、只列出構(gòu)造要求、只列出構(gòu)造要求無裂縫寬度計(jì)算公式與限值，只規(guī)定了無裂縫寬度計(jì)算公式與限值，只規(guī)定了以限裂為目以限裂為目的的構(gòu)造要求的的構(gòu)造要求；原因：原因：裂縫是溫度

46、、收縮和外力荷載綜合作用下產(chǎn)裂縫是溫度、收縮和外力荷載綜合作用下產(chǎn)生的，計(jì)算得到的裂縫寬度并不符合工程實(shí)際。生的，計(jì)算得到的裂縫寬度并不符合工程實(shí)際。趨勢：趨勢：目前對于裂縫控制的趨勢是主要著眼于配筋目前對于裂縫控制的趨勢是主要著眼于配筋構(gòu)造要求，而不是過分看重公式計(jì)算。構(gòu)造要求，而不是過分看重公式計(jì)算。 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算以限裂為目的的配筋構(gòu)造要求包括：以限裂為目的的配筋構(gòu)造要求包括：鋼筋間距要求鋼筋間距要求受拉鋼筋最小配筋率受拉鋼筋最小配筋率限制高強(qiáng)鋼筋使用等限制高強(qiáng)鋼筋使用等處于一般環(huán)境條件下的構(gòu)件，只要滿足了這些構(gòu)造處于一般環(huán)境條件下的

47、構(gòu)件，只要滿足了這些構(gòu)造要求，裂縫寬度就自然滿足了正常使用的要求。要求，裂縫寬度就自然滿足了正常使用的要求。但對處于但對處于高侵蝕性環(huán)境或需要防止?jié)B水，對限裂有高侵蝕性環(huán)境或需要防止?jié)B水，對限裂有更高要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這類規(guī)范仍規(guī)定裂縫控制要做更高要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這類規(guī)范仍規(guī)定裂縫控制要做專門研究。專門研究。美國美國2002年的年的ACI規(guī)范、美國規(guī)范、美國2003年的水工混凝土年的水工混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范和英國結(jié)構(gòu)規(guī)范和英國1997年的規(guī)范屬于這一類。年的規(guī)范屬于這一類。 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算3 3、同時(shí)列出裂縫寬度公式與構(gòu)造要求、同時(shí)列出裂縫寬度公式

48、與構(gòu)造要求規(guī)范既給出了裂縫寬度計(jì)算公式，又規(guī)定了以限裂規(guī)范既給出了裂縫寬度計(jì)算公式，又規(guī)定了以限裂為目的的構(gòu)造要求。為目的的構(gòu)造要求。如如2002年的歐洲規(guī)范，它一方面給出了裂縫寬度計(jì)年的歐洲規(guī)范，它一方面給出了裂縫寬度計(jì)算公式和裂縫寬度限值，另一方面規(guī)定在某些情況下算公式和裂縫寬度限值，另一方面規(guī)定在某些情況下可不作裂縫寬度驗(yàn)算?？刹蛔髁芽p寬度驗(yàn)算。如承受彎矩的薄板，在滿足最小配筋率、鋼筋直徑如承受彎矩的薄板，在滿足最小配筋率、鋼筋直徑和間距等規(guī)定后就可不進(jìn)行裂縫寬度計(jì)算。和間距等規(guī)定后就可不進(jìn)行裂縫寬度計(jì)算。 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算4 4、同時(shí)

49、列出裂縫寬度公式和鋼筋應(yīng)力計(jì)算方法同時(shí)列出裂縫寬度公式和鋼筋應(yīng)力計(jì)算方法 如：現(xiàn)行水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范如：現(xiàn)行水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對一般構(gòu)件給出了外力荷載作用下的裂縫寬度計(jì)算公對一般構(gòu)件給出了外力荷載作用下的裂縫寬度計(jì)算公式，要求裂縫寬度計(jì)算值不得大于所規(guī)定的裂縫寬度限式，要求裂縫寬度計(jì)算值不得大于所規(guī)定的裂縫寬度限值；值；對無法求得裂縫寬度的非桿件體系結(jié)構(gòu)，除建議按鋼對無法求得裂縫寬度的非桿件體系結(jié)構(gòu)，除建議按鋼筋混凝土有限單元法計(jì)算裂縫開展寬度外，同時(shí)給出了筋混凝土有限單元法計(jì)算裂縫開展寬度外，同時(shí)給出了鋼筋應(yīng)力的計(jì)算方法，要求鋼筋應(yīng)力計(jì)算值不得大于所鋼筋應(yīng)力的計(jì)算方法，要求鋼筋應(yīng)力計(jì)

50、算值不得大于所規(guī)定的鋼筋應(yīng)力限值，用來間接控制裂縫寬度。規(guī)定的鋼筋應(yīng)力限值，用來間接控制裂縫寬度。 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算8.2.3 8.2.3 裂縫寬度計(jì)算理論概述裂縫寬度計(jì)算理論概述v數(shù)理統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)公式數(shù)理統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)公式通過對大量試驗(yàn)資料的分析，選出影響裂縫寬度的通過對大量試驗(yàn)資料的分析，選出影響裂縫寬度的主要參數(shù)，進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)后得出。主要參數(shù)，進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)后得出。v半理論半經(jīng)驗(yàn)公式半理論半經(jīng)驗(yàn)公式為我國為我國規(guī)范規(guī)范采用，從力學(xué)模型出發(fā)推導(dǎo)出理論采用，從力學(xué)模型出發(fā)推導(dǎo)出理論計(jì)算公式，用試驗(yàn)資料確定公式中系數(shù)。理論又可分計(jì)算公式，用試驗(yàn)資料確

51、定公式中系數(shù)。理論又可分為三類：為三類：粘結(jié)滑移理論粘結(jié)滑移理論無滑移理論無滑移理論綜合理論綜合理論 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算v粘結(jié)滑移理論粘結(jié)滑移理論裂縫開展是由于鋼筋和混凝土之間不再保持變形協(xié)調(diào)裂縫開展是由于鋼筋和混凝土之間不再保持變形協(xié)調(diào)而出現(xiàn)相對滑移造成的。而出現(xiàn)相對滑移造成的。在一個(gè)裂縫區(qū)段（裂縫間距在一個(gè)裂縫區(qū)段（裂縫間距l(xiāng)cr）內(nèi)，鋼筋與混凝土伸）內(nèi)，鋼筋與混凝土伸長之差是裂縫開展寬度長之差是裂縫開展寬度，lcr越大，越大，越大。越大。lcr取決于鋼筋與混凝土之間的粘

52、結(jié)力大小及分布。取決于鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力大小及分布。crcmcrsmmllw 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算v粘結(jié)滑移理論粘結(jié)滑移理論影響裂縫寬度的因素除鋼筋應(yīng)力影響裂縫寬度的因素除鋼筋應(yīng)力s外，主要是鋼筋直外，主要是鋼筋直徑徑 d 與配筋率與配筋率的比值。的比值。混凝土表面的裂縫寬度與內(nèi)部鋼筋表面處是一樣的?；炷帘砻娴牧芽p寬度與內(nèi)部鋼筋表面處是一樣的。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算v無粘結(jié)滑移理論無粘結(jié)滑移理論假定裂縫開展后，混凝土截面在局部范圍內(nèi)不再保持假定裂縫開展后，混凝土截面在局部范圍內(nèi)不再保持為平面，為平面，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力不破壞，

53、相對滑移忽鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力不破壞，相對滑移忽略不計(jì)略不計(jì)。表面裂縫寬度是受從鋼筋到構(gòu)件表面的應(yīng)變梯度控制表面裂縫寬度是受從鋼筋到構(gòu)件表面的應(yīng)變梯度控制的，與保護(hù)層厚度的，與保護(hù)層厚度c c 大小有關(guān)。大小有關(guān)。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算v綜合理論綜合理論建立在前兩種理論基礎(chǔ)上，既建立在前兩種理論基礎(chǔ)上，既考慮保護(hù)層厚度考慮保護(hù)層厚度c c的影的影響，也考慮鋼筋可能出現(xiàn)的滑移響，也考慮鋼筋可能出現(xiàn)的滑移。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算裂縫出現(xiàn)前，裂縫出現(xiàn)前，拉區(qū)拉區(qū)鋼筋與混凝土共同受鋼筋與混凝土共同受力。

54、沿構(gòu)件長度方向，力。沿構(gòu)件長度方向，各截面受力相同。各截面受力相同。8.2.4 8.2.4 裂縫開展機(jī)理及計(jì)算理論簡介裂縫開展機(jī)理及計(jì)算理論簡介一、裂縫開展前后的應(yīng)力狀態(tài)一、裂縫開展前后的應(yīng)力狀態(tài)根據(jù)粘結(jié)滑移理論對純彎區(qū)段的裂縫加以討論。根據(jù)粘結(jié)滑移理論對純彎區(qū)段的裂縫加以討論。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算混凝土拉應(yīng)力達(dá)到混凝土拉應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度時(shí)，抗拉強(qiáng)度時(shí)，最弱截面最弱截面出現(xiàn)第一條裂縫。出現(xiàn)第一條裂縫。裂縫截面混凝土不裂縫截面混凝土不再承受拉力，轉(zhuǎn)由鋼筋再承受拉力，轉(zhuǎn)由鋼筋承擔(dān)，裂縫截面鋼筋應(yīng)承擔(dān)，裂縫截面鋼筋應(yīng)力突增。力突增。第八章 鋼筋混凝土

55、構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算距裂縫截面有足夠距裂縫截面有足夠的長度時(shí)，混凝土拉應(yīng)的長度時(shí)，混凝土拉應(yīng)力增大到力增大到 ft t，將出現(xiàn)新將出現(xiàn)新的裂縫。的裂縫。荷載增加，應(yīng)力大荷載增加，應(yīng)力大于混凝土實(shí)際抗拉強(qiáng)度于混凝土實(shí)際抗拉強(qiáng)度的地方又出現(xiàn)第二條裂的地方又出現(xiàn)第二條裂縫?？p。受粘結(jié)作用影響，受粘結(jié)作用影響，混凝土不能自由回縮到無應(yīng)力狀混凝土不能自由回縮到無應(yīng)力狀態(tài)。距裂縫越遠(yuǎn)，混凝土承擔(dān)的拉應(yīng)力越大，鋼筋拉態(tài)。距裂縫越遠(yuǎn)，混凝土承擔(dān)的拉應(yīng)力越大，鋼筋拉應(yīng)力越小。應(yīng)力越小。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算裂縫出現(xiàn)后，沿構(gòu)件長度方向

56、，鋼筋與混凝土的應(yīng)裂縫出現(xiàn)后，沿構(gòu)件長度方向，鋼筋與混凝土的應(yīng)力隨裂縫位置變化，中和軸隨裂縫位置呈波浪形起伏。力隨裂縫位置變化，中和軸隨裂縫位置呈波浪形起伏。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算由于混凝土質(zhì)量不均，裂縫間距有疏有密。由于混凝土質(zhì)量不均，裂縫間距有疏有密。最大間距可為平均間距的最大間距可為平均間距的1.32倍。倍。荷載超過開裂荷載荷載超過開裂荷載50以上時(shí)，裂縫間距才趨于穩(wěn)以上時(shí)，裂縫間距才趨于穩(wěn)定。定。裂縫開展寬度有大有小，裂縫開展寬度有大有小，實(shí)際設(shè)計(jì)考慮的是最大寬實(shí)際設(shè)計(jì)考慮的是最大寬度度。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.

57、3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算二、平均裂縫寬度二、平均裂縫寬度m 荷載達(dá)到抗裂彎矩荷載達(dá)到抗裂彎矩Mcr時(shí)，出現(xiàn)第一條裂縫。時(shí)，出現(xiàn)第一條裂縫。裂縫截面混凝土拉應(yīng)力為零，鋼筋應(yīng)力突增。裂縫截面混凝土拉應(yīng)力為零，鋼筋應(yīng)力突增。應(yīng)力達(dá)到應(yīng)力達(dá)到 ft 處，發(fā)生第二條裂縫。處，發(fā)生第二條裂縫。v把問題理想化，材料強(qiáng)度是均勻的，則：把問題理想化，材料強(qiáng)度是均勻的，則：裂縫是等間距的，同時(shí)發(fā)生的；裂縫是等間距的，同時(shí)發(fā)生的；荷載增加只加大裂縫寬度，不產(chǎn)生新的裂縫；荷載增加只加大裂縫寬度，不產(chǎn)生新的裂縫；各條裂縫寬度，在同一荷載下相等。各條裂縫寬度，在同一荷載下相等。第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8

58、.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算鋼筋重心處裂縫寬度鋼筋重心處裂縫寬度m m等等于兩條相鄰裂縫之間鋼筋與混于兩條相鄰裂縫之間鋼筋與混凝土伸長之差：凝土伸長之差：sm、cm分別為裂縫間鋼筋及混凝土的平均應(yīng)變；分別為裂縫間鋼筋及混凝土的平均應(yīng)變； lcr裂縫間距。裂縫間距?；炷恋睦熳冃螛O小，略去不計(jì)：混凝土的拉伸變形極小，略去不計(jì)：msm crcm crllmsm crlv平均裂縫寬度的計(jì)算：平均裂縫寬度的計(jì)算：第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算 裂縫截面鋼筋應(yīng)變裂縫截面鋼筋應(yīng)變s最大，非裂縫截面鋼筋應(yīng)變減最大，非裂縫截面鋼筋應(yīng)變減小，鋼筋的平均應(yīng)變小，鋼筋的平均應(yīng)變

59、sm比裂縫截面鋼筋應(yīng)變比裂縫截面鋼筋應(yīng)變s小。小。 用受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)用受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)表示裂縫間因混凝土表示裂縫間因混凝土承受拉力對鋼筋應(yīng)變的影響，承受拉力對鋼筋應(yīng)變的影響，=sm/s。裂縫寬度主要取決于裂縫截面鋼筋應(yīng)力裂縫寬度主要取決于裂縫截面鋼筋應(yīng)力s，裂縫間，裂縫間距距 lcr 和鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)和鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)也是兩個(gè)重要的參數(shù)。也是兩個(gè)重要的參數(shù)。crsmlEs則：則：第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算1 s值：值：v以軸拉構(gòu)件為例來說明：以軸拉構(gòu)件為例來說明：ssAN第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展

60、寬度的驗(yàn)算2 lcr 值：值：Ate有效受拉混凝土截面面有效受拉混凝土截面面積。積。兩端鋼筋的拉力差由混凝土所受的拉力平衡兩端鋼筋的拉力差由混凝土所受的拉力平衡：ssassbtteAAf A兩端鋼筋的拉力差由粘結(jié)力平衡兩端鋼筋的拉力差由粘結(jié)力平衡：ssassbmcrAAul則則：mcrtteulf A第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 8.3 裂縫開展寬度的驗(yàn)算uAflmtetcrmlcr范圍內(nèi)縱向受拉鋼筋與混凝土的平均粘結(jié)應(yīng)范圍內(nèi)縱向受拉鋼筋與混凝土的平均粘結(jié)應(yīng)力；力； u縱向受拉鋼筋截面總周長，縱向受拉鋼筋截面總周長，u=nd，n和和d為鋼為鋼筋的根數(shù)和直徑。筋的根數(shù)和直徑。4tc