裂縫寬度和變形驗算精品課件

1、7 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度和變形驗算 本章主要內(nèi)容： 裂縫寬度計算公式；(2) 影響裂縫寬度的因素；(3) 受彎構(gòu)件撓度驗算的公式。第1頁，共30頁。7 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度和變形驗算 7.1概述極限狀態(tài)分兩類：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)；結(jié)構(gòu)功能要求：安全性、適用性和耐久性；承載能力極限狀態(tài)是為了滿足安全性的要求。正常使用極限狀態(tài)是為了滿足適用性和耐久性的要求。第2頁，共30頁。7 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度和變形驗算 7.1.1 裂縫控制的目的 耐久性的要求：減小鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕會產(chǎn)生銹漲，導(dǎo)致沿順筋方向的裂縫、保護層脫落。 外觀要求：裂縫寬度超過0.4mm會引起人的關(guān)注。裂縫寬度

2、限值參見附表8(P452）。裂縫的分類：按裂縫的產(chǎn)生原因分荷載作用引起的裂縫和非荷載作用因素引起的裂縫。荷載裂縫：一般是荷載產(chǎn)生主拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度引起；根據(jù)使用要求和環(huán)境條件，進行裂縫寬度驗算。非荷載引起的裂縫：可以通過構(gòu)造措施予以控制。溫度縫規(guī)定伸縮縫的最大間距、加大配筋量；抗震縫結(jié)構(gòu)不規(guī)則；沉降縫地基不均勻沉降； 第3頁，共30頁。裂縫的分類： 按裂縫的產(chǎn)生時間：施工期間產(chǎn)生的裂縫和使用期間產(chǎn)生的裂縫； 按裂縫的形態(tài)：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。7 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度和變形驗算 7.1.1 裂縫控制的目的第4頁，共30頁。非荷

3、載因素引起的裂縫，見圖。溫度區(qū)段氣溫升高時T7 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度和變形驗算 7.1.1 裂縫控制的目的第5頁，共30頁。 使用功能的要求：儀器的正常工作、屋面積水等；(2) 防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞：板撓度大，或柱變形大，分隔墻開裂；(3) 結(jié)構(gòu)的外觀要求：最大撓度為l0/250l0/200，超過限值引起人不安。受彎構(gòu)件撓度限值參見附表7(P452).7 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度和變形驗算 7.1.2 變形控制的目的和要求第6頁，共30頁。 我國規(guī)范將配筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫控制等級劃分為三級。一級嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合進行計算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力。二級一

4、般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計算時，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度標(biāo)準(zhǔn)值；按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合計算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不宜產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)有可靠經(jīng)驗時可適當(dāng)放松。三級允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響計算時，構(gòu)件的最大裂縫寬度不超過其最大裂縫寬度限值。7.2 裂縫寬度驗算 第7頁，共30頁。 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫驗算的特點：鋼筋混凝土具有非均質(zhì)，混凝土抗拉強度離散性大，裂縫的出現(xiàn)和開展帶有隨機性，最大裂縫寬度的計算必須以試驗為基礎(chǔ)半理論半經(jīng)驗方法。 混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫有很多種。目前只有在拉、彎、偏壓狀態(tài)下混凝土橫向裂縫寬度的計算理論比較

5、成熟。 裂縫寬度驗算的對象是由荷載引起的正截面裂縫。7.2 裂縫寬度驗算 第8頁，共30頁。 裂縫寬度驗算要求最大裂縫寬度計算值 不應(yīng)超過規(guī)定的最大裂縫寬度限值 ，即 裂縫寬度是指縱向受拉鋼筋重心水平上構(gòu)件側(cè)表面的裂縫寬度。 值見附表8(P452)。 7.2 裂縫寬度驗算 第9頁，共30頁。7.2 裂縫寬度驗算 7.2.1 裂縫開展機理鋼筋混凝土拉桿為例 第一批裂縫出現(xiàn)后的 正常使用階段構(gòu)件的 受力狀態(tài) 受力狀態(tài) 一般，在荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，構(gòu)件中的裂縫基本出齊，間距基本穩(wěn)定，裂縫大致呈等間距分布，再增大荷載，只會裂縫加寬，不會出現(xiàn)新裂縫。 第10頁，共30頁。構(gòu)件中的裂縫經(jīng)歷了從出現(xiàn)到開展再到

6、穩(wěn)定的過程。特點是分布不均勻，寬度也不均勻。沿梁的長度方向，各截面受壓混凝土的應(yīng)變、縱向受拉鋼筋的應(yīng)變以及中和軸高度都是不均勻的，見圖。MsMs(a) 混凝土應(yīng)變；(b) 截面內(nèi)的平均應(yīng)變；(c) 中和軸位置；(d) 鋼筋的應(yīng)變分布使用階段梁純彎段的應(yīng)變分布和中和軸位置7.2 裂縫寬度驗算 7.2.1 裂縫開展機理鋼筋混凝土受彎構(gòu)件為例第11頁，共30頁。7.2 裂縫寬度驗算 7.2.2 平均裂縫寬度 計算根據(jù)粘結(jié)-滑移理論，裂縫寬度是由鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)破壞，出現(xiàn)相對滑移，引起裂縫處混凝土回縮造成。平均裂縫寬度等于平均裂縫間距區(qū)段內(nèi)，鋼筋水平位置處鋼筋伸長值與混凝土伸長值之差裂縫間鋼筋應(yīng)

7、變不均勻系數(shù)；按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計算裂縫截面處鋼筋的應(yīng)力。第12頁，共30頁。7.2.2 平均裂縫寬度計算 7.2.2.1 平均裂縫間距l(xiāng)cr計算當(dāng)混凝土保護層 c不大于65mm時，平均裂縫間距：有效受拉混凝土面積 ：系數(shù)，對軸心受拉構(gòu)件取1.1，其他受力構(gòu)件取1.0； c：當(dāng)c65mm，取65mm；vi：相對粘結(jié)特性系數(shù)，查表7-1；第13頁，共30頁。7.2.2.2 裂縫截面鋼筋應(yīng)力 計算按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合，根據(jù)使用階段(II)的應(yīng)力狀態(tài)計算：7.2.2 平均裂縫寬度計算 第14頁，共30頁。7.2.2.2 裂縫截面鋼筋應(yīng)力 計算按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合，根據(jù)使用階段(II)的應(yīng)力狀態(tài)計算：7.

8、2.2 平均裂縫寬度計算 第15頁，共30頁。7.2.2.2 裂縫截面鋼筋應(yīng)力 計算7.2.2 平均裂縫寬度計算 第16頁，共30頁。7.2.2.3 鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)7.2.2 平均裂縫寬度計算 第17頁，共30頁。7.2.3 最大裂縫寬度 從平均裂縫寬度計算最大裂縫寬度時需考慮兩個因素:(1) (2) 構(gòu)件受力特征系數(shù)acr：軸心受拉構(gòu)件取2.70；偏心受拉構(gòu)件取2.40；受彎和偏心受壓構(gòu)件取2.1（偏壓構(gòu)件當(dāng)e0/h00.55時可不驗算裂縫寬度）第18頁，共30頁。7.2.4 控制及減小裂縫寬度措施 合理布置鋼筋； 采而細而密的鋼筋，因表面積大而使粘結(jié)力增大，可使裂縫間距及裂縫寬度減小，

9、只要不給施工造成較大困難，應(yīng)盡可能選用較細直徑的鋼筋(2) 適當(dāng)增加鋼筋截面面積； 裂縫寬度與鋼筋應(yīng)力近似成線性關(guān)系，增大面積，減小應(yīng)力。(3) 盡可能采用帶肋鋼筋。 帶肋鋼筋粘結(jié)強度大，減小裂縫寬度。 混凝土保護層越厚，裂縫寬度越大，但混凝土碳化區(qū)擴展到鋼筋表面所需的時間就越長，從防止鋼筋銹蝕的角度出發(fā)，混凝土保護層宜適當(dāng)加厚。第19頁，共30頁。作業(yè) 7-7 (P170）7.2.5 裂縫寬度驗算作業(yè)第20頁，共30頁。7.3 受彎構(gòu)件變形驗算 7.3.1 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件變形的特點 第21頁，共30頁。 承受均布荷載的彈性梁，其跨中撓度可用材料力學(xué)公式計算。即EI為常量（稱為剛度）,而鋼

10、筋混凝土梁的剛度不是常量（不但隨彎矩變化，而且隨荷載持續(xù)時間變化。但由于在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件中可采用平截面假定，故在變形（撓度）計算中可以直接引用材料力學(xué)中的計算公式，唯一不同的是將EI（材料力學(xué)梁，常量）換成鋼筋混凝土梁剛度B。7.3 受彎構(gòu)件變形驗算 7.3.1 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件變形的特點 第22頁，共30頁。 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度計算問題實質(zhì)上就是如何確定其剛度B的問題。其撓度計算公式為 式中S撓度系數(shù)，與荷載種類和支承條件有關(guān)，如承受均布荷載的簡支梁，計算跨中撓度時，S=5/48；Mk按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計算的彎矩；B受彎構(gòu)件的剛度；l0計算跨度。7.3 受彎構(gòu)件變形驗算 7.3.

11、1 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件變形的特點 第23頁，共30頁。7.3 受彎構(gòu)件變形驗算 7.3.2 短期剛度Bs的計算含義：開裂前短期剛度 鋼筋混凝土梁在荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下加載時的截面抗彎剛度 第24頁，共30頁。7.3 受彎構(gòu)件變形驗算 7.3.2 短期剛度Bs的計算開裂后短期剛度第25頁，共30頁。7.3 受彎構(gòu)件變形驗算 7.3.2 短期剛度Bs的計算開裂后短期剛度T形、工形受壓翼緣面積與腹板有效面積之比第26頁，共30頁。7.3.3 剛度B的計算7.3 受彎構(gòu)件變形驗算 長期荷載作用下，受彎構(gòu)件的剛度將隨時間逐漸降低，撓度不斷增加。B表示受彎構(gòu)件按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響的剛度。第27頁，共30頁。 最小剛度原則：鋼筋混凝土構(gòu)件各截面的剛度不同，彎矩大的截面抗彎剛度小，而彎矩小的截面的抗彎剛度大，取某一彎矩區(qū)段彎矩絕對值最大的截面處的剛度作為該區(qū)段的剛度最小剛度，來計算撓度，這就是撓度計算中通稱的“最小剛度原則”，計算結(jié)果偏大。但沒考慮剪切變形影響，計算結(jié)果偏小。計算偏大值和偏小值相互抵消，最終計算結(jié)果與實際符合良好，可滿足工程要求。7.3