混凝土結構設計原理裂縫變形的課件

1、第 9 章 正常使用極限狀態(tài)驗算及耐久性過大裂縫對結構的影響引起鋼筋的嚴重銹蝕，降低結構的耐久性， 損壞結構的外觀，引起使用者的不安。 概述過大的變形及振動 給使用者不安全感。主要原因 荷載引起的裂縫 溫度變化、混凝土收縮及地基不均勻沉降引起 施工不當引起 大體積混凝土水化熱過高引起的開裂（內外溫 差大） 混凝土保護層碳化致使鋼筋銹蝕引起的裂縫 堿集料反應引起裂縫 動容循環(huán)裂縫及其控制裂縫控制的目的 （1）使用功能的要求 （2）建筑外觀的要求 （3）耐久性的要求裂縫控制等級 一級嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構件，按荷載標準組合 計算時，受拉邊緣不應產生拉應力； 二級一般要求不出現(xiàn)裂縫的構件，按荷載標準

2、組合 計算時，受拉邊緣拉應力不超過混凝土抗拉強 度標準值； 三級允許開裂的構件，裂縫寬度不超過規(guī)范限值。 （按荷載準永久組合并考慮長期作用影響)正常使用極限狀態(tài)表達式在荷載效應的標準組合、頻遇組合或準永久組合下(1) 標準組合（3）準永久組合（2）頻遇組合可變荷載Q1的頻遇值系數(shù)可變荷載Qi的準永久值系數(shù) 裂縫寬度驗算 對于允許出現(xiàn)裂縫的構件，按荷載效應準永久組合并考慮長期作用影響計算的最大裂縫寬度，滿足：裂縫寬度計算 裂縫開展機理 為裂縫間距 （1） 粘結滑移理論 粘結滑移理論認為裂縫寬度就是 范圍內鋼筋與混凝土相對滑移的變形差。 混凝土表面裂縫寬度與鋼筋表面處的裂縫寬度是一樣的。裂縫處混凝

3、土均勻回縮，回縮后為平面 （2）無滑移理論 認為裂縫出現(xiàn)后，混凝土的回縮變形為曲線形狀，鋼筋表面處裂縫寬度為0，wf 與混凝土保護層厚度有關。 （3）試驗結果（綜合理論） 試驗結果表明，裂縫開展機理是粘結滑移理論和無滑移理論的綜合。 平均裂縫寬度 裂縫寬度計算平均裂縫間距 對于常用的帶肋鋼筋，規(guī)范給出的平均裂縫間距l(xiāng)m的計算公式為軸心受拉構件受彎、偏拉、偏壓構件. n=0.7n=1n對光面鋼筋對帶肋鋼筋 種縱向鋼筋的相對粘結特征系數(shù)受拉區(qū)第ii受彎、偏心受壓、偏心受拉軸心受拉構件：Ate=截面面積受彎、偏壓、偏拉：最大裂縫寬度最大裂縫寬度的計算規(guī)范規(guī)定：在平均裂縫寬度的基礎上，考慮荷載短期效應

4、裂縫擴大系數(shù)及荷載長期效應裂縫擴大系數(shù)?？v向鋼筋應變不均勻系數(shù)裂縫截面處的鋼筋應力不滿足最大裂縫寬度要求時采取的措施施加預應力減小鋼筋直徑適當增加配筋率例題9-1 例題9-2公橋規(guī)裂縫寬度計算公式 采用數(shù)理統(tǒng)計的經驗公式，最大裂縫寬度 (mm) 受彎構件的撓度驗算f flim 按荷載準永久組合，并考慮長期作用影響 混凝土受彎構件變形計算的特點勻質彈性材料梁的跨中撓度 f 為 當梁的截面形狀、尺寸和材料確定時，其截面彎曲剛度EI 是一個常數(shù)，既與彎矩無關，也不受時間影響。混凝土受彎構件的跨中撓度 f 為 B 鋼筋混凝土受彎構件的彎曲剛度，混凝土材料非彈性、非勻質、非連續(xù)，其變形模量 Ec 隨截面

5、應力增大而減小，裂縫開展降低慣性矩 Ic ，混凝土徐變、收縮等特性，需要考慮長期荷載的影響，因而確定鋼筋混凝土構件的彎曲剛度 B 要較確定勻質材料梁 EI 復雜得多。鋼筋混凝土受彎構件的M關系曲線受諸多因素影響，目前尚難以給出明確的解析表達式。適筋梁M關系曲線通過一定的理論分析與試驗研究，確定構件在短期荷載作用下的剛度Bs，然后考慮長期荷載的影響，以計算構件正常使用階段的撓度。對要求不出現(xiàn)裂縫的構件，截面彎曲剛度取為0.85EcIc。短期剛度Bs平均曲率根據平均應變符合平截面的假定，可得平均曲率為平均曲率半徑縱向受拉鋼筋重心處的平均拉應變和受壓區(qū)邊緣混凝土的平均壓應變截面的有效高度梁純彎段內各

6、截面應變及裂縫分布平均應變按荷載效應的標準組合計算的裂縫截面處受壓區(qū)邊緣混凝土的壓應力受壓區(qū)邊緣混凝土平均應變綜合系數(shù)，又稱截面彈塑性抵抗矩系數(shù)短期剛度Bs的計算公式 公式適用于矩形、T形、倒T形和I形截面受彎構件，計算的平均曲率與試驗結果符合較好。受彎構件長期剛度B（1）受壓區(qū)混凝土產生徐變；（2）裂縫間受拉混凝土的應力松弛、混凝土和鋼筋的滑移徐變，使受拉混凝土不斷退出工作；（3）裂縫不斷向上發(fā)展，使其上部原來受拉的混凝土脫離工作，使內力臂減??；（4）由于受拉區(qū)和受壓區(qū)混凝土的收縮不一致，使梁發(fā)生翹曲，亦將導致曲率的增大和剛度的降低；（5）所有影響混凝土徐變和收縮的因素都將影響剛度的降低，使

7、構件撓度增大。荷載長期作用下剛度降低的原因：按荷載效應的標準組合計算的彎矩，取計算區(qū)段內的最大彎矩值按荷載效應的準永久組合計算的彎矩，取計算區(qū)段內的最大彎矩值考慮荷載長期作用對撓度增大的影響系數(shù)采用荷載標準組合時采用荷載準永久組合時 最小剛度原則與撓度驗算 最小剛度原則就是在同一符號彎矩區(qū)段內最大彎矩Mmax 處的截面剛度Bmin作為該區(qū)段的剛度B以計算構件的撓度。采用結構力學的方法計算撓度，公式中采用 B 代替EI簡支梁均布荷載 簡支梁跨中集中荷載 懸臂梁均布荷載 懸臂梁集中荷載 提高受彎構件剛度的措施 增大構件截面有效高度是提高構件截面剛度最有效的措施 當截面高度及其他條件不變時，如有受拉

8、翼緣或受壓翼緣，則 Bs有所增大 增大受拉筋的配筋率，Bs 略有增大 當設計中構件的截面高度受到限制時，可考慮增加受拉鋼筋配筋率、采用雙筋截面等措施 采用高性能混凝土、對構件施加預應力等都是提高混凝土構件剛度的有效措施 公路橋涵工程受彎構件變形驗算 長期撓度按荷載短期效應組合計算值，再乘以長期增大 系數(shù) C40以下混凝土時 C40C80混凝土時 預拱度=自重撓度+ 可變荷載頻遇值的長期撓度 荷載短期效應組合撓度計算公式 （1）剛度B (EI) 鋼筋混凝土受彎構件，在正常的使用荷載作用下處于第II階段（帶裂縫工作），開裂截面剛度降低。變形驗算以第II階段為依據。按變截面分析，得兩端相對轉角 等效

9、為等截面，得兩端相對轉角 根據 進行換算 由試驗分析 （2）撓度計算 按結構力學的彈性方法計算，公式中的EI用B替換簡支梁均布荷載 簡支梁跨中集中荷載 懸臂梁均布荷載 懸臂梁集中荷載 開裂截面慣性矩 矩形由解得 開裂截面慣性矩 T形化簡得全截面換算截面慣性矩混凝土結構的耐久性規(guī)范條文：耐久性 在設計確定的環(huán)境作用和維修、使用條件下，結構構件在規(guī)定期限內保持其適用性和安全性的能力。 混凝土碳化、混凝土堿集料反應、反復凍融循環(huán)、鋼筋銹蝕等。問題的提出 (1).混凝土的碳化 Ca(OH)2+2CO2=Ca(HCO3)2 (2).氯離子侵蝕 Ca(OH)2+Cl+ 堿性降低； (3).堿骨料反映： 生成堿硅酸鹽凝膠，吸水膨脹； (4).凍融循環(huán)：混凝土中的水份結冰膨脹； (5).鋼筋的銹蝕：混凝土的問題引起鋼筋銹蝕。解決的方法 （1）. 確?；炷帘Ｗo層厚度； （2）. 嚴格控制水灰比； （3）. 確?？箖龅燃壓湍途眯灾笜?； （4）. 確?；炷磷畹蛷姸?、最大水膠比、最小膠凝材料用量； （5）. 加氣劑的使用；經常不斷地學習,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量Study Constantly, And You Will Know Everything. The