結(jié)構(gòu)設(shè)計原理正常使用極限狀態(tài)課件

結(jié)構(gòu)設(shè)計原理

第七章正常使用極限狀態(tài)主講熊峰概述：正常使用極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限制。影響正常使用及外觀的變形影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）影響正常使用的振動影響正常使用的其他特定狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)的荷載組合進行正常使用極限狀態(tài)驗算時采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；不考慮結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)；需要考慮荷載作用時間的長短對變形和裂縫寬度的影響。標(biāo)準(zhǔn)組合：主要用于當(dāng)一個極限狀態(tài)被超越時將產(chǎn)生嚴(yán)重的永久性損害的情況頻遇組合：主要用于當(dāng)一個極限狀態(tài)被超越時將產(chǎn)生局部損害、較大變形或瞬間振動的情況準(zhǔn)永久組合：主要用于當(dāng)長期效應(yīng)是決定性因素時的一些場合7.1.2裂縫寬度限值確定最大裂縫寬度需考慮的因素外觀要求耐久性要求（環(huán)境條件和構(gòu)件的工作條件）規(guī)范規(guī)定的最大裂縫寬度

最大裂縫寬度附表22

7.1.3混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性混凝土的碳化碳化的概念硅酸鹽混凝土的初始堿度高，鋼筋表面形成氧化膜。空氣中的CO2與其中的堿性水化物反應(yīng)而降低Ph值。影響碳化的因素：環(huán)境因素（CO2的濃度，相對濕度、溫度交替變化）和材料本身的性質(zhì)（水泥用量、水灰比等）減小碳化的措施合理設(shè)計混凝土配合比，規(guī)定水泥用量的低限值和水灰比的高限值，合理采用摻合料；提高混凝土的密實性、抗?jié)B性；規(guī)定混凝土保護層最小厚度；采用覆蓋面層（水泥砂漿或涂料等）碳化深度的測定（碳酸試液）也可根據(jù)碳化深度和時間的關(guān)系預(yù)測碳化的深度鋼筋的銹蝕銹蝕的條件：氧化膜破壞和含氧水分侵入銹蝕的機理：電化學(xué)腐蝕，鋼材中鐵變成Fe2O3或Fe2O4而膨脹。銹蝕的發(fā)展過程：坑蝕、環(huán)蝕、銹蝕面，嚴(yán)重時體積膨脹，導(dǎo)致沿鋼筋長度出現(xiàn)縱向裂縫，并使混凝土保護層剝離，習(xí)稱“暴筋”防止鋼筋銹蝕的措施降低水灰比，保證密實度，具有足夠的混凝土保護層厚度，嚴(yán)格控制氯含量；采用覆蓋層，防止CO2、O2、Cl-的滲入；在海洋結(jié)構(gòu)、強腐蝕介質(zhì)中的混凝土結(jié)構(gòu)中，可采用鋼筋阻銹劑、防腐蝕鋼筋、環(huán)氧涂層鋼筋、鍍鋅鋼筋、不銹鋼鋼筋等。耐久性概念設(shè)計(p40)混凝土結(jié)構(gòu)使用環(huán)境分類分為一、二（a、b）、三、四、五類混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的使用年限保證耐久性的技術(shù)措施和構(gòu)造要求1.結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)措施2.對混凝土材料的要求3.施工要求：混凝土的密實性4.混凝土保護層最小厚度主要與結(jié)構(gòu)類型和環(huán)境類別有關(guān)，附表297.2.2裂縫控制等級一級：嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。在荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合下，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不產(chǎn)生拉應(yīng)力，即二級：一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。要求構(gòu)件受拉邊緣混凝土按荷載準(zhǔn)永久組合下進行計算時不產(chǎn)生拉應(yīng)力，而按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計算時允許產(chǎn)生拉應(yīng)力，但拉應(yīng)力不得大于混凝土抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值，即三級：允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。在荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合下，并考慮荷載長期作用影響的最大裂縫寬度，應(yīng)滿足下列要求7.2.3裂縫寬度驗算

裂縫計算理論有：黏結(jié)滑移理論、無滑移理論、綜合理論按上述理論可建立理論公式，其系數(shù)依賴試驗和經(jīng)驗；另一類裂縫計算公式為統(tǒng)計公式，通過實測回歸得出。裂縫出現(xiàn)前后構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)裂縫開展前，鋼筋、混凝土共同受力，開展后，裂縫截面混凝土應(yīng)力降為0，鋼筋應(yīng)力突然增加平均裂縫間距內(nèi)力平衡條件取鋼筋為脫離體傳遞長度平均裂縫間距考慮鋼筋的表面特性和混凝土保護層厚度的影響通過試驗資料分析，規(guī)范給定公式有效配筋率ν—鋼筋相對黏結(jié)特性系數(shù)，表7-1。鋼筋等效直徑鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)（反映了裂縫間受拉混凝土對縱向鋼筋應(yīng)變的影響程度）對于直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，取裂縫截面處鋼筋的應(yīng)力1）受彎構(gòu)件2）軸心受拉構(gòu)件3）偏心受拉構(gòu)件最大裂縫寬度及驗算1）最大裂縫寬度考慮裂縫寬度的不均勻性和長期荷載的影響等因素，裂縫寬度會比計算的增大，規(guī)范?。?.5上式求得的最大裂縫寬度是指具有95%保證率的相對最大裂縫寬度。鋼筋混凝土梁的截面抗彎剛度M-φ曲線抗彎剛度接近彈性剛度取φ增長比M快，抗彎剛度下降抗彎剛度急劇下降鋼筋混凝土梁截面抗彎剛度的特點7.3.2荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下的短期剛度Bs“第二階段”梁受力的特點：1）鋼筋應(yīng)變分布不均勻2）混凝土應(yīng)變分布不均勻3）中和軸位置是變化的4）平均應(yīng)變與平均受壓區(qū)高度間的關(guān)系符合平截面假定平均曲率平均應(yīng)變εsm、εcm進入第二階段后混凝土受壓區(qū)不能用初始彈性模量裂縫截面處鋼筋和混凝土的應(yīng)力鋼筋應(yīng)力混凝土應(yīng)力將混凝土受壓區(qū)曲線分布的應(yīng)壓力換算成平均壓應(yīng)力鋼筋和混凝土的平均應(yīng)變短期剛度的表達(dá)式參數(shù)η、ζ的確定裂縫截面內(nèi)力臂系數(shù)混凝土平均應(yīng)變綜合系數(shù)短期剛度計算式7.3.3按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用并考慮荷載長期作用影響的剛度B由于徐變等因素的影響，在荷載長期作用下，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件將增大規(guī)范建議用荷載準(zhǔn)永久組合作用下的撓度增大系數(shù)θ來考慮荷載長期