第九章 混凝土構(gòu)件的正常使用性能

第九章

鋼筋混凝土構(gòu)件的變形和裂縫驗算本章重點考慮構(gòu)件變形、裂縫的重要性；

掌握受彎構(gòu)件裂縫寬度的驗算方法；

掌握受彎構(gòu)件截面剛度計算與變形驗算方法。一、引言結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性本章的主要內(nèi)容具有足夠的承載力和變形能力安全性適用性耐久性在使用荷載下不產(chǎn)生過大的裂縫和變形在一定時期內(nèi)維持其安全性和適用性的能力結(jié)構(gòu)構(gòu)件不滿足正常使用極限狀態(tài)對生命財產(chǎn)的危害性比不滿足承載能力極限狀態(tài)的要小，其相應(yīng)的目標(biāo)可靠指標(biāo)[b]值要小些，故稱正常使用極限狀態(tài)驗算，并在驗算時采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值、和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，結(jié)構(gòu)系數(shù)

0=1.0。一、引言標(biāo)準(zhǔn)組合－－－短期荷載效應(yīng)組合準(zhǔn)永久組合－－－長期荷載效應(yīng)組合1概述一、引言二、裂縫的分類與成因施工期間產(chǎn)生的裂縫和使用期間產(chǎn)生的裂縫按裂縫的產(chǎn)生時間龜裂、橫向裂縫（與構(gòu)件軸線垂直）、縱向裂縫、斜裂縫、八字裂縫、X形交叉裂縫等按裂縫的產(chǎn)生原因非受力因素產(chǎn)生的裂縫和受力因素產(chǎn)生的裂縫按裂縫的形態(tài)1.分類二、裂縫的分類與成因固體下沉，表面泌水而引起的。大風(fēng)、高溫使水分從混凝土表面快速蒸發(fā)引起的（龜裂）。塑性裂縫施工期間的裂縫2.成因采取的措施：a.級配良好的骨料；b.控制水灰比；c.提高施工質(zhì)量二、裂縫的分類與成因混凝土的收縮受到約束后產(chǎn)生的裂縫約束收縮裂縫施工期間的裂縫2.成因采取的措施：a.設(shè)置伸縮縫；b.改善水泥性能；c.降低水灰比；d.加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。溫度裂縫大體積混凝土中由于混凝土水化作用產(chǎn)生的水化熱使內(nèi)外混凝土產(chǎn)生溫度差。采取的措施：a.對混凝土分層分塊；b.低熱水泥；c.人工冷卻二、裂縫的分類與成因使用期間的裂縫----鋼筋銹蝕引起的裂縫采取的措施：a.提高混凝土的密實性；b.加大保護(hù)層厚度二、裂縫的分類與成因使用期間的裂縫----溫度（氣溫）變化引起的裂縫溫度區(qū)段氣溫升高

T采取的措施：設(shè)置伸縮縫二、裂縫的分類與成因使用期間的裂縫----地基不均勻沉降引起的裂縫采取的措施：a.構(gòu)造措施；b.設(shè)置沉降縫；二、裂縫的分類與成因使用期間的裂縫----外部環(huán)境引起的裂縫凍融循環(huán)作用堿骨料反應(yīng)鹽類腐蝕外部環(huán)境酸類腐蝕采取的措施：a采用優(yōu)質(zhì)骨料和低堿水泥；b.提高密實性二、裂縫的分類與成因使用期間的裂縫----荷載引起的裂縫斜裂縫！！垂直裂縫！縱向裂縫?。?！拉、彎、剪、扭、粘結(jié)等引起的裂縫目前，只有在拉、彎狀態(tài)下混凝土橫向裂縫寬度的計算理論比較成熟。這也是下面所要介紹的主要內(nèi)容裂縫的控制等級嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫一級二級三級一般要求不出現(xiàn)裂縫可以出現(xiàn)裂縫但要驗算裂縫的寬度由《規(guī)范》根據(jù)具體的情況確定1、概述三、橫向受力裂縫寬度的計算2、裂縫的出現(xiàn)和分布規(guī)律三、橫向受力裂縫寬度的計算ac(a)裂縫即將出現(xiàn)acb(b)第一批裂縫出現(xiàn)acb(c)裂縫的分布及開展裂縫相繼出現(xiàn)，第二條裂縫總是離第一條裂縫一定距離加載到一定階段后，不再出現(xiàn)新的裂縫－－－裂縫出齊裂縫的間距最終將穩(wěn)定在（l~2l）之間，平均間距可取1.5l三、橫向受力裂縫寬度的計算2、裂縫的出現(xiàn)和分布規(guī)律wmax的計算方法《規(guī)范》的思路：得到最大裂縫寬度wmax根據(jù)裂縫出現(xiàn)機(jī)理建立理論公式，計算平均裂縫寬度wm按試驗資料確定擴(kuò)大系數(shù)三、橫向受力裂縫寬度的計算

3、平均裂縫間距

軸心受拉構(gòu)件粘結(jié)應(yīng)力傳遞長度三、橫向受力裂縫寬度的計算三、橫向受力裂縫寬度的計算bhbfbf’bh0.5hhf’hf有效配筋率有效受拉面積

但上式中，當(dāng)

趨于零時，裂縫間距也趨于零，這與實際不符。試驗表明，當(dāng)

很小時，裂縫間距趨于某一常數(shù)，該數(shù)與混凝土保護(hù)層厚度以及鋼筋有效約束區(qū)有關(guān)。為此，對上式進(jìn)行如下修正：三、橫向受力裂縫寬度的計算當(dāng)配筋率相同時，鋼筋直徑越細(xì)，裂縫間距越小，裂縫寬度也越小。

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(gòu)件受彎、偏拉、偏壓構(gòu)件三、橫向受力裂縫寬度的計算

te<0.01時，取te=0.01c<20時，取c=20；c>65時，取c=65軸拉取1.1；其他受力構(gòu)件1.0光圓，取0.7；變形，取1.0三、橫向受力裂縫寬度的計算三、橫向受力裂縫寬度的計算4.平均裂縫寬度wm粘結(jié)-滑移理論：裂縫寬度等于裂縫間距范圍內(nèi)鋼筋和混凝土的變形差；無滑移理論：構(gòu)件表面裂縫寬度主要是由鋼筋周圍的混凝土回縮形成的；我國《規(guī)范》是建立在粘結(jié)—滑移理論和無滑移理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量試驗結(jié)果得到的半理論半經(jīng)驗公式。三、橫向受力裂縫寬度的計算平均裂縫寬度wm等于構(gòu)件裂縫區(qū)段內(nèi)鋼筋的平均伸長與相應(yīng)水平處混凝土平均伸長的差值。——裂縫截面處縱向鋼筋的拉應(yīng)力——縱向鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)——裂縫間混凝土伸長對裂縫寬度的影響系數(shù)，一般取0.85式中：裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力可按裂縫截面處力的平衡條件求得軸心受拉構(gòu)件——按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計算的軸向拉力——受拉鋼筋總截面面積式中三、橫向受力裂縫寬度的計算受彎構(gòu)件——按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計算的截面彎矩——截面有效高度 ——內(nèi)力臂系數(shù)，可近似取為0.87式中受彎構(gòu)件裂縫截面處的應(yīng)力三、橫向受力裂縫寬度的計算縱向鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)

系數(shù)的物理意義就是反映裂縫間受拉混凝土對縱向受拉鋼筋應(yīng)變的影響程度三、橫向受力裂縫寬度的計算

＜0.2時，?。?.2，當(dāng)＞1時?。?，對直接承受重復(fù)荷載的構(gòu)件?。?0.85三、橫向受力裂縫寬度的計算5、裂縫的最大寬度由裂縫的統(tǒng)計特性，按95%的保證率考慮到長期荷載下，混凝土徐變影響導(dǎo)致裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，取擴(kuò)大系數(shù)為1.5三、橫向受力裂縫寬度的計算wmax≤wlim注意事項：直接承受輕、中級吊車的構(gòu)件可將計算求得的最大裂縫寬度乘以0.85偏壓構(gòu)件當(dāng)e0/h0＜0.55的，試驗表明最大裂縫寬度小于允許值，因此可不予驗算。對于斜裂縫寬度，當(dāng)配置受剪承載力所需的腹筋后，使用階段裂縫寬度一般小于0.2mm，可不驗算三、橫向受力裂縫寬度的計算減小鋼筋直徑、選擇帶肋鋼筋、增大鋼筋用量減小保護(hù)層厚度增大截面尺寸提高混凝土強(qiáng)度在主筋與構(gòu)件表面間的保護(hù)層內(nèi)，設(shè)置鋼筋網(wǎng)片三、橫向受力裂縫寬度的計算撓度驗算條件

fmax≤flim保證結(jié)構(gòu)的使用功能要求防止對結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響防止對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響保證使用者的感覺在可接受的程度之內(nèi)主要從以下幾個方面考慮：四、受彎構(gòu)件的變形與剛度勻質(zhì)彈性材料梁的跨中撓度

f

為：撓度系數(shù)：與荷載形式、支撐條件有關(guān)抗彎剛度反映了截面彎矩與曲率之間的物理關(guān)系抗彎剛度EI:

使截面產(chǎn)生單位曲率所需要施加的彎矩體現(xiàn)了截面抵抗彎曲變形的能力四、受彎構(gòu)件的變形與剛度

1、混凝土受彎構(gòu)件變形計算的特點勻質(zhì)彈性材料梁的跨中撓度f為混凝土受彎構(gòu)件的跨中撓度f為

B仍稱為受彎構(gòu)件的彎曲剛度，但由于混凝土是不均勻的非彈性材料，其變形模量E’c

隨截面應(yīng)力增大而減小，而裂縫截面的慣性矩Ic也隨裂縫開展而顯著降低，加之混凝土材料具有比較明顯的徐變、收縮等“時隨”特性，需要考慮長期荷載的影響，因而確定鋼筋混凝土構(gòu)件的彎曲剛度B要較確定勻質(zhì)材料梁EI復(fù)雜得多。四、受彎構(gòu)件的變形與剛度四、受彎構(gòu)件的變形與剛度鋼筋混凝土純彎段截面抗彎剛度B的特點：M

0

1

2IIIIII隨著彎矩增大B不斷降低

隨配筋率的增大而增大

沿構(gòu)件跨度，截面抗彎剛度是變化的隨加載時間的增加而減小*短期荷載效應(yīng)時的撓度對應(yīng)短期剛度Bs*長期荷載效應(yīng)時的撓度對應(yīng)長期剛度Bl(徐變、裂縫的不斷發(fā)展等等)恒+活恒+活載中的恒載部分四、受彎構(gòu)件的變形與剛度Bm四、受彎構(gòu)件的變形與剛度解析剛度法就平均應(yīng)變而言符合平截面假定短期荷載效應(yīng)MkMk2.短期剛度Bs幾何關(guān)系：物理關(guān)系：平衡關(guān)系：四、受彎構(gòu)件的變形與剛度平均應(yīng)變四、受彎構(gòu)件的變形與剛度GB50010采用的就是上述公式，且有，于是：四、受彎構(gòu)件的變形與剛度基本概念flMl恒+活中“恒”fsMs活中“活”+3.荷載長期作用下的剛度四、受彎構(gòu)件的變形與剛度定義：變形系數(shù)法GB50010fsMs活中“活”Ml恒+活中“恒”fl4最小剛度原則與撓度驗算沿梁長的剛度和曲率分布四、受彎構(gòu)件的變形與剛度

最小剛度原則就是在同一符號彎矩區(qū)段內(nèi)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(gòu)件的撓度。

一方面按Bmin計算的撓度值偏