土木建筑第9章钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性ppt课件

1、第第9章章 钢筋混凝土构件的变形、裂痕钢筋混凝土构件的变形、裂痕及混凝土构造的耐久性及混凝土构造的耐久性9.0 概述概述一一.变形和裂痕问题的性质：正常运用极限形状。变形和裂痕问题的性质：正常运用极限形状。二二.变形和裂痕问题与承载力极限形状的关系：前变形和裂痕问题与承载力极限形状的关系：前者必要时验算，承者必要时验算，承 载力极限形状在任何情况下必需计算。载力极限形状在任何情况下必需计算。三三.对正常运用极限形状可靠性的要求比对承载力对正常运用极限形状可靠性的要求比对承载力极限形状可靠性的极限形状可靠性的 要求低些，因此前者验算时取资料强度和荷载要求低些，因此前者验算时取资料强度和荷载的规范

2、值，后者计的规范值，后者计 算时取取资料强度和荷载的设计值。算时取取资料强度和荷载的设计值。四四.为思索抗震要求，构造应具备一定的延性。为思索抗震要求，构造应具备一定的延性。五五.对构造应根据设计运用年限进展耐久性概念设对构造应根据设计运用年限进展耐久性概念设计。计。9.1 钢筋混凝土受弯构件的挠度验算钢筋混凝土受弯构件的挠度验算零零.问题的提出问题的提出1.挠度验算的要求：满足公式挠度验算的要求：满足公式9-22，即荷载产生的挠度应小于，即荷载产生的挠度应小于 或等于规定的挠度限值；或等于规定的挠度限值；2.实验结果发现：钢筋混凝土受弯构件的实践挠度大于按资料力学实验结果发现：钢筋混凝土受弯

3、构件的实践挠度大于按资料力学 计算出的挠度；计算出的挠度；3.实际和实验指出：钢筋混凝土受弯构件的实践截面刚度比弹性刚实际和实验指出：钢筋混凝土受弯构件的实践截面刚度比弹性刚 度减小；度减小；4.假设依然运用资料力学的公式方式计算实践挠度，那么应对弹性假设依然运用资料力学的公式方式计算实践挠度，那么应对弹性刚度刚度 加以修正；加以修正；5.基于以上缘由，构件的挠度计算转化为对其刚度的计算。基于以上缘由，构件的挠度计算转化为对其刚度的计算。一一.截面弯曲刚度的概念及定义截面弯曲刚度的概念及定义 对于均布荷载下的简支梁，由资料力学可知其跨中最大挠度为：对于均布荷载下的简支梁，由资料力学可知其跨中最

4、大挠度为：上式中，上式中，S=5/48，是与荷载方式和支撑条件有关的挠度系数；，是与荷载方式和支撑条件有关的挠度系数； M是最大弯矩。是最大弯矩。 由资料力学可知：当荷载方式和支撑条件不变时，弯矩也不变。由资料力学可知：当荷载方式和支撑条件不变时，弯矩也不变。因此挠度的增大，只能够是因此挠度的增大，只能够是EI减小。减小。 定义：定义：EI为受弯构件截面的抗弯刚度，并用为受弯构件截面的抗弯刚度，并用B表示，即表示，即B=EI。 讨论：当不思索资料的弹塑性时即混凝土未裂时，讨论：当不思索资料的弹塑性时即混凝土未裂时，B用资料用资料力学方法计算；否那么重新建立其计算方法。力学方法计算；否那么重新建

5、立其计算方法。EIMlSEIl8ql485EI384ql5f20202040二二.短期刚度短期刚度 钢筋混凝土构件刚度减小的程度与荷载的大小和作用的时间有关，钢筋混凝土构件刚度减小的程度与荷载的大小和作用的时间有关，可分为短期荷载下的刚度可分为短期荷载下的刚度 和长期荷载下的刚度和长期荷载下的刚度 。1.刚度在荷载短期作用下降低的缘由：模量刚度在荷载短期作用下降低的缘由：模量E的降低和裂痕的出现的降低和裂痕的出现导致有效高度导致有效高度h的降低。的降低。2.短期刚度的计算短期刚度的计算1由图由图9-2可知：裂痕出现后中和轴成为波浪线，曲率沿轴线不可知：裂痕出现后中和轴成为波浪线，曲率沿轴线不同

6、，由平均应变平截面假定和该图可导出公式同，由平均应变平截面假定和该图可导出公式9-2；由公式；由公式9-1可导出公式可导出公式9-3；2由图由图9-3即受弯构件适筋正截面第即受弯构件适筋正截面第II阶段应力图并引入假阶段应力图并引入假设干参数后可导出短期刚度计算的普通公式设干参数后可导出短期刚度计算的普通公式9-10。sBBsB三三.假设干参数的表达式及短期刚度的计算式假设干参数的表达式及短期刚度的计算式1.裂痕截面处内力臂长度系数近似取裂痕截面处内力臂长度系数近似取0.87，即公式，即公式9-11；2.裂痕间受拉钢筋应变不均匀系数裂痕间受拉钢筋应变不均匀系数 参考图参考图9-41 的定义：裂

7、痕间钢筋的平均应变与裂痕截面处钢筋的应变的的定义：裂痕间钢筋的平均应变与裂痕截面处钢筋的应变的 比值；比值；2 的物理意义：反映裂痕间混凝土参与受拉任务的程度；的物理意义：反映裂痕间混凝土参与受拉任务的程度； 显然有关系：显然有关系： ，当，当 接近接近0时表示混凝时表示混凝 土参与受拉的程度较大；当土参与受拉的程度较大；当 接近接近1时表示混时表示混 凝土参与受拉的程度较小且即将完全退出任务；凝土参与受拉的程度较小且即将完全退出任务；3 的计算公式：公式的计算公式：公式9-13 4短期刚度的计算式：公式短期刚度的计算式：公式9-16 10四四.受弯构件长期刚度受弯构件长期刚度1.荷载长期作用

8、下刚度降低的缘由：徐变荷载长期作用下刚度降低的缘由：徐变2.长期刚度长期刚度 ：按公式：按公式9-20计算，其本质是将短期刚度计算，其本质是将短期刚度 修正折减后得到的。修正折减后得到的。五五.最小刚度原那么与挠度计算最小刚度原那么与挠度计算1.问题的提出：问题的提出：1前述刚度是指梁的平均刚度或纯弯段的计算方法，工程前述刚度是指梁的平均刚度或纯弯段的计算方法，工程设计计算时如何运用此方法值得讨论。设计计算时如何运用此方法值得讨论。2前述刚度未思索接近支座处刚度减小的幅度假设仅思索弯前述刚度未思索接近支座处刚度减小的幅度假设仅思索弯矩矩要小些和剪切变形的影响将减小刚度。要小些和剪切变形的影响将

9、减小刚度。 BB2.处理问题的方法：采用最小刚度原那么处理问题的方法：采用最小刚度原那么3.最小刚度原那么：在同号弯矩段中，以为弯矩值最大截面处的刚最小刚度原那么：在同号弯矩段中，以为弯矩值最大截面处的刚度最小，根据此刚度计算出的挠度最大。度最小，根据此刚度计算出的挠度最大。4.挠度计算步骤挠度计算步骤1根据最小刚度原那么确定所求刚度；根据最小刚度原那么确定所求刚度；2代入资料力学公式计算挠度；代入资料力学公式计算挠度；3满足公式满足公式9-22的要求。的要求。六六.对受弯构件挠度验算的讨论对受弯构件挠度验算的讨论1.由计算公式由计算公式9-16可知：截面有效高度的影响最大；可知：截面有效高度

10、的影响最大；2.配筋率对承载力和挠度的影响：在适筋范围内，提高配筋率能提配筋率对承载力和挠度的影响：在适筋范围内，提高配筋率能提高承载力，但提高刚度不明显，有时甚至加大挠度，见图高承载力，但提高刚度不明显，有时甚至加大挠度，见图9-9；3.跨高比：普通讲，跨度越大那么挠度越大；梁高越大，挠度越小；跨高比：普通讲，跨度越大那么挠度越大；梁高越大，挠度越小；可选择适当的跨高比，可控制挠度；可选择适当的跨高比，可控制挠度；4.混凝土构造构件变形限值：规范根据有关要求规定的详细数值，混凝土构造构件变形限值：规范根据有关要求规定的详细数值，见附表见附表5-1。9.2 钢筋混凝土构件裂痕宽度验算钢筋混凝土

11、构件裂痕宽度验算一一.裂痕的出现、分布和开展裂痕的出现、分布和开展1.裂痕的出现：混凝土到达其抗拉强度后产生塑性变形，到达其极裂痕的出现：混凝土到达其抗拉强度后产生塑性变形，到达其极限拉伸变形后即开裂；实际上讲，混凝土抗拉强度是相等的，但是，限拉伸变形后即开裂；实际上讲，混凝土抗拉强度是相等的，但是，由于混凝土资料的离散性，总存在某薄弱处，此处强度最低，因此由于混凝土资料的离散性，总存在某薄弱处，此处强度最低，因此在该处混凝土将首先开裂，如图在该处混凝土将首先开裂，如图9-12a； 2.裂痕的分布：裂痕截面处混凝土产生滑移并退出任务，钢筋应力裂痕的分布：裂痕截面处混凝土产生滑移并退出任务，钢筋

12、应力突增；分开裂痕截面一段长度称为突增；分开裂痕截面一段长度称为“传送长度后，混凝土与传送长度后，混凝土与钢筋又能共同任务；当弯矩增大时，有能够在大于传送长度的部位钢筋又能共同任务；当弯矩增大时，有能够在大于传送长度的部位出现新的裂痕，直到裂痕出现新的裂痕，直到裂痕“出齐，普通讲，受弯构件受拉区两条出齐，普通讲，受弯构件受拉区两条裂痕之间的平均间距为裂痕之间的平均间距为1.5倍的传送长度，见图倍的传送长度，见图9-12b；3.裂痕的开展：由于裂痕截面处混凝土的不断回缩、钢筋的不断伸裂痕的开展：由于裂痕截面处混凝土的不断回缩、钢筋的不断伸长，裂痕宽度将加大；普通讲，受拉钢筋外表处混凝土的裂痕宽度

13、长，裂痕宽度将加大；普通讲，受拉钢筋外表处混凝土的裂痕宽度大约为构件受拉区外表处混凝土裂痕跨度的大约为构件受拉区外表处混凝土裂痕跨度的1/51/3；4.根据上述原理可进展裂痕宽度的计算，由于思索了混凝土与钢筋根据上述原理可进展裂痕宽度的计算，由于思索了混凝土与钢筋的滑移，所以求出的裂痕宽度是指钢筋外表处的，此即我国规范的的滑移，所以求出的裂痕宽度是指钢筋外表处的，此即我国规范的根本计算原理。根本计算原理。5.我国规范的思绪：平均裂痕间距我国规范的思绪：平均裂痕间距 平均裂痕宽度平均裂痕宽度 最大裂痕宽度最大裂痕宽度 二二.平均裂痕间距平均裂痕间距1.根据实验有关系：平均裂痕间距根据实验有关系：

14、平均裂痕间距=1.5传送长度；传送长度；2.传送长度的求解：由图传送长度的求解：由图9-14，由脱离体的平衡条件可得到平均裂，由脱离体的平衡条件可得到平均裂痕间距的实际计算公式痕间距的实际计算公式9-27；3.思索钢筋外形和混凝土维护层的影响，可得到平均裂痕间距的阅思索钢筋外形和混凝土维护层的影响，可得到平均裂痕间距的阅历公式历公式9-29；三三.平均裂痕宽度平均裂痕宽度1.平均裂痕宽度计算式平均裂痕宽度计算式1计算原理：平均裂痕宽度计算原理：平均裂痕宽度=平均裂痕间距范围内钢筋的伸长减平均裂痕间距范围内钢筋的伸长减去同一纵向纤维处混凝土的伸长，见图去同一纵向纤维处混凝土的伸长，见图9-15；

15、2根据上述原理可导出表达式根据上述原理可导出表达式9-30；3根据实验，对公式根据实验，对公式9-30修正后可得阅历公式修正后可得阅历公式9-32，此，此式与裂痕截面处钢筋应力、等要素有关。式与裂痕截面处钢筋应力、等要素有关。2.裂痕截面处的钢筋应力计算裂痕截面处的钢筋应力计算 对于受弯构件，裂痕截面处钢筋的应力可根据适筋梁第对于受弯构件，裂痕截面处钢筋的应力可根据适筋梁第II阶段的阶段的应力图形求得，即公式应力图形求得，即公式9-33，其他构件裂痕截面处的钢筋应力，其他构件裂痕截面处的钢筋应力可同理计算，如公式可同理计算，如公式9-34轴拉构件、轴拉构件、9-35偏拉构件偏拉构件和和9-36

16、偏压构件。偏压构件。四四.最大裂痕宽度及其验算最大裂痕宽度及其验算1.确定最大裂痕宽度的方法确定最大裂痕宽度的方法1原那么：最大裂痕宽度原那么：最大裂痕宽度=扩展系数扩展系数*平均裂痕宽度平均裂痕宽度2扩展系数思索了裂痕宽度不均匀性、应力松弛和徐变。扩展系数思索了裂痕宽度不均匀性、应力松弛和徐变。2.最大裂痕宽度的计算最大裂痕宽度的计算1根据实验结果分析可得计算公式为根据实验结果分析可得计算公式为9-40式；式；2式中各符号的意义见书上的阐明；式中各符号的意义见书上的阐明；3公式公式9-40求得的最大裂痕宽度具有求得的最大裂痕宽度具有95%的保证率。的保证率。3.最大裂痕宽度的验算条件最大裂痕

17、宽度的验算条件1按公式按公式9-40求得的最大裂痕宽度小于或等于裂痕宽度限求得的最大裂痕宽度小于或等于裂痕宽度限制数值，即公式制数值，即公式9-41；2分析公式分析公式9-40可知，减小裂痕宽度的主要措施在已满可知，减小裂痕宽度的主要措施在已满足承载力要求的前提下是减小钢筋的直径；足承载力要求的前提下是减小钢筋的直径；3不需求进展裂痕宽度验算的钢筋直径可查有关表格。不需求进展裂痕宽度验算的钢筋直径可查有关表格。4.最大裂痕宽度的限制数值见附表最大裂痕宽度的限制数值见附表5-3，普通为，普通为0.20.3mm。9.3 混凝土构件的延性混凝土构件的延性一一.延性概念延性概念1.延性的根本定义：构件

18、从钢筋或构件、截面屈服至到达承载延性的根本定义：构件从钢筋或构件、截面屈服至到达承载力极限形状期间的变形才干。力极限形状期间的变形才干。2.要求构件具备延性的目的要求构件具备延性的目的1吸能、抗震；吸能、抗震；2防止脆性破坏；防止脆性破坏；3顺应非直接荷载的作用如地基不均匀沉降和温差；顺应非直接荷载的作用如地基不均匀沉降和温差；4使超静定构造能充分发生内力重分布；使超静定构造能充分发生内力重分布；3.延性的描画目的：延性系数延性的描画目的：延性系数二二.受弯构件的截面曲率延性系数受弯构件的截面曲率延性系数1.受弯构件截面曲率延性系数表达式受弯构件截面曲率延性系数表达式1受弯构件的延性用曲率延性

19、系数表达；受弯构件的延性用曲率延性系数表达；2曲率延性系数的物理意义：截面到达承载力极限形状时的曲曲率延性系数的物理意义：截面到达承载力极限形状时的曲率与截面受拉钢筋开场屈服的曲率之比；率与截面受拉钢筋开场屈服的曲率之比；3根据平截面假定和上述两种形状的应力图形可推出截面曲率根据平截面假定和上述两种形状的应力图形可推出截面曲率延性系数为公式延性系数为公式9-44。2.影响要素影响要素1纵向受拉钢筋配筋率增大，延性系数减小，如图纵向受拉钢筋配筋率增大，延性系数减小，如图9-19；2受压钢筋配筋率或混凝土极限压应变增大，延性系数增大；受压钢筋配筋率或混凝土极限压应变增大，延性系数增大；3混凝土强度

20、提高且采用软钢，延性系数提高。混凝土强度提高且采用软钢，延性系数提高。3.提高截面曲率延性系数的主要措施提高截面曲率延性系数的主要措施1限制纵向受拉钢筋的配筋率；限制纵向受拉钢筋的配筋率；2规定受压和受拉钢筋的最小比例；规定受压和受拉钢筋的最小比例；3在弯矩较大处加密箍筋。在弯矩较大处加密箍筋。三三.偏心受压构件截面曲率延性的分析偏心受压构件截面曲率延性的分析1.轴向压力的存在降低截面曲率延性系数；轴向压力的存在降低截面曲率延性系数；2.轴压比轴压比 越大，延性系数越小；越大，延性系数越小；3.配箍率添加，延性系数加大，如图配箍率添加，延性系数加大，如图9-20。9.3 混凝土构造的耐久性混凝

21、土构造的耐久性一一.耐久性的概念与主要影响要素耐久性的概念与主要影响要素1.构造的耐久性：正常维护下，构造在设计周期内无需维修加固。构造的耐久性：正常维护下，构造在设计周期内无需维修加固。)/(AfNnc2.影响耐久性能的主要要素影响耐久性能的主要要素1内部要素：混凝土的强度、密实性、水泥用量、水灰比、化内部要素：混凝土的强度、密实性、水泥用量、水灰比、化学成分、外加剂和维护层厚度等；学成分、外加剂和维护层厚度等；2外部要素：温度和湿度等。外部要素：温度和湿度等。二二.混凝土的碳化混凝土的碳化1.碳化的根本情况碳化的根本情况1碳化对混凝土无害，但对钢筋有锈蚀作用；碳化对混凝土无害，但对钢筋有锈

22、蚀作用；2空气中二氧化碳浓度高会加速碳化；空气中二氧化碳浓度高会加速碳化；3水灰比大会加速碳化；水灰比大会加速碳化；2.减小碳化的措施减小碳化的措施规定水灰比限值和维护层厚度、提高密实性和抗渗性等。规定水灰比限值和维护层厚度、提高密实性和抗渗性等。三三.钢筋的锈蚀自学钢筋的锈蚀自学四四.耐久性设计的概念耐久性设计的概念 我国构造设计规范中初次列入耐久性设计条文。我国构造设计规范中初次列入耐久性设计条文。1.耐久性概念设计的目的和根本原那么耐久性概念设计的目的和根本原那么1设计目的：确保构造在正常运用情况下具备既定的功能。设计目的：确保构造在正常运用情况下具备既定的功能。2根本原那么：根据环境类

23、别和设计任务寿命进展设计。根本原那么：根据环境类别和设计任务寿命进展设计。2.混凝土构造运用环境类别混凝土构造运用环境类别 我国分为五类，见附表我国分为五类，见附表5-2。3.混凝土构造设计的运用年限混凝土构造设计的运用年限1普通为普通为50或或100年；年；2可根据业主要求确定。可根据业主要求确定。4.保证耐久性的技术措施和构造要求保证耐久性的技术措施和构造要求1构造技术措施：构造技术措施：P.23914；2对资料的要求：对资料的要求：P.23913；3施工的要求：对混凝土密实性和养护的措施到位；施工的要求：对混凝土密实性和养护的措施到位；4混凝土维护层的最小厚度留意不能太厚，否那么会加大裂

24、混凝土维护层的最小厚度留意不能太厚，否那么会加大裂痕宽度且不经济，还可采用防护覆盖层。痕宽度且不经济，还可采用防护覆盖层。肚松衯宸&愮鐝D)? $?d悡!餯怉 扈鋹A 嘬貑 d?噡1/2001骞寸15鏈?-CRM鍦氱敤.files/imgr_logo.gif 冣杁9/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?-CRM鍦氱敤.files/logo.gif 冟?A/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?-CRM鍦敤.files/logo_compute.gif 冡?疘1/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/ 9/ERP鏂噡1/2001骞寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/0

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