9挠度、裂缝宽度验算及延性和耐久性ppt课件

1、第9章挠度、裂痕宽度验算及延性和耐久性9.1 钢筋混凝土受弯构件的挠度验算9.2 钢筋混凝土构件的裂痕宽度验算9.3 混凝土构件的截面延性9.4 混凝土构造的耐久性主要内容概 述外观觉得裂痕过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，影响 运用寿命耐久性心思接受：不平安感，振动噪声对非构造构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等振动、变形过大对其它构造构件的影响变形过大影响正常运用：如吊车、精细仪器适用性承载才干极限形状平安性构造的功能 混凝土构造构件变形和裂痕宽度验算属于正常运用极限形状的验算，与承载才干极限形状计算相比，正常运用极限形状验算具有以下二个特点： 思索到构造超越正常运用极限形状对生命财富的危害远比超

2、越承载才干极限形状的要小，因此其目的可靠目的值要小一些，故规定变形及裂痕宽度验算均采用荷载规范值和资料强度的规范值。 由于可变荷载作用时间的长短对变形和裂痕宽度的大小有影响，故验算变形和裂痕宽度时应按荷载短期效应组合值并思索荷载长期效应的影响进展。 其主要从以下几个方面思索：保证构造的运用功能要求；防止对构造构件产生不良影响；防止对非构造构件产生不良影响；保证运用者的觉得在可接受的程度之内。因此，对受弯构件在运用阶段产生的最大变形值f必需加以限制，即 受弯构件变形验算目的主要是用以满足适用性。f flim其中 flim为挠度变形限值，见附表4-1。9.1 钢筋混凝土受弯构件的挠度验算一、截面弯

3、曲刚度截面承载力：截面上的资料抵抗内力的才干截面刚度：截面上的资料抵抗变形的才干截面弯曲刚度：截面上的资料抵抗截面转动的才干二、钢筋混凝土梁抗弯刚度的特点fEIMlEIqlf244853845均布： 2lEIMSf EIM截面抗弯刚度EI 表达了截面抵抗弯曲变形的才干，同时也反映了截面弯矩与曲率之间的物理关系。对于弹性均质资料截面，EI为常数，M-f 关系为直线。EIMlEIPlf23121481集中：2lS MEI EIMcrA阶段uy2112ycru0阶段阶段适筋梁M-f关系曲线M集中荷载荷载-挠度：48f3lEIP弯矩-曲率：EIM应力-应变：esE刚度与变形之间的关系： 由于混凝土开裂

4、、弹塑性应力-应变关系和钢筋屈服等影响，钢筋混凝土适筋梁的M-f 关系不再是直线，而是随弯矩增大，截面曲率呈曲线变化。MyMsMcrEcI0BsMMMcrEcI00.85EcI0截面弯曲刚度EI越大，挠度f越小。M-关系不是直线，所以截面弯曲刚度不是常数，记作B。三、截面抗弯刚度B混凝土未裂时的截面弯曲刚度085. 0IEBc正常运用时的截面弯曲刚度此时的截面弯曲刚度比混凝土未裂时的截面弯曲刚度小，而且是随弯矩的增大而减小的，为变化值。给出了截面弯曲刚度B的定义：在M-曲线的0.5Mu-0.7Mu区段内，曲线上的任一点与坐标原点相连割线的斜率。四、短期截面抗弯刚度Bs截面弯曲刚度不仅随弯矩的增

5、大而减小，而且还将随荷载作用时间增长而减小。不思索时间要素的截面弯曲刚度为短期截面刚度，记作Bs。0kkssmcmMM hBeekM 弯矩的标准组合值截面曲率smcmee 、分 别 为 纵 向 受 拉 钢 筋 重 心 处 的 平 均 拉 应 变和 受 压 区 边 缘 混 凝 土 的 平 均 压 应 变五、受弯构件的截面抗弯刚度B 在长期荷载作用下，由于混凝土的徐变，会使梁的挠度随时间增长。此外，钢筋与混凝土间粘结滑移徐变、混凝土收缩等也会导致梁的挠度增大。采用思索荷载长期作用对挠度增大的影响系数q ，那么:22)(lBMMSlBMSfslssl2lBMSfls(1)ssslMBBMM长期抗弯刚

6、度六、最小刚度原那么 由于弯矩沿梁长的变化的，抗弯刚度沿梁长也是变化的。但按变刚度梁来计算挠度变形很费事。 为简化起见，取同号弯矩区段的最大弯矩截面处的最小刚度Bmin，按等刚度梁来计算。 这样挠度的简化计算结果比按变刚度梁的实际值略偏大。 但接近支座处的曲率误差对梁的最大挠度影响很小，且挠度计算仅思索弯曲变形的影响，实践上还存在一些剪切变形，因此按最小刚度Bmin计算的结果与实测结果的误差很小。“最小刚度原那么一、裂痕的出现、分布与开展9.2 钢筋混凝土构件的裂痕宽度验算在裂痕出现前，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度根本上是均匀分布的。当混凝土的拉应力到达抗拉强度时，首先会在构件最薄弱截面位置

7、出现第一条批裂痕。裂痕出现瞬间，裂痕截面位置的混凝土退出受拉任务，应力为零，而钢筋拉应力应力产生突增Dss= ft /r，配筋率越小，Dss就越大。由于钢筋与混凝土之间存在粘结，随着距裂痕截面间隔的添加，混凝土中又重新建立起拉应力sc，而钢筋的拉应力那么随距裂痕截面间隔的添加而减小。当距裂痕截面有足够的长度 l 时，混凝土拉应力sc增大到ft，此时将出现新的裂痕。假设两条裂痕的间距小于2 l，那么由于粘结应力传送长度不够，混凝土拉应力不能够到达ft，因此将不会出现新的裂痕，裂痕的间距最终将稳定在l 2 l之间，平均间距可取1.5 l。从第一条批裂痕出现到裂痕全部出齐为裂痕出现阶段，该阶段的荷载

8、增量并不大，主要取决于混凝土强度的离散程度。裂痕间距的计算公式即是以该阶段的受力分析建立的。裂痕出齐后，随着荷载的继续添加，裂痕宽度不断开展。裂痕的开展是由于混凝土的回缩，钢筋不断伸长，导致钢筋与混凝土之间产生变形差，这是裂痕宽度计算的根据。由于混凝土资料的不均匀性，裂痕的出现、分布和开展具有很大的离散性，因此裂痕间距和宽度也是不均匀的。但大量的实验统计资料分析阐明，裂痕间距和宽度的平均值具有一定规律性，是钢筋与混凝土之间粘结受力机理的反映。二、裂痕间距ctmAflu uAflmctctssssAfAA21ssluAAmssssss21dAfmctdfmt41dfuAflmtmct41dKlm

9、dKcKlm12对于受弯构件，可将受拉区近似作为一轴心受拉构件，根据粘结力的有效影响范围，取有效受拉面积Ate=0.5bh+(bf-b)hf，因此将式中配筋率r 的用以下受拉区有效配筋率交换后，即可用于受弯构件dKcKlm12ffstehbbbhA)(5 . 0temdKcKl12采用rte 后，裂痕间距可一致表示为:根据实验资料统计分析，并思索受力特征的影响，对于常用的带肋钢筋，给出的平均裂痕间距lm的计算公式为:受弯构件temdcl08. 09 . 1轴心受拉构件)08. 09 . 1 ( 1 . 1temdclc最外层纵向受拉钢筋外边缘到受拉区底边的间隔mm，当c20mm时，取c=20m

10、m；d钢筋直径mm，当用不同直径的钢筋时，d改用换算直径4As/u，u为纵向钢筋的总周长。三、裂痕宽度 mcmsmllwee85. 0)1 (sceesksssEsee0.85skmmswlEs平均裂痕宽度mscsl )1 (eee最大裂痕宽度短期荷载作用下的最大裂痕宽度maxmsmax,max(1.90.08)eqskcrstedwcEs 长期荷载作用下的最大裂痕宽度maxmaxlim最大裂痕宽度验算lim-规定的最大裂痕宽度限值，见附表4-39.3 混凝土构件的截面延性9.3.1 延性的概念构造、构件或截面延性是指从屈服开场到到达最大承载力或到达以后而承载力还没有显著下降期间的变形才干。延

11、性时反映构件的后期变形才干。延性要求的目的：1.满足抗震方面的要求；2.防止脆性破坏；3.在超静定构造中，顺应外界的变化；4.使超静定构造能充分的进展内力重分布，节约钢材。9.3.2 截面的延性计算截面的延性用延性系数来表达，计算时采用平截面假设。延性系数表达式：121cucsuyyf Ekfe u 受压区边缘混凝 土到达极限压应变时截面曲率。y 钢筋开场屈服时截面曲率。 截面曲率延性系数。9.3.3 受弯构件延性的要素和提高截面延性的措施 影响要素主要包括：纵向钢筋配筋率、混凝土极限压应变、钢筋屈服强度及混凝土强度等。即极限压应变 以及受压区高度 kh0 和 xa 两个综合要素。 提高截面延

12、性的措施有:限制纵向受拉钢筋的配筋率；规定受压钢筋和受拉钢筋的最小比例；在弯矩较大区段适当加密箍筋。自学偏心受压构件截面曲率延性的分析、框架柱的轴压比限值9.4 混凝土构造的耐久性 混凝土构造耐久性可以归结为混凝土资料和钢筋资料的耐久性。资料的耐久性是指它暴露在运用环境下，抵抗各种物理和化学作用的才干。混凝土外表暴露在大气中，特别是在恶劣的环境中时，长期到有害物质的侵蚀，以及外界温、湿度等不良气候环境往复循环的影响，使混凝土随运用时间的增长而质量劣化，钢筋发生锈蚀等，致使构造物承载才干降低。 混凝土构造的耐久性问题表现为：混凝土损伤裂痕、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等；钢筋的锈蚀、疲劳等；以及钢筋与

13、混凝土之间粘结锚固作用的减弱三方面。 碳化一、影响混凝土构造耐久性的要素内部要素： 混凝土强度； 浸透性； 维护层厚度； 水泥种类； 标号和用量； 外加剂；等外部要素： 环境温度； 湿度； CO2含量； 侵蚀性介质等。1、水灰比的影响2、混凝土的碳化1 环境要素 碳化速度主要取决于空气中的CO2浓度和向混凝土中的分散速度。空气中的CO2浓度大，混凝土内外CO2浓度梯度也愈大，因此CO2向混凝土内的浸透速度快，碳化反响也快。 空气湿度和温度对碳化反响速度有较大影响。由于碳化反响要产生水份向外分散，湿度越大，水份分散越慢。当空气相对湿度大于80%，碳化反响的附加水份几乎无法向外分散，使碳化反响大大

14、降低。 而在极枯燥环境下，空气中的CO2无法溶于混凝土中的孔隙水中，碳化反响也无法进展。 实验阐明，当混凝土周围介质的相对湿度为50%75%时，混凝土碳化速度最快。环境温度越高，碳化的化学反响速度越快，且CO2向混凝土内的分散速度也越快。2 资料要素 水泥是混凝土中最活泼的成分，其种类和用量决议了单位体积中可碳化物质的含量，因此对混凝土碳化有重要影响。 单位体积中水泥的用量越多，会提高混凝土的强度，又会提高混凝土的抗碳化性能。 水灰比也是影响碳化的主要要素。在水泥用量不变的条件下，水灰比越大，混凝土内部的孔隙率也越大，密实性就越差，CO2的渗入速度越快，因此碳化的速度也越快。 水灰比大会使混凝

15、土孔隙中游离水增多，有利于碳化反响。 混凝土中外加掺合料和骨料种类对碳化也有一定的影响。3 施工养护条件 混凝土搅拌、振捣和养护条件影响混凝土的密实性，因此对碳化有较大影响。此外，养护方法与龄期对水泥的水化程度有影响，进而影响混凝土的碳化。所以保证混凝土施工质量对提高混凝土的抗碳化性能非常重要。4 覆盖层不同饰面资料的碳化深度比3、钢筋锈蚀钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土构造耐久性的最关键问题。钢筋锈蚀引起混凝土构造损伤过程如下，首先在裂痕宽度较大处发生个别点的“坑蚀，继而逐渐构成“环蚀，同时向裂痕两边扩展，构成锈蚀面，使钢筋有效面积减小。严重锈蚀时，会导致沿钢筋长度出现纵向裂痕，甚至导致混凝土维护层

16、零落，习称“暴筋，从而导致截面承载力下降，直至最终引起构造破坏。钢筋锈蚀引起混凝土构造损伤过程如下，首先在裂痕宽度较大处发生个别点的“坑蚀，继而逐渐构成“环蚀，同时向裂痕两边扩展，构成锈蚀面，使钢筋有效面积减小。严重锈蚀时，会导致沿钢筋长度出现纵向裂痕，甚至导致混凝土维护层零落，习称“暴筋，从而导致截面承载力下降，直至最终引起构造破坏。T0T1T2时间锈蚀量脱钝纵向开裂破坏面积减小屈服强度降低粘结力降低除添加混凝土的密实度和维护层厚度外，采用涂面层、钢筋阻锈剂、涂层钢筋等措施来防止钢筋的锈蚀。4、混凝土的碱集料反响5、混凝土的冻融破坏6、侵蚀性介质的腐蚀 除冰盐二、构造任务环境类别三、耐久性极

17、限形状与耐久性设计四、保证耐久性的措施1 最小维护层厚度： 为保证耐久性和钢筋的粘结力，对一、二、三类环境普通建筑构造设计任务寿命50年，规定了最小混凝土维护层厚度。 对四、五类环境种的建筑构造，应按专门规定思索。 当对构造设计任务寿命有更高要求时100年，混凝土维护层厚度应将表混凝土最小维护层厚度的数值乘以1.4或采用外表防护、定期维修等措施。2 混凝土的要求： 耐久性的另一个重要方面是混凝土密实性，由于密实性好对延缓混凝土的碳化和钢筋锈蚀有很大作用。 提高混凝土密实性主要是减小水灰比和保证水泥用量。 假设混凝土中氯离子含量过大，那么会对钢筋锈蚀有恶劣影响。除冰盐、海砂等影响3 裂痕控制：裂

18、痕的出现加快了混凝土的碳化，也是使钢筋开场锈蚀的主要条件。为保证混凝土构造的耐久性，必需对裂痕进展控制。根据构造构件所处环境类别，钢筋种类对腐蚀的敏感性，以及荷载作用时间，将裂痕控制分为三个等级：一级：严厉要求不出现裂痕的构件。按荷载规范组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力;二级：普通要求不出现裂痕的构件。按荷载规范组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应大于混凝土抗拉强度规范值；而按荷载准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜出现拉应力，有可靠阅历时可适当放松;三级：允许出现裂痕的构件。按荷载规范组合并思索长期作用影响计算时，构件的最大裂痕宽度应满足表中规定的限值。4 其他措施 对于构造中

19、运用环境较差的构件，宜设计成可改换或易改换的构件。 对于暴露在侵蚀性环境中的构造和构件，宜采用带肋环氧涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。 采用有利提高耐久性的高强混凝土。l混凝土根本构件的承载力计算是基于平安性要求，而混凝土根本构件的承载力计算是基于平安性要求，而对某些构件尚应进展变形和裂痕宽度验算，是保证对某些构件尚应进展变形和裂痕宽度验算，是保证 适适用性用性 和和 耐久性耐久性 的要求。的要求。l轴心受拉构件混凝土开裂后，裂痕截面处混凝土退出轴心受拉构件混凝土开裂后，裂痕截面处混凝土退出任务，全部拉力由任务，全部拉力由 钢筋钢筋 承当，而在裂痕之间的混凝承当，而在裂痕之间的混凝土仍参与任

20、务，其拉力是由钢筋经过其与混凝土交界土仍参与任务，其拉力是由钢筋经过其与混凝土交界面上的面上的 粘结力粘结力 传来的。传来的。l在同号弯矩区段内取弯矩最大截面处的抗弯刚度，作在同号弯矩区段内取弯矩最大截面处的抗弯刚度，作为该区段的为该区段的B进展变形验算，称为进展变形验算，称为 最小刚度原那最小刚度原那么么 。l裂痕控制普通一致划分为裂痕控制普通一致划分为3级，其控制条件是：一级是级，其控制条件是：一级是 严厉要求不出现严厉要求不出现 裂痕的构件；二级是普通不出现裂痕裂痕的构件；二级是普通不出现裂痕 的构件；三级是的构件；三级是 允许出现允许出现 裂痕的构件，但其计算值裂痕的构件，但其计算值不

21、应超越允许值。不应超越允许值。 l对普通钢筋混凝土构造，当其他条件不变的情况下，钢筋的直径细而密，可使裂痕宽度 减小 ；混凝土维护层越大 ，裂痕宽度越大 ；纵筋配筋率越高，裂痕宽度 越小；采用变形钢筋将会使裂痕宽度 减小 。处理荷载裂痕问题的最有效方法是采用 采用预应力混凝土 。l进展抗裂和裂痕宽度验算时，荷载与资料强度按以下原那么取值D。l A. 荷载用设计值，资料强度用规范值l B. 荷载用规范值，资料强度用设计值l C. 荷载与资料强度均用设计值l D. 荷载与资料强度均用规范值l 钢筋混凝土梁的受拉区边缘到达以下D情况时，受拉区开场出现裂痕。l A. 到达混凝土实践的抗拉强度l B. 到