S第9章变形和裂缝完ppt课件

1、第九章 裂缝宽度和变形的验算保证适用性和耐久性。保证适用性和耐久性。主要是裂缝宽度、受弯构件的挠度。主要是裂缝宽度、受弯构件的挠度。一是荷载采用标准值、准永久值；一是荷载采用标准值、准永久值；二是材料强度采用标准值。二是材料强度采用标准值。nikQiCiKQGKSSSS21nikQiqiGKSSS1qi-准永久系数，民用建筑一般为准永久系数，民用建筑一般为0.30.5。第九章 裂缝宽度和变形的验算第九章 裂缝宽度和变形的验算f flimfP第九章 裂缝宽度和变形的验算受弯构件的挠度限值受弯构件的挠度限值 构构 件件 类类 型型 挠度限值挠度限值（以计算跨度（以计算跨度 l0计算）计算） 吊车梁

2、吊车梁：手动吊车：手动吊车 电动吊车电动吊车 l0/500 l0/600 屋盖、楼盖及楼梯构件屋盖、楼盖及楼梯构件 ： 当当 l0 9m 时时 l0/200(l0/250) l0/250(l0/300) l0/300(l0/400) -建工教材建工教材P322P322的附表的附表4 41 1第九章 裂缝宽度和变形的验算fP244853845lEIMEIqlf23121481lEIMEIPlf22lSlEIMSfEIMMEI 可见，截面弯曲刚度是使截面产生单位曲率所需的弯矩值，可见，截面弯曲刚度是使截面产生单位曲率所需的弯矩值， 体现了截面弯矩与曲率之间的物理关系。体现了截面弯矩与曲率之间的物理

3、关系。 EIM第九章 裂缝宽度和变形的验算M 0弹性梁弹性梁钢筋混凝土适筋梁钢筋混凝土适筋梁McrMyMu中和轴中和轴Mktg =BsBs =0.85EcI0Bs = tg = Mk /f 第九章 裂缝宽度和变形的验算（在荷载效应标准组合作用下的刚度称短期刚度（在荷载效应标准组合作用下的刚度称短期刚度BSBS）fEssshAEB5 . 3162 . 015. 120ksMB 由前述可知：第九章 裂缝宽度和变形的验算lm-cm lmlm+sm lmrlm( cm +sm)lmMkMkh0由三角形相似得由三角形相似得01hrcmsm由数学可知由数学可知01hrcmsmcmsmkshMB0中和轴中和

4、轴0hAMsksk第九章 裂缝宽度和变形的验算wwck ckx0 x0 h0 skAsC h0Mk0hAEMEsskssksksm202020bhEMbhEMbhEMEckckcckccckcckccmwxwx200bhMkckwx（由右图可得）（由右图可得）第九章 裂缝宽度和变形的验算将将esmesm、 ecmecm代入公式代入公式 后得：后得：cmsmkshMB0 EssshAEB201、h-开裂截面的内力臂系数开裂截面的内力臂系数 试验表明，当试验表明，当Mk =（0.50.7Mu时，时， 内力臂的变化也不大，内力臂的变化也不大， h值在值在0.830.93之间波动。之间波动。 规范规范

5、取取h=0.87。第九章 裂缝宽度和变形的验算 反映了裂缝间混凝土反映了裂缝间混凝土参与受拉工作的程度。参与受拉工作的程度。ss钢筋应变钢筋应变砼应变砼应变第九章 裂缝宽度和变形的验算sssss1平均应变平均应变esesDD裂缝截面应变裂缝截面应变esesMcrMy 可表示为可表示为Mc / MkMc / Mk的函数的函数另外，另外， es与作用弯矩与作用弯矩Mk成正比成正比第九章 裂缝宽度和变形的验算)(ss与与Mcr近似成正比近似成正比)(ss（由右图可知：（由右图可知： 与与Des近似成正比近似成正比 而而Des又与又与Mcr近似成正比近似成正比 Mk

6、1.01.0kcrMM11 . 1当当y 1.0时，取时，取y =1.0；对直接承受重复荷载的构件，取对直接承受重复荷载的构件，取y =1.0。第九章 裂缝宽度和变形的验算hfhbbbhMctkffcr)(5 . 0 8 . 0ftkbccbfhf第九章 裂缝宽度和变形的验算0hAMsskk kAkA00kcrMM11 . 1及及Mcr、 Mk代代入入ffstehbbbhA)(5 . 0sktetkf65. 01 . 1并近似取并近似取hc/h =0.67，h/h0=1.1后得后得第九章 裂缝宽度和变形的验算将将对轴心受拉构件：取构件截面面积；对轴心受拉构件：取构件截面面积；

7、对受弯、偏压、偏拉构件：取对受弯、偏压、偏拉构件：取Ate=0.5bh+(bf-b)hf。0.5h0.5h第九章 裂缝宽度和变形的验算skskAhM087. 0testeAA3、z-受压区边缘混凝土平均应变综合系数受压区边缘混凝土平均应变综合系数 试验表明，当试验表明，当Mk =（0.50.7Mu时，时， 系数系数z 的变化很小，的变化很小，规范规范取：取：fEE5 . 3162 . 00)(bhhbbfff f -受压翼缘加强系数受压翼缘加强系数第九章 裂缝宽度和变形的验算fEssshAEB5 . 3162 . 015. 120第九章 裂缝宽度和变形的验算将参数将参数h、z 代入代入 后得后

8、得 EssshAEB20 受压区混凝土的徐变；受压区混凝土的徐变； 受拉区混凝土的应力松弛；受拉区混凝土的应力松弛； 钢筋与混凝土间粘结滑移徐变；钢筋与混凝土间粘结滑移徐变； 混凝土收缩等会导致梁的刚度减小、挠度增大。混凝土收缩等会导致梁的刚度减小、挠度增大。第九章 裂缝宽度和变形的验算按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响的刚度。按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响的刚度。4 . 00 . 2skqkBMMMB) 1(第九章 裂缝宽度和变形的验算对翼缘位于受拉区的倒对翼缘位于受拉区的倒T形截面，形截面， 应增加应增加20%。第九章 裂缝宽度和变形的验算1 /r由由M、B、1/r间的关系

9、有间的关系有SqBMr11SqkBMMr21BMrrrk2111skqkBMMMB) 1( /r1第九章 裂缝宽度和变形的验算用结构力学的方法。用结构力学的方法。fqBqlf43845如均布荷载作用下：第九章 裂缝宽度和变形的验算 在等截面构件中，假定在等截面构件中，假定同号弯矩区段的刚度相等，同号弯矩区段的刚度相等，并取用该弯矩区段内最大弯并取用该弯矩区段内最大弯矩处的刚度。矩处的刚度。中和轴中和轴 若某跨的刚度满足若某跨的刚度满足 ，则，则该跨可按等刚度计算，且刚度取跨中最大弯矩截面该跨可按等刚度计算，且刚度取跨中最大弯矩截面的刚度。的刚度。弯矩图弯矩图第九章 裂缝宽度和变形的验算（1 1

10、增大截面尺寸；增大截面尺寸；（2 2施加预应力；施加预应力；（3 3改变截面形状，如增加受压翼缘；改变截面形状，如增加受压翼缘；（4 4增加配筋量和提高混凝土强度等级增加配筋量和提高混凝土强度等级 对提高对提高B B的效果不明显。的效果不明显。 其中增大截面高度和施加预应力为最有效的其中增大截面高度和施加预应力为最有效的措施。措施。视带裂缝的受弯构件为等刚度的构件视带裂缝的受弯构件为等刚度的构件, ,用结构力学方法计算短期挠度用结构力学方法计算短期挠度 f s f s 。)(a)(b)(c第九章 裂缝宽度和变形的验算crscrscrBBMMMMBB02201第九章 裂缝宽度和变形的验算0WfM

11、tkcr0095.0IEBCcrCcrIEB第九章 裂缝宽度和变形的验算002WS梁式桥主梁的最大挠度梁式桥主梁的最大挠度 l / 600; l / 600;梁式桥主梁的悬臂端的挠度梁式桥主梁的悬臂端的挠度 l / 300; l / 300;第九章 裂缝宽度和变形的验算limfffsl第九章 裂缝宽度和变形的验算当当fl l/1600fl l/1600时，可不设预拱度；时，可不设预拱度；当当fl l/1600fl l/1600时，应设置预拱度。时，应设置预拱度。QGww21D第九章 裂缝宽度和变形的验算2 2、影响、影响l l、w w大小的本质因素大小的本质因素1 1、l l越大、越大、w w

12、越大越大3 3、减小、减小w w的措施：的措施：第一选直径小的变形钢筋；第一选直径小的变形钢筋；第二增加配筋；第二增加配筋；加大截面尺寸或提高混凝土强度等级的效果非常有限加大截面尺寸或提高混凝土强度等级的效果非常有限N1=0NcrAB第九章 裂缝宽度和变形的验算N2=NcrAB第九章 裂缝宽度和变形的验算Nk N3NcrAB混凝土实际强度混凝土实际强度Cll2l第九章 裂缝宽度和变形的验算NkN4 N3 NcrABClmlm第九章 裂缝宽度和变形的验算ABClmlm第九章 裂缝宽度和变形的验算第九章 裂缝宽度和变形的验算第九章 裂缝宽度和变形的验算9.2 裂缝宽度验算第九章 裂缝宽度和变形的验

13、算9.2 裂缝宽度验算第九章 裂缝宽度和变形的验算认为钢筋与砼间有粘结、有滑移；裂认为钢筋与砼间有粘结、有滑移；裂缝宽度是裂缝间距范围内钢筋与混凝缝宽度是裂缝间距范围内钢筋与混凝土的变形差所造成。土的变形差所造成。认为开裂后钢筋与砼间仍保持可靠粘认为开裂后钢筋与砼间仍保持可靠粘结，无相对滑动，沿裂缝深度存在应结，无相对滑动，沿裂缝深度存在应变梯度，保护层越厚，表面裂缝越宽变梯度，保护层越厚，表面裂缝越宽综合了上述两种理论中影响裂缝宽度综合了上述两种理论中影响裂缝宽度的主要因素，并在统计回归的基础上的主要因素，并在统计回归的基础上建立了实用的计算公式。建立了实用的计算公式。粘结粘结滑移理论滑移理

14、论无滑移理论无滑移理论裂缝综合理论裂缝综合理论第九章 裂缝宽度和变形的验算9.2 裂缝宽度验算tetmAflu 5.15.1ssmtetmAAuAfllluAAmssss21c=0c=fts1s2ms1s2mtemdKl1temtdf83第九章 裂缝宽度和变形的验算tetssssAfAA219.2 裂缝宽度验算temdKl1第九章 裂缝宽度和变形的验算teeqmdKcKl12iiiiieqdndnd2其中其中9.2 裂缝宽度验算mctmmsmmllwmsmctmsml )1 (钢筋应变钢筋应变砼应变砼应变第九章 裂缝宽度和变形的验算85. 0)1 (smctmsskssmEmsskmlEw85

15、. 0第九章 裂缝宽度和变形的验算按荷载效应标准组合计算的裂缝截面处按荷载效应标准组合计算的裂缝截面处 纵向受拉钢筋的应力。纵向受拉钢筋的应力。skskAN第九章 裂缝宽度和变形的验算0sskskahAeNskskAhM087. 0第九章 裂缝宽度和变形的验算zAzeNsksk020)1 (12. 087. 0hehzf0)(bhhbbfff当当hf 0.2h0时，取时，取hf =0.2h0且且z 0.87h02000400011hlhes当当l0/h14时，取时，取s =1.0第九章 裂缝宽度和变形的验算（1实测表明，裂缝宽度分布具有很大的离散性。实测表明，裂缝宽度分布具有很大的离散性。（2

16、令令t=实测裂缝宽度实测裂缝宽度wi平均裂缝宽度平均裂缝宽度wm统计表明，统计表明，t 的概率密度分布基本符合正态分布。的概率密度分布基本符合正态分布。 1.0 1.00 050.050.000.00 2.0 2.0第九章 裂缝宽度和变形的验算面积为面积为0.05 1.0 1.00 050.050.000.00 2.0 2.0msmwww)645. 11 (max荷载标准组合下的裂缝扩大系数荷载标准组合下的裂缝扩大系数统计表明：对受弯、偏压构件统计表明：对受弯、偏压构件ts =1.66; 对轴拉、偏拉构件对轴拉、偏拉构件ts =1.9。第九章 裂缝宽

17、度和变形的验算9.2 裂缝宽度验算wmax= t l tswm根据长期观测结果，根据长期观测结果， t l =1.5第九章 裂缝宽度和变形的验算)08. 09 . 1 (maxteeqsskcrdcEw对偏拉构件对偏拉构件acr=2.4 ；对轴拉构件对轴拉构件acr=2.7 。sktetkf65. 01 . 1iiiiieqdndnd2testeAA对对e0 /h0 0.55的偏压构件，可的偏压构件，可不验算裂缝宽度。不验算裂缝宽度。第九章 裂缝宽度和变形的验算对钢筋混凝土结构：一类环境对钢筋混凝土结构：一类环境wlim=0.3 mm 二、三类环境二、三类环境wlim=0.2 mmtesteA

18、A先求内力标准值先求内力标准值Mk 或或 Nk），），再求再求sk 。第九章 裂缝宽度和变形的验算)08. 09 . 1 (maxteeqsskcrdcEw若不满足，怎么办？若不满足，怎么办？第二增加配筋；第二增加配筋；也可施加预应力；也可施加预应力；加大截面尺寸、提高砼强度等级的效果非常有限。加大截面尺寸、提高砼强度等级的效果非常有限。第一减小钢筋直径、应用变形钢筋；第一减小钢筋直径、应用变形钢筋；第九章 裂缝宽度和变形的验算sktetkf65. 01 . 1第九章 裂缝宽度和变形的验算第九章 裂缝宽度和变形的验算)1028. 030(321dEcccWsssfk第九章 裂缝宽度和变形的验算

19、d 纵向受拉钢筋的直径。纵向受拉钢筋的直径。 纵筋配筋率。纵筋配筋率。 =As / bh0+ (bf - b)hf 。 当当0.02时，取时，取=0.02； 当当0.006时，取时，取=0.006； 对于轴拉构件对于轴拉构件 按全部受拉钢筋面积按全部受拉钢筋面积As的一半计算。的一半计算。ss开裂截面钢筋应力，计算公式同建工规范的开裂截面钢筋应力，计算公式同建工规范的sk第九章 裂缝宽度和变形的验算对钢筋混凝土构件：对钢筋混凝土构件：类、类、类环境类环境wlim=0.2 mm 类、类、类环境类环境wlim=0.15 mm第九章 裂缝宽度和变形的验算第九章 裂缝宽度和变形的验算9.4 9.4 混

20、凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性 是指结构在设计规定的使用年限内，是指结构在设计规定的使用年限内， 在正常维护下不需要进行大修和加固，在正常维护下不需要进行大修和加固， 即能满足正常使用和安全功能要求的能力。即能满足正常使用和安全功能要求的能力。9.4.1 9.4.1 耐久性的概念与主要影响因素耐久性的概念与主要影响因素1 1、概念、概念9.3 9.3 混凝土构件的截面延性混凝土构件的截面延性 下学期介绍下学期介绍第九章 裂缝宽度和变形的验算2 2、主要影响因素、主要影响因素内部因素：内部因素： 混凝土强度混凝土强度 密实性密实性 水泥用量水泥用量 水灰比水灰比 氯离子氯离子 碱含量碱含量

21、外加剂用量外加剂用量 保护层厚度等保护层厚度等外部因素：环境温度外部因素：环境温度 环境湿度环境湿度 CO2含量含量 侵蚀性介质等侵蚀性介质等是影响耐久性的最主要综合因素。是影响耐久性的最主要综合因素。混凝土碳化混凝土碳化钢筋锈蚀钢筋锈蚀9.4.2 9.4.2 混凝土的碳化混凝土的碳化（1 1混凝土中碱性物质混凝土中碱性物质Ca(OH)2Ca(OH)2的作用：使混凝土内的作用：使混凝土内的钢筋表明形成氧化膜，它能有效地保护钢筋，防止钢的钢筋表明形成氧化膜，它能有效地保护钢筋，防止钢筋锈蚀。筋锈蚀。（2 2混凝土碳化的概念：大气中的混凝土碳化的概念：大气中的CO2CO2与混凝土中的碱性与混凝土中

22、的碱性物质发生反应，使混凝土的物质发生反应，使混凝土的PHPH值降低，这就是混凝土值降低，这就是混凝土的碳化。的碳化。（3 3碳化引起的危害：当碳化达到钢筋表面时，将破坏碳化引起的危害：当碳化达到钢筋表面时，将破坏钢筋表面的氧化膜，引起钢筋的锈蚀。钢筋表面的氧化膜，引起钢筋的锈蚀。第九章 裂缝宽度和变形的验算第九章 裂缝宽度和变形的验算（b材料因素材料因素（a环境因素环境因素（c施工养护条件：混凝土的密实性。施工养护条件：混凝土的密实性。（4 4影响混凝土碳化的因素影响混凝土碳化的因素第九章 裂缝宽度和变形的验算（5 5减小混凝土碳化的措施减小混凝土碳化的措施（a合理设计混凝土的配合比、合理设

23、计混凝土的配合比、 规定水泥用量的低限值、水灰比的高限值；规定水泥用量的低限值、水灰比的高限值；（b提高混凝土的密实性、抗渗性；提高混凝土的密实性、抗渗性；（c规定钢筋保护层的最小厚度；规定钢筋保护层的最小厚度；（d采用水泥砂浆、涂料等覆盖面层；采用水泥砂浆、涂料等覆盖面层；1 1、钢筋锈蚀的充要条件、钢筋锈蚀的充要条件 必要条件必要条件 表面氧化膜破坏表面氧化膜破坏 充分条件充分条件 含氧水分的侵入含氧水分的侵入9.4.3 9.4.3 钢筋锈蚀钢筋锈蚀第九章 裂缝宽度和变形的验算2 2、钢筋锈蚀的电化学反应、钢筋锈蚀的电化学反应 钢筋表面的氧化膜被破坏后，钢筋表面的氧化膜被破坏后， 在有水份

24、和氧气的条件下，就会发生电化学锈蚀。在有水份和氧气的条件下，就会发生电化学锈蚀。4 4、钢筋锈蚀过程：先点后面、钢筋锈蚀过程：先点后面3 3、钢筋锈蚀的危害、钢筋锈蚀的危害 锈蚀产生的铁锈锈蚀产生的铁锈Fe(OH)3Fe(OH)3），体积膨胀），体积膨胀2626倍，倍， 引起保护层被挤裂，促使锈蚀加快发展。引起保护层被挤裂，促使锈蚀加快发展。第九章 裂缝宽度和变形的验算5 5、防止钢筋锈蚀的主要措施、防止钢筋锈蚀的主要措施（1 1降低水灰比；降低水灰比； 保证密实度、保护层厚度；保证密实度、保护层厚度； 控制氯含量。控制氯含量。 （2 2采用覆盖层，防止采用覆盖层，防止CO2CO2、O2O2、

25、CLCL侵入；侵入； （3 3采用防腐钢筋或在钢筋表面涂抹防腐材料；采用防腐钢筋或在钢筋表面涂抹防腐材料； （4 4对钢筋采用阴极保护法。对钢筋采用阴极保护法。第九章 裂缝宽度和变形的验算9.4.4 9.4.4 耐久性设计耐久性设计1 1、耐久性设计的目的和基本原则、耐久性设计的目的和基本原则在规定的使用年限内，在正常维护下，在规定的使用年限内，在正常维护下，保持适于使用，满足既定功能的要求。保持适于使用，满足既定功能的要求。目的：目的：基本原则：基本原则：结构使用的环境类别结构使用的环境类别设计使用年限设计使用年限进行设计进行设计根据根据2 2、混凝土结构使用的环境类别、混凝土结构使用的环境

26、类别混混凝凝土土结结构构的的环环境境类类别别GB50010-2002表表3.4.1 环环境境类类别别 条条 件件 一一 室室内内正正常常环环境境 a 室室内内潮潮湿湿环环境境；非非严严寒寒和和非非寒寒冷冷地地区区的的露露天天环环境境；与与无无侵侵蚀蚀性性的的水水或或土土壤壤直直接接接接触触的的环环境境 二二 b 严严寒寒和和寒寒冷冷地地区区的的露露天天环环境境；与与无无侵侵蚀蚀性性的的水水或或土土壤壤直直接接接接触触的的环环境境 三三 使使用用除除冰冰盐盐的的环环境境； 严严寒寒和和寒寒冷冷地地区区冬冬季季水水位位变变动动的的环环境境；滨滨海海室室外外环环境境 四四 海海水水环环境境 五五 受

27、受人人为为或或自自然然的的侵侵蚀蚀性性物物质质影影响响的的环环境境 第九章 裂缝宽度和变形的验算：见建工教材：见建工教材P322P322附表附表4-24-23 3、混凝土结构的设计使用年限、混凝土结构的设计使用年限第九章 裂缝宽度和变形的验算一般为一般为50年，重要的可为年，重要的可为100年。年。（1耐久性极限状态的三类定义耐久性极限状态的三类定义 及其相应的设计使用年限及其相应的设计使用年限“T”（a不允许钢筋锈蚀，混凝土保护层完全碳化；不允许钢筋锈蚀，混凝土保护层完全碳化；T=t1（b允许钢筋锈蚀一定量值；允许钢筋锈蚀一定量值；T=t1 +t2（c承载力开始下降；承载力开始下降； T=t

28、1 +t2 +t3（2） t1 、t2 、t3的概念的概念t1 保护层完全碳化，钢筋表面氧化膜被破坏所需的时间；保护层完全碳化，钢筋表面氧化膜被破坏所需的时间；t2 氧化膜被破坏至钢筋锈蚀一定量所需的时间；氧化膜被破坏至钢筋锈蚀一定量所需的时间；t3 （ t1 +t2 ）后至构件承载力开始下降所需的时间；）后至构件承载力开始下降所需的时间；第九章 裂缝宽度和变形的验算结结构构混混凝凝土土耐耐久久性性的的基基本本要要求求 GB50010-2002 表表 3.4.2 环环境境类类别别 最最大大水水灰灰比比 最最小小水水泥泥用用量量 (kg/m3) 最最低低混混凝凝土土强强度度等等级级 最最大大氯氯离离子子含含