《混凝土结构基本原理》 第2版 课件 第8章 混凝土结构的疲劳验算

混凝土结构基本原理

FundamentalsofConcreteStructure第8章混凝土受弯构件的疲劳验算主讲：王海军教授

许多钢筋混凝土结构承受重复荷载的作用，如钢筋混凝土吊车梁受到重复荷载的作用，道桥受到车辆振动的影响，混凝土基础受到汽锤的重复冲击，港口海岸的混凝土结构受到波浪冲击等。对于这类结构的设计，需要考虑结构构件的疲劳强度问题。

疲劳验算时，荷载应取用标准值，对吊车荷载尚应乘以动力系数，吊车荷载的动力系数按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50008-2012的规定取用；对跨度不大于12m的吊车梁，可取用一台最大吊车荷载。混凝土在重复荷载作用下的应力-应变曲线混凝土在荷载重复作用下引起的破坏称为疲劳破坏。疲劳强度：荷载重复作用下使应力应变曲线始终保持密合直线的最大应力值；8.1混凝土和钢筋的疲劳性能8.1.1混凝土的疲劳性能应力大小应力幅疲劳强度影响疲劳应力比值计算公式：?请回答！混凝土的疲劳强度用疲劳试验测定。采用100×100×300mm或150×150×450mm的棱柱体，将试件在200万次或其以上的循环荷载而发生破坏的压应力值称为混凝土的疲劳抗压强度，以fcf表示。混凝土的轴心抗压疲劳强度设计值、轴心抗拉疲劳强度设计值可由其相应的静载强度设计值乘以疲劳强度修正系数γp确定。γp

与疲劳应力比ρcf

有关，应力比越大，修正系数越大。疲劳强度：钢筋在周期性重复动荷载作用下，经过一定循环次数后，钢材的破坏特征将从塑性破坏变成脆性断裂，这种破坏称为钢筋的疲劳破坏。低于静力荷载下钢筋的极限强度，有时还低于屈服强度。钢筋的疲劳强度是指在规定应力幅内，经受一定次数（我国规定200万次）循环荷载后发生疲劳破坏的最大应力值。8.1.2钢筋的疲劳性能①疲劳应力幅是影响钢筋疲劳强度的主要因素。钢筋疲劳强度受到许多因素的影响。普通钢筋预应力钢筋②最小应力值大小对疲劳强度有重要影响。③钢筋外表面的几何尺寸和钢筋直径等也都有一定的影响。④焊接对钢筋疲劳强度也有明显的影响。钢筋的疲劳强度和疲劳寿命常用应力幅

和应力循环次数n的关系曲线来表示，称为

-n曲线《规范》考虑钢筋疲劳应力比的钢筋疲劳应力幅限值如表：

§8.2钢筋混凝土受弯构件的疲劳验算1、基本假定8.2.1正截面疲劳验算钢筋混凝土受弯构件疲劳验算包括正截面和斜截面。◆①

平截面假定◆②受压区混凝土的法向应力图形为三角形；◆③不考虑受拉区混凝土的抗拉强度，拉应力全部由钢筋承受；◆④采用换算截面计算，钢筋截面面积换算为混凝土截面面积的换算系数取钢筋弹性模量与混凝土疲劳变形模量的比值，即

2.基本计算公式根据基本假定，钢筋混凝土受弯构件正截面疲劳的计算应力图形如图。①受压区边缘纤维混凝土的最大应力应符合下列条件：（8-3）—疲劳验算时考虑相应荷载组合下产生的最大弯矩值；—疲劳验算时与验算弯矩相应方向的换算截面的受压区高度；—疲劳验算时与验算弯矩相应方向的换算截面的惯性矩；—混凝土轴心抗压疲劳强度设计值②纵向受拉钢筋应力幅应符合下列条件：（8-5）—钢筋疲劳应力幅限值，按表8-4和表8-5取用；—疲劳验算时受拉区第i层纵向钢筋的应力幅；

（8-8）其中式中

——疲劳验算时同一截面上在相应荷载组合下产生的最大弯矩值

和最小弯矩值；

——分别由和引起相应截面受拉区第i层纵向钢筋的应力；

——与验算弯矩和相应方向的截面受压区边缘至受拉区第I

层纵向钢筋截面重心的距离。8.2.2斜截面疲劳验算

1.斜截面疲劳破坏特征斜截面的疲劳破坏与静载作用下的破坏相似，随着剪跨比不同，也大致分为斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏。①配置箍筋的梁，斜裂缝出现前，箍筋应变和应力很小；斜裂缝出现后，混凝土退出工作而导致穿过斜裂缝的箍筋应变和应力急剧增大，而分配给混凝土承担的剪力却随荷载重复次数的增加而降低，发生了明显的应力重分布。应力重分布的结果是加重了箍筋的负担。当重复荷载增大到使箍筋应力接近其疲劳应力幅限值时，首先在腹板中部穿过斜裂缝的某肢箍筋产生疲劳断裂。以后，随着荷载重复次数的继续增加，箍筋逐根疲劳断裂．最后导致梁发生疲劳破坏。梁从斜截面第一根箍筋疲劳断裂后到完全破坏，一般要经历数万次到数十万次的过程，并不断产生应力重分布。2.影响斜截面疲劳强度的因素凡影响斜截面静力受剪承载力的因素（如剪跨比、混凝土强度、纵向钢筋抗拉强度和配筋率、箍筋抗拉强度和配筋率、截面尺寸和形状等），都将影响斜截面疲劳强度。此外，荷载重复次数及荷载水平也将影响斜截面疲劳强度②配置有箍筋和弯起钢筋的构件，在多次重复荷载作用下，在通常情况下，弯起钢筋的应力幅大于相应的箍筋应力幅。因此，弯起钢筋往往先于箍筋发生疲劳断裂。因此，不提倡采用弯起钢筋作为抵抗斜截面疲劳的钢筋。3.斜截面疲劳应力计算和疲劳强度验算对仅配有箍筋的构件，因受拉区混凝土不参加工作，故中和轴处的主拉应力等于中和轴处的剪应力（8-14）式中——疲劳验算时取用的剪力；

b——矩形截面宽度、T形或I形截面的腹板宽度；

——受压区合力点至受拉钢筋合力点的距离疲劳强度验算，分两种情况：①对于中和轴处的混凝土剪应力符合公式（8-15）要求的区段，其剪应力全部由混凝土承受。（8-15）式中——混凝土轴心抗拉疲劳强度设计值；

——疲劳验算时在相应荷载组合下构件验算截面的最大剪力值②对于中和轴处的混凝土剪应力不符合式（8-15）要求的区段，其剪应力由箍筋和混凝土共同承受。箍筋的疲劳应力幅应符合：（8-17）式中——箍筋疲劳应力幅限值；——疲劳验算时的箍筋应力幅，钢筋混凝土受弯构件斜截面上箍筋的应力幅应按下列公式计算（8-18）（8-19）（8-20）——疲劳验算时构件验算截面的最大剪力幅值