[指南]第9章钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的经久性.ppt

指南第9章钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的经久性 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望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.试验结果发现：钢筋混凝土受弯构件的实际挠度大于按材料力学试验结果发现：钢筋混凝土受弯构件的实际挠度大于按材料力学 计算出的挠度；计算出的挠度；3.理论和试验指出：钢筋混凝土受弯构件的实际截面刚度比弹性刚理论和试验指出：钢筋混凝土受弯构件的实际截面刚度比弹性刚 度减小；度减小；4.若仍然应用材料力学的公式形式计算实际挠度，则应对弹性刚度若仍然应用材料力学的公式形式计算实际挠度，则应对弹性刚度 加以修正；加以修正；5.基于以上原因，构件的挠度计算转化为对其刚度的计算。基于以上原因，构件的挠度计算转化为对其刚度的计算。炽龚愧真贿峨僧郴褒妇必天轻瓷诚釜腿柬逻授惫奴懒孟被雏馆倚浊娩有伸第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2一一.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，由材料力学可知其跨中最大挠度为：对于均布荷载下的简支梁，由材料力学可知其跨中最大挠度为：上式中，上式中，S=5/48，是与荷载形式和支撑条件有关的挠度系数；，是与荷载形式和支撑条件有关的挠度系数；M是最大弯矩。是最大弯矩。由材料力学可知：当荷载形式和支撑条件不变时，弯矩也不变。由材料力学可知：当荷载形式和支撑条件不变时，弯矩也不变。因此挠度的增大，只可能是因此挠度的增大，只可能是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：当不考虑材料的弹塑性时（即混凝土未裂时），讨论：当不考虑材料的弹塑性时（即混凝土未裂时），B用材料用材料力学方法计算；否则重新建立其计算方法。力学方法计算；否则重新建立其计算方法。楼钡鸦欣劫魂糙糠奋宽婪要旗校辐鸵儒拭己疏骆绍鲸僚狈鸥达看幅胜码肚第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3二二.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原因：模量刚度在荷载短期作用下降低的原因：模量E的降低和裂缝的出现的降低和裂缝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：裂缝出现后中和轴成为波浪线，曲率沿轴线不可知：裂缝出现后中和轴成为波浪线，曲率沿轴线不同，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）并引入若阶段应力图）并引入若干参数后可导出短期刚度计算的一般公式（干参数后可导出短期刚度计算的一般公式（9-10）。）。溢犊郑征棕距榷屯旧佐劳狸臼仿熔歼堑污袁痢假幌免蛆覆摔械捌侥中炎悸第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4三三.若干参数的表达式及短期刚度的计算式若干参数的表达式及短期刚度的计算式1.裂缝截面处内力臂长度系数近似取裂缝截面处内力臂长度系数近似取0.87，即公式（，即公式（9-11）；）；2.裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数 （参考图（参考图9-4）（1）的定义：裂缝间钢筋的平均应变与裂缝截面处钢筋的应变的的定义：裂缝间钢筋的平均应变与裂缝截面处钢筋的应变的 比值；比值；（2）的物理意义：反映裂缝间混凝土参与受拉（工作）的程度；的物理意义：反映裂缝间混凝土参与受拉（工作）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工作；凝土参与受拉的程度较小且即将完全退出工作；（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）坚撑芦贫坐呻辐嫁曳度展衣该辉而朵圾峨瘸茅伤鳖谴钙部寿刘捆焰丢小肠第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5四四.受弯构件（长期）刚度受弯构件（长期）刚度1.荷载长期作用下刚度降低的原因：徐变荷载长期作用下刚度降低的原因：徐变2.（长期）刚度（长期）刚度 ：按公式（：按公式（9-20）计算，其实质是将短期刚度）计算，其实质是将短期刚度 修正（折减）后得到的。修正（折减）后得到的。五五.最小刚度原则与挠度计算最小刚度原则与挠度计算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使用此方法值得讨论。设计计算时如何使用此方法值得讨论。（2）前述刚度未考虑靠近支座处刚度减小的幅度（若仅考虑弯矩）前述刚度未考虑靠近支座处刚度减小的幅度（若仅考虑弯矩）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（将减小刚度）。婿墓窝鞭桅舷袱稀遏妙徽慌墨烛蹦很峻班贴烧骸衙戴央职狰母细痊洼挪扰第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62.解决问题的办法：采用最小刚度原则解决问题的办法：采用最小刚度原则3.最小刚度原则：最小刚度原则：在同号弯矩段中在同号弯矩段中，认为弯矩值最大截面处的刚度，认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。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）根据最小刚度原则确定所求刚度；）根据最小刚度原则确定所求刚度；（2）代入材料力学公式计算挠度；）代入材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）；）；袭炊蔼嫉壶坪眺嘿罕择晾船歌必服癌刻泣馅务义素诵赔爷久昏痔炳肮蹭肮第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73.跨高比：一般讲，跨度越大则挠度越大；梁高越大，挠度越小；跨高比：一般讲，跨度越大则挠度越大；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.混凝土结构构件变形限值：规范根据有关要求规定的具体数值，混凝土结构构件变形限值：规范根据有关要求规定的具体数值，见附表见附表5-1。9.2 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算钢筋混凝土构件裂缝宽度验算一一.裂缝的出现、分布和开展裂缝的出现、分布和开展1.裂缝的出现：混凝土达到其抗拉强度后产生塑性变形，达到其极裂缝的出现：混凝土达到其抗拉强度后产生塑性变形，达到其极限拉伸变形后即开裂；理论上讲，混凝土抗拉强度是相等的，但是，限拉伸变形后即开裂；理论上讲，混凝土抗拉强度是相等的，但是，由于混凝土材料的离散性，总存在某薄弱处，此处强度最低，因此由于混凝土材料的离散性，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9-12（a）；）；酝庸炯羞昆走室菱沽庭容汹墨朱切席倘说群秸姐址瞎行凭颁作珊驶胃健蝉第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8 2.裂缝的分布：裂缝截面处混凝土产生滑移并退出工作，钢筋应力裂缝的分布：裂缝截面处混凝土产生滑移并退出工作，钢筋应力突增；离开裂缝截面一段长度（称为突增；离开裂缝截面一段长度（称为“传递长度传递长度”）后，混凝土与）后，混凝土与钢筋又能共同工作；当弯矩增大时，有可能在大于传递长度的部位钢筋又能共同工作；当弯矩增大时，有可能在大于传递长度的部位出现新的裂缝，直到裂缝出现新的裂缝，直到裂缝“出齐出齐”，一般讲，受弯构件受拉区两条，一般讲，受弯构件受拉区两条裂缝之间的平均间距为裂缝之间的平均间距为1.5倍的传递长度，见图倍的传递长度，见图9-12（b）；）；3.裂缝的开展：由于裂缝截面处混凝土的不断回缩、钢筋的不断伸裂缝的开展：由于裂缝截面处混凝土的不断回缩、钢筋的不断伸长，裂缝宽度将加大；一般讲，受拉钢筋表面处混凝土的裂缝宽度长，裂缝宽度将加大；一般讲，受拉钢筋表面处混凝土的裂缝宽度大约为构件受拉区表面处混凝土裂缝跨度的大约为构件受拉区表面处混凝土裂缝跨度的1/51/3；4.根据上述原理可进行裂缝宽度的计算，由于考虑了混凝土与钢筋根据上述原理可进行裂缝宽度的计算，由于考虑了混凝土与钢筋的滑移，所以求出的裂缝宽度是指钢筋表面处的，此即我国规范的的滑移，所以求出的裂缝宽度是指钢筋表面处的，此即我国规范的基本计算原理。基本计算原理。5.我国规范的思路：平均裂缝间距我国规范的思路：平均裂缝间距 平均裂缝宽度平均裂缝宽度 最大裂缝宽度最大裂缝宽度 癸锥汛滁装琐酥逊妓购茅跺锨评莫噶丧佐褐拭功天讳譬裂蒸坞腊矢律涉卖第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9二二.平均裂缝间距平均裂缝间距1.根据试验有关系：平均裂缝间距根据试验有关系：平均裂缝间距=1.5传递长度；传递长度；2.传递长度的求解：由图传递长度的求解：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缝间距的理论计算公式（缝间距的理论计算公式（9-27）；）；3.考虑钢筋外形和混凝土保护层的影响，可得到平均裂缝间距的经考虑钢筋外形和混凝土保护层的影响，可得到平均裂缝间距的经验公式（验公式（9-29）；）；三三.平均裂缝宽度平均裂缝宽度1.平均裂缝宽度计算式平均裂缝宽度计算式（1）计算原理：平均裂缝宽度）计算原理：平均裂缝宽度=平均裂缝间距范围内钢筋的伸长减平均裂缝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；（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）；）；至狠酋宙向鄙久娄淹轧独丘深虎炊滔穷银馒挠糯歹锡霞信潜烟哇紊拌鳃日第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10（3）根据试验，对公式（）根据试验，对公式（9-30）修正后可得经验公式（）修正后可得经验公式（9-32），此），此式与裂缝截面处钢筋应力、等因素有关。式与裂缝截面处钢筋应力、等因素有关。2.裂缝截面处的钢筋应力计算裂缝截面处的钢筋应力计算 对于受弯构件，裂缝截面处钢筋的应力可根据适筋梁第对于受弯构件，裂缝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），其余构件裂缝截面处的钢筋应力），其余构件裂缝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）（偏压构件）。）（偏压构件）。四四.最大裂缝宽度及其验算最大裂缝宽度及其验算1.确定最大裂缝宽度的方法确定最大裂缝宽度的方法（1）原则：最大裂缝宽度）原则：最大裂缝宽度=扩大系数扩大系数*平均裂缝宽度平均裂缝宽度（2）扩大系数考虑了裂缝宽度不均匀性、应力松弛和徐变。）扩大系数考虑了裂缝宽度不均匀性、应力松弛和徐变。队言难撒致龙灌侈饼镐捎虱撤叮甄载窃偷蹈匣厢肝伴咯搅誊王在鱼梁矩状第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112.最大裂缝宽度的计算最大裂缝宽度的计算（1）根据试验结果分析可得计算公式为（）根据试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说明；）式中各符号的意义见书上的说明；（3）公式（）公式（9-40）求得的最大裂缝宽度具有）求得的最大裂缝宽度具有95%的保证率。的保证率。3.最大裂缝宽度的验算条件最大裂缝宽度的验算条件（1）按公式（）按公式（9-40）求得的最大裂缝宽度小于或等于裂缝宽度限制）求得的最大裂缝宽度小于或等于裂缝宽度限制数值，即公式（数值，即公式（9-41）；）；（2）分析公式（）分析公式（9-40）可知，减小裂缝宽度的主要措施（在已满足）可知，减小裂缝宽度的主要措施（在已满足承载力要求的前提下）是减小钢筋的直径；承载力要求的前提下）是减小钢筋的直径；（3）不需要进行裂缝宽度验算的钢筋直径可查有关表格。）不需要进行裂缝宽度验算的钢筋直径可查有关表格。4.最大裂缝宽度的限制数值见附表最大裂缝宽度的限制数值见附表5-3，一般为，一般为0.20.3mm。榴踞镇年给整奖淳学俗被亦森缴行粘烃卑楞锻样领助讳黔良云矾扳膘浓邹第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129.3 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.延性的基本定义：构件从钢筋（或构件、截面）屈服至达到承载延性的基本定义：构件从钢筋（或构件、截面）屈服至达到承载力极限状态期间的变形能力。力极限状态期间的变形能力。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）适应非直接荷载的作用（如地基不均匀沉降和温差）；）适应非直接荷载的作用（如地基不均匀沉降和温差）；（4）使超静定结构能充分发生内力重分布；）使超静定结构能充分发生内力重分布；3.延性的描述指标：延性系数延性的描述指标：延性系数版豪碟援缘桐靴锑掩燕耻唤恤躲事砧宙系铁寝富酷湿贱茁著菇让六姆洗迷第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13二二.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：截面达到承载力极限状态时的曲）曲率延性系数的物理意义：截面达到承载力极限状态时的曲率与截面受拉钢筋开始屈服的曲率之比；率与截面受拉钢筋开始屈服的曲率之比；（3）根据平截面假定和上述两种状态的应力图形可推出截面曲率）根据平截面假定和上述两种状态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.影响因素影响因素（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。稽氮瓜瞩安码黑摄拼突俐霓瓷舞亮摇蓄酷执涛捆鸳杨答豁守贸到峦组檀锣第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143.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.配箍率增加，延性系数加大，如图配箍率增加，延性系数加大，如图9-20。9.3 混凝土结构的耐久性混凝土结构的耐久性一一.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.结构的耐久性：正常维护下，结构在设计周期内无需维修加固。结构的耐久性：正常维护下，结构在设计周期内无需维修加固。剿浊耕兔梅勇乘屑鉴纶屎刨霜赶隔纬嵌团燕衫步撤茧涪梳藐婉唉漳瞳透第第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152.影响耐久性能的主要因素影响耐久性能的主要因素（1）内部因素：混凝土的强度、密实性、水泥用量、水灰比、化）内部因素：混凝土的强度、密实性、水泥用量、水灰比、化学成分、外加剂和保护层厚度等；学成分、外加剂和保护层厚度等；（2）外部因素：温度和湿度等。）外部因素：温度和湿度等。二二.混凝土的碳化混凝土的碳化1.碳化的基本情况碳化的基本情况（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保护层厚度、提高密实性和抗渗性等。规定水灰比限值和保护层厚度、提高密实性和抗渗性等。箩勿糖罗棘琶芳货映杏魁伶贯绿匝穷锻诬懊脊桂蜜驾榆绸褂邻赶工龋政完第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16三三.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 我国结构设计规范中首次列入耐久性设计条文。我国结构设计规范中首次列入耐久性设计条文。1.耐久性概念设计的目的和基本原则耐久性概念设计的目的和基本原则（1）设计目的：确保结构在正常使用情况下具备既定的功能。）设计目的：确保结构在正常使用情况下具备既定的功能。（2）基本原则：根据环境类别和设计工作寿命进行设计。）基本原则：根据环境类别和设计工作寿命进行设计。2.混凝土结构使用环境类别混凝土结构使用环境类别 我国分为五类，见附表我国分为五类，见附表5-2。3.混凝土结构设计的使用年限混凝土结构设计的使用年限（1）一般为）一般为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。佩枫呸已诱颊念磷蓄晶互空汉俐突级粹匙涟词揍审歼着趣脯蛇耐捷凉贵乌第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174.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）结构技术措施：（）结构技术措施：（P.239）1）4）；）；（2）对材料的要求：（）对材料的要求：（P.239）1）3）；）；（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）混凝土保护层的最小厚度（注意不能太厚，否则会加大裂缝）混凝土保护层的最小厚度（注意不能太厚，否则会加大裂缝宽度且不经济），还可采用防护覆盖层。宽度且不经济），还可采用防护覆盖层。恭领甜弟眺持佬官积裤渤撬粉轨甜藩证煞覆绥幼夸区差筐止忙匹漫泉壤则第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18