混凝土结构设计原理裂缝变形.pptx

主要原因 荷载引起的裂缝 温度变化、混凝土收缩及地基不均匀沉降引起 施工不当引起 大体积混凝土水化热过高引起的开裂（内外温 差大）混凝土保护层碳化致使钢筋锈蚀引起的裂缝 碱集料反应引起裂缝 动容循环裂缝及其控制第1页/共62页裂缝控制的目的 （1）使用功能的要求 （2）建筑外观的要求 （3）耐久性的要求裂缝控制等级 一级严格要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合 计算时，受拉边缘不应产生拉应力；二级一般要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合 计算时，受拉边缘拉应力不超过混凝土抗拉强 度标准值；三级允许开裂的构件，裂缝宽度不超过规范限值。（按荷载准永久组合并考虑长期作用影响)第2页/共62页正常使用极限状态表达式正常使用极限状态表达式在荷载效应的标准组合、频遇组合或准永久组合下在荷载效应的标准组合、频遇组合或准永久组合下(1)(1)标准组合标准组合（3 3）准永久组合）准永久组合（2 2）频遇组合）频遇组合可变荷载可变荷载QQ1 1的频遇值系数的频遇值系数可变荷载可变荷载QQi i的准永久值系数的准永久值系数第3页/共62页 裂缝宽度验算 对于允许出现裂缝的构件，按荷载效应准永久组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度，满足：第4页/共62页第5页/共62页第6页/共62页第7页/共62页第8页/共62页第9页/共62页第10页/共62页第11页/共62页第12页/共62页第13页/共62页第14页/共62页第15页/共62页第16页/共62页第17页/共62页裂缝宽度计算第18页/共62页第19页/共62页 裂缝开展机理 为裂缝间距 第20页/共62页（1）粘结滑移理论 粘结滑移理论认为裂缝宽度就是 范围内钢筋与混凝土相对滑移的变形差。混凝土表面裂缝宽度与钢筋表面处的裂缝宽度是一样的。裂缝处混凝土均匀回缩，回缩后为平面 第21页/共62页（2）无滑移理论 认为裂缝出现后，混凝土的回缩变形为曲线形状，钢筋表面处裂缝宽度为0，wf 与混凝土保护层厚度有关。第22页/共62页（3）试验结果（综合理论）试验结果表明，裂缝开展机理是粘结滑移理论和无滑移理论的综合。第23页/共62页平均裂缝宽度 裂缝宽度计算第24页/共62页平均裂缝间距第25页/共62页 对于常用的带肋钢筋，规范给出的平均裂缝间距lm的计算公式为轴心受拉构件受弯、偏拉、偏压构件.n=0.7n=1n对光面钢筋对带肋钢筋 种纵向钢筋的相对粘结特征系数受拉区第 ii第26页/共62页受弯、偏心受压、偏心受拉轴心受拉构件：Ate=截面面积受弯、偏压、偏拉：第27页/共62页最大裂缝宽度最大裂缝宽度的计算规范规定：在平均裂缝宽度的基础上，考虑荷载短期效应裂缝扩大系数及荷载长期效应裂缝扩大系数。第28页/共62页纵向钢筋应变不均匀系数第29页/共62页裂缝截面处的钢筋应力第30页/共62页第31页/共62页不满足最大裂缝宽度要求时采取的措施施加预应力减小钢筋直径适当增加配筋率例题9-1 例题9-2第32页/共62页公桥规裂缝宽度计算公式 采用数理统计的经验公式，最大裂缝宽度(mm)第33页/共62页第34页/共62页 受弯构件的挠度验算f flim 按荷载准永久组合，并考虑长期作用影响第35页/共62页 混凝土受弯构件变形计算的特点匀质弹性材料梁的跨中挠度 f 为 当梁的截面形状、尺寸和材料确定时，其截面弯曲刚度EI 是一个常数，既与弯矩无关，也不受时间影响。混凝土受弯构件的跨中挠度 f 为 B 钢筋混凝土受弯构件的弯曲刚度，混凝土材料非弹性、非匀质、非连续，其变形模量 Ec 随截面应力增大而减小，裂缝开展降低惯性矩 Ic，混凝土徐变、收缩等特性，需要考虑长期荷载的影响，因而确定钢筋混凝土构件的弯曲刚度 B 要较确定匀质材料梁 EI 复杂得多。第36页/共62页钢筋混凝土受弯构件的M关系曲线受诸多因素影响，目前尚难以给出明确的解析表达式。适筋梁M关系曲线通过一定的理论分析与试验研究，确定构件在短期荷载作用下的刚度Bs，然后考虑长期荷载的影响，以计算构件正常使用阶段的挠度。对要求不出现裂缝的构件，截面弯曲刚度取为0.85EcIc。第37页/共62页短期刚度Bs平均曲率根据平均应变符合平截面的假定，可得平均曲率为平均曲率半径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截面的有效高度第38页/共62页梁纯弯段内各截面应变及裂缝分布第39页/共62页平均应变按荷载效应的标准组合计算的裂缝截面处受压区边缘混凝土的压应力受压区边缘混凝土平均应变综合系数，又称截面弹塑性抵抗矩系数第40页/共62页短期刚度Bs的计算公式 公式适用于矩形、T形、倒T形和I形截面受弯构件，计算的平均曲率与试验结果符合较好。第41页/共62页受弯构件长期刚度B（1）受压区混凝土产生徐变；（2）裂缝间受拉混凝土的应力松弛、混凝土和钢筋的滑移徐变，使受拉混凝土不断退出工作；（3）裂缝不断向上发展，使其上部原来受拉的混凝土脱离工作，使内力臂减小；（4）由于受拉区和受压区混凝土的收缩不一致，使梁发生翘曲，亦将导致曲率的增大和刚度的降低；（5）所有影响混凝土徐变和收缩的因素都将影响刚度的降低，使构件挠度增大。荷载长期作用下刚度降低的原因：第42页/共62页按荷载效应的标准组合计算的弯矩，取计算区段内的最大弯矩值按荷载效应的准永久组合计算的弯矩，取计算区段内的最大弯矩值考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数采用荷载标准组合时采用荷载准永久组合时第43页/共62页 最小刚度原则与挠度验算 最小刚度原则就是在同一符号弯矩区段内最大弯矩Mmax 处的截面刚度Bmin作为该区段的刚度B以计算构件的挠度。采用结构力学的方法计算挠度，公式中采用 B 代替EI第44页/共62页简支梁均布荷载 简支梁跨中集中荷载 悬臂梁均布荷载 悬臂梁集中荷载 第45页/共62页第46页/共62页提高受弯构件刚度的措施 增大构件截面有效高度是提高构件截面刚度最有效的措施 当截面高度及其他条件不变时，如有受拉翼缘或受压翼缘，则 Bs有所增大 增大受拉筋的配筋率，Bs 略有增大 当设计中构件的截面高度受到限制时，可考虑增加受拉钢筋配筋率、采用双筋截面等措施 采用高性能混凝土、对构件施加预应力等都是提高混凝土构件刚度的有效措施第47页/共62页 公路桥涵工程受弯构件变形验算 长期挠度按荷载短期效应组合计算值，再乘以长期增大 系数 C40以下混凝土时 C40C80混凝土时 预拱度=自重挠度+可变荷载频遇值的长期挠度 第48页/共62页荷载短期效应组合挠度计算公式 （1）刚度B (EI)钢筋混凝土受弯构件，在正常的使用荷载作用下处于第II阶段（带裂缝工作），开裂截面刚度降低。变形验算以第II阶段为依据。第49页/共62页按变截面分析，得两端相对转角 等效为等截面，得两端相对转角 根据 进行换算 由试验分析 第50页/共62页（2）挠度计算 按结构力学的弹性方法计算，公式中的EI用B替换简支梁均布荷载 简支梁跨中集中荷载 悬臂梁均布荷载 悬臂梁集中荷载 第51页/共62页开裂截面惯性矩 矩形由解得 第52页/共62页开裂截面惯性矩 T形化简得第53页/共62页全截面换算截面惯性矩第54页/共62页混凝土结构的耐久性规范条文：第55页/共62页第56页/共62页第57页/共62页耐久性 在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，结构构件在规定期限内保持其适用性和安全性的能力。混凝土碳化、混凝土碱集料反应、反复冻融循环、钢筋锈蚀等。第58页/共62页问题的提出 (1).混凝土的碳化 Ca(OH)2+2CO2=Ca(HCO3)2 (2).氯离子侵蚀 Ca(OH)2+Cl+碱性降低；(3).碱骨料反映：生成碱硅酸盐凝胶，吸水膨胀；(4).冻融循环：混凝土中的水份结冰膨胀；(5).钢筋的锈蚀：混凝土的问题引起钢筋锈蚀。第59页/共62页解决的方法 （1）.确保混凝土保护层厚度；（2）.严格控制水灰比；（3）.确保抗冻等级和耐久性指标；（4）.确保混凝土最低强度、最大水胶比、最小胶凝材料用量；（5）.加气剂的使用；第60页/共62页第61页/共62页感谢您的观看。第62页/共62页