钢筋混凝土正常使用极限状态验算课件.ppt

关于钢筋混凝土正常使用极限状态验算第1页，此课件共61页哦 结构构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值，结构构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值，超过该极限状态，结构就不满足预定的适用性或耐久性要求。超过该极限状态，结构就不满足预定的适用性或耐久性要求。正常使用极限状态：正常使用极限状态：正常使用极限状态验算可能成为设计中控制情况。正常使用极限状态验算可能成为设计中控制情况。一般只对持久状况进行验算。一般只对持久状况进行验算。正常使用极限状态验算的可靠度要求较低，一般要求正常使用极限状态验算的可靠度要求较低，一般要求=1.0 2.0。材料强度和荷载采用标准值。水口规范中，还不考虑结构重要。材料强度和荷载采用标准值。水口规范中，还不考虑结构重要性系数。性系数。第2页，此课件共61页哦正常使用极限状态的验算内容：正常使用极限状态的验算内容：1、正常使用的抗裂验算或裂缝宽度验算、正常使用的抗裂验算或裂缝宽度验算2、正常使用的挠度验算、正常使用的挠度验算钢筋混凝土结构构件一般都是首先进行承载力计算以确定构件的截钢筋混凝土结构构件一般都是首先进行承载力计算以确定构件的截面尺寸与配筋。因此变形、裂缝等正常使用极限状态的计算内容属于验面尺寸与配筋。因此变形、裂缝等正常使用极限状态的计算内容属于验算性质。算性质。如何同时保证承载能力极限状态与正常如何同时保证承载能力极限状态与正常使用极限状态？使用极限状态？第3页，此课件共61页哦8.1 8.1 抗裂验算抗裂验算抗裂验算抗裂验算影响外观，产生不安全感影响外观，产生不安全感缩短混凝土碳化到达钢筋的时间，钢筋提早锈蚀缩短混凝土碳化到达钢筋的时间，钢筋提早锈蚀侵蚀环境中，加速钢筋锈蚀侵蚀环境中，加速钢筋锈蚀水头较大时，产生水力劈裂现象水头较大时，产生水力劈裂现象 一般混凝土结构都是带裂缝工作的，裂缝对混凝土结构有以下一般混凝土结构都是带裂缝工作的，裂缝对混凝土结构有以下不利影响：不利影响：第4页，此课件共61页哦裂缝控制等级裂缝控制等级第5页，此课件共61页哦一、轴心受拉构件一、轴心受拉构件钢筋与混凝土变形协调，即将开裂时，钢筋与混凝土变形协调，即将开裂时，c=ft；s=sEs=tuEs =Es ft/Ec=E ft第6页，此课件共61页哦为满足目标可靠指标要求，引进拉应力限制系数为满足目标可靠指标要求，引进拉应力限制系数ct，ft 改用改用ftk:靠增加钢筋提高抗裂能力是不经济，不合理的。靠增加钢筋提高抗裂能力是不经济，不合理的。Nk 由荷载标准值计算的轴向力；ftk 砼轴心抗拉强度标准值；ct砼拉应力限制系数，ct=0.85；A0 换算截面面积，A0=Ac+EAs，E 钢筋和砼的弹性模量比，E=Es/Ec；As为钢筋截面面积；Ac为砼截面面积。第7页，此课件共61页哦二、受弯构件二、受弯构件受弯构件正截面即将开裂时，应力处于第受弯构件正截面即将开裂时，应力处于第I阶段末（阶段末（Ia）。）。受拉区近似假定为梯形，塑化区占受拉区高度的一半。受拉区近似假定为梯形，塑化区占受拉区高度的一半。利用平截面假定，根据力和力矩的平衡，求出利用平截面假定，根据力和力矩的平衡，求出Mcr。第8页，此课件共61页哦 更更方方便便的的是是在在保保持持Mcr相相等等的的条条件件下下，将将受受拉拉区区梯梯形形应应力力图图 折折换换成成直线分布应力图。直线分布应力图。受拉边缘应力为受拉边缘应力为mft。m为为截面抵抗矩的塑性系数截面抵抗矩的塑性系数。换算后可直接用弹性体的材料力学公式进行计算。换算后可直接用弹性体的材料力学公式进行计算。第9页，此课件共61页哦A0=Ac+E As+E As 把钢筋换算为同位置的砼截面面积把钢筋换算为同位置的砼截面面积 E As和和 E As：W0换算截面换算截面A0对受拉边缘的弹性抵抗矩；对受拉边缘的弹性抵抗矩；y0换算截面重心轴至受压边缘的距离；换算截面重心轴至受压边缘的距离；I0换算截面对其重心轴的惯性矩。换算截面对其重心轴的惯性矩。为满足目标可靠指标的要求，引用拉应力限制系数为满足目标可靠指标的要求，引用拉应力限制系数 ct，荷载和材料强度均取用标准值。荷载和材料强度均取用标准值。第10页，此课件共61页哦m是是受受拉拉区区为为梯梯形形的的应应力力图图形形，按按抗抗裂裂弯弯矩矩相相等等的的原原则则，折折算成直线应力图形时，相应受拉边缘应力比值。算成直线应力图形时，相应受拉边缘应力比值。m值与截面形状有关；值与截面形状有关；m值与假定的受拉区应力图形有关；值与假定的受拉区应力图形有关；各种截面的各种截面的m值见附录值见附录5 5表表4 4。m值还与截面高度值还与截面高度h,m值随值随h值的增大而减小。值的增大而减小。乘乘以以考考虑虑截截面面高高度度影影响响的的修修正正系系数数 ，其其值值不不大大于于1.1。h以以mm计，当计，当h3000mm，取，取h=3000mm。第11页，此课件共61页哦三、偏心受拉构件三、偏心受拉构件 把钢筋换算为砼截面面积，将应力折换成直线分布，引入把钢筋换算为砼截面面积，将应力折换成直线分布，引入偏拉偏拉，采用迭加原理，用材料力学公式进行计算采用迭加原理，用材料力学公式进行计算 ：偏拉偏拉为为偏心受拉构件的截面抵抗矩塑性系数偏心受拉构件的截面抵抗矩塑性系数。第12页，此课件共61页哦轴拉构件应变梯度为零轴拉构件应变梯度为零，轴拉轴拉1随应变梯度加大，塑性影响系数加大。随应变梯度加大，塑性影响系数加大。第13页，此课件共61页哦 近似近似：偏拉偏拉随平均拉应力随平均拉应力=Nk/A0的大小，按线性规律在的大小，按线性规律在1与与m之间变化：之间变化：=0时（受弯）时（受弯）,偏拉偏拉m;=ctftk时（轴拉）时（轴拉）,偏拉偏拉1 1第14页，此课件共61页哦偏心受拉构件抗裂验算公式：e0轴向拉力的偏心距；轴向拉力的偏心距；第15页，此课件共61页哦四、偏心受压构件四、偏心受压构件偏压偏压大于大于m，为简化计算并偏于安全取，为简化计算并偏于安全取偏压偏压m：第16页，此课件共61页哦8.2 8.2 裂缝开展宽度验算裂缝开展宽度验算裂缝开展宽度验算裂缝开展宽度验算一、裂缝的成因和对策一、裂缝的成因和对策砼结构中存在砼结构中存在拉应力拉应力是产生裂缝的必要条件。是产生裂缝的必要条件。当混凝土拉应变达到当混凝土拉应变达到极限拉应变极限拉应变 tu 时出现裂缝。时出现裂缝。裂缝分裂缝分荷载荷载和和非荷载非荷载因素引起的两类因素引起的两类 。非非荷荷载载因因素素如如温温度度变变化化、砼砼收收缩缩、基基础础不不均均匀匀沉沉降降、塑塑性性坍落、冰冻、钢筋锈蚀及碱一骨料化学反应等都能引起裂缝。坍落、冰冻、钢筋锈蚀及碱一骨料化学反应等都能引起裂缝。水工钢筋砼结构中，大部分裂缝由非荷载因素引起。水工钢筋砼结构中，大部分裂缝由非荷载因素引起。第17页，此课件共61页哦1、由荷载引起的裂缝、由荷载引起的裂缝 裂缝宽度计算限于由弯矩、轴心拉力、裂缝宽度计算限于由弯矩、轴心拉力、偏心拉偏心拉(压压)力等引起的力等引起的垂直裂缝（正垂直裂缝（正截面裂缝）截面裂缝）。剪力或扭矩引起的剪力或扭矩引起的斜裂缝斜裂缝计算没有在计算没有在规范中反映。规范中反映。对策对策：合理配筋，控制钢筋应力不合理配筋，控制钢筋应力不过高，钢筋直径不过粗。过高，钢筋直径不过粗。第18页，此课件共61页哦2、由非荷载因素引起的裂缝、由非荷载因素引起的裂缝温度变化温度变化混凝土收缩混凝土收缩基础不均匀沉降基础不均匀沉降冰冻冰冻钢筋锈蚀钢筋锈蚀.1 1）温度变化引起的裂缝）温度变化引起的裂缝 温温度度变变化化产产生生变变形形即即热热胀胀冷冷缩缩。变变形形受受到到约约束束，就就产产生生裂裂缝。缝。对策对策：设伸缩缝，减小约束，允许自由变形。设伸缩缝，减小约束，允许自由变形。大大体体积积砼砼，内内部部温温度度大大，外外周周温温度度低低，内内外外温温差差大大，引引起温度裂缝。起温度裂缝。减减小小温温度度差差：分分层层分分块块浇浇筑筑，采采用用低低热热水水泥泥，埋埋置置块块石石，预冷骨料，预埋冷却水管等。预冷骨料，预埋冷却水管等。第19页，此课件共61页哦2 2）砼收缩引起的裂缝）砼收缩引起的裂缝砼在空气中结硬产生收缩变形，产生收缩裂缝。砼在空气中结硬产生收缩变形，产生收缩裂缝。对对策策：设设伸伸缩缩缝缝，降降低低水水灰灰比比，配配筋筋率率不不过过高高，设设置置构构造造钢筋使收缩裂缝分布均匀，加强潮湿养护。钢筋使收缩裂缝分布均匀，加强潮湿养护。3 3）基础不均匀沉降引起的裂缝）基础不均匀沉降引起的裂缝对策对策：构造措施及设沉降缝等。构造措施及设沉降缝等。4 4）砼塑性坍落引起的裂缝）砼塑性坍落引起的裂缝对对策策：控控制制水水灰灰比比，采采用用适适量量减减水水剂剂，不不漏漏振振，不不过过振振，避避免免泌泌水水现象，在砼终凝前抹面压光。现象，在砼终凝前抹面压光。第20页，此课件共61页哦5）冰冻引起的裂缝）冰冻引起的裂缝水在结冰时体积增加，孔道中水结冰会使砼胀裂。水在结冰时体积增加，孔道中水结冰会使砼胀裂。6）钢筋锈蚀引起的裂缝）钢筋锈蚀引起的裂缝钢钢筋筋锈锈蚀蚀是是电电化化学学反反应应，钢钢筋筋生生锈锈体体积积膨膨胀胀，产产生生顺顺筋筋裂裂缝缝，导导致致砼砼保护层剥落，影响结构耐久性。保护层剥落，影响结构耐久性。对策对策：提高砼密实度和抗渗性，适当加大保护层厚度。提高砼密实度和抗渗性，适当加大保护层厚度。第21页，此课件共61页哦7）碱）碱-骨料化学反应引起的裂缝骨料化学反应引起的裂缝砼砼孔孔隙隙中中水水泥泥的的碱碱性性溶溶液液与与活活性性骨骨料料(含含活活性性SiO2)化化学学反反应应生生成碱成碱-硅酸凝胶，遇水膨胀，使砼胀裂。硅酸凝胶，遇水膨胀，使砼胀裂。对对策策：选选择择低低含含碱碱量量的的水水泥泥，限限制制活活性性骨骨料料含含量量，高高砼砼的的密密实实度度和采用较低的水灰比。和采用较低的水灰比。第22页，此课件共61页哦二、裂缝宽度计算理论概述二、裂缝宽度计算理论概述2、半经验半理论公式、半经验半理论公式1、数理统计公式、数理统计公式 通过对大量试验资料的分析，选出影响裂缝宽度的主要参数，通过对大量试验资料的分析，选出影响裂缝宽度的主要参数，进行数理统计后得出。进行数理统计后得出。为我国为我国规范规范采用，从力学模型出发推导出理论计算公式，用采用，从力学模型出发推导出理论计算公式，用试验资料确定公式中系数。理论又可分为三类：试验资料确定公式中系数。理论又可分为三类：粘结滑移理论粘结滑移理论无滑移理论无滑移理论综合理论综合理论第23页，此课件共61页哦粘结滑移理论粘结滑移理论 裂裂缝缝开开展展是是由由于于钢钢筋筋和和砼砼之之间间不不再再保保持持变变形形协协调调而而出出现现 相相对对滑移造成的。滑移造成的。在在一一个个裂裂缝缝区区段段(裂裂缝缝间间距距lcr)内内，钢钢筋筋与与砼砼伸伸长长之之差差是是裂裂缝缝开开展展宽宽度度，lcr越大，越大，越大。越大。砼表面的裂缝宽度与内部钢筋表面处是一样的。砼表面的裂缝宽度与内部钢筋表面处是一样的。钢筋和混凝土之间出现粘结滑移。钢筋和混凝土之间出现粘结滑移。第24页，此课件共61页哦无粘结滑移理论无粘结滑移理论假假定定裂裂缝缝开开展展后后，砼砼截截面面在在局局部部范范围围内内不不再再保保持持为为平平面面，钢钢筋筋与与砼砼之之间间的粘结力不破坏，的粘结力不破坏，相对滑移忽略不计相对滑移忽略不计表面裂缝宽度是受从钢筋到构件表面表面裂缝宽度是受从钢筋到构件表面的应变梯度控制的，与保护层厚度的应变梯度控制的，与保护层厚度c c大小有关。大小有关。综合理论综合理论 建建立立在在前前两两种种理理论论基基础础上上，既既考考虑虑保保护护层层厚厚度度c c的的影影响响，也也考考虑虑钢钢筋可能出现的滑移。筋可能出现的滑移。第25页，此课件共61页哦三、裂缝开展机理及计算理论三、裂缝开展机理及计算理论 荷载很小时，未出现裂缝，在荷载很小时，未出现裂缝，在纯弯段各个截面的拉应力大致相同。纯弯段各个截面的拉应力大致相同。当达到混凝土的抗拉强度时，达到当达到混凝土的抗拉强度时，达到将裂未裂的状态。第一阶段末。将裂未裂的状态。第一阶段末。在混凝土最薄弱截面处出在混凝土最薄弱截面处出现第一批裂缝。（一条或几条）现第一批裂缝。（一条或几条）。钢筋应力和应变有突变，混。钢筋应力和应变有突变，混凝土回缩，所以裂缝一旦出现凝土回缩，所以裂缝一旦出现就会有一定的宽度。就会有一定的宽度。a1、裂缝出现前后的应力状态、裂缝出现前后的应力状态第26页，此课件共61页哦abctslcr 两者之间有相对滑移，直到两者之间有相对滑移，直到共同变形。通过粘结应力的作用共同变形。通过粘结应力的作用,混凝土又逐渐承受拉力。拉混凝土又逐渐承受拉力。拉力从零到最大。一定距离后，力从零到最大。一定距离后，两者应力恢复到开裂前的状态。两者应力恢复到开裂前的状态。一定距离后，混凝土拉应一定距离后，混凝土拉应力又达到最大，又可能产生新力又达到最大，又可能产生新的裂缝。的裂缝。第27页，此课件共61页哦 裂缝出现后，沿构件长度方向，钢筋与砼的应力随裂缝位置裂缝出现后，沿构件长度方向，钢筋与砼的应力随裂缝位置变化，中和轴随裂缝位置呈波浪形起伏。变化，中和轴随裂缝位置呈波浪形起伏。第28页，此课件共61页哦 由于砼质量不均，裂缝间距有疏有密。最大间距可为平均间由于砼质量不均，裂缝间距有疏有密。最大间距可为平均间距的距的1.32倍。倍。裂缝出现有先有后，荷载超过开裂荷载裂缝出现有先有后，荷载超过开裂荷载50以上时，裂缝间距才以上时，裂缝间距才趋于稳定。趋于稳定。裂缝开展宽度有大有小，实际设计应考虑裂缝开展宽度有大有小，实际设计应考虑最大裂缝宽度最大裂缝宽度。平均裂缝宽度平均裂缝宽度m乘以扩大系数乘以扩大系数最大裂缝宽度最大裂缝宽度max第29页，此课件共61页哦2、平均裂缝宽度、平均裂缝宽度mv把问题理想化，裂缝是等间距的，同时发生的。把问题理想化，裂缝是等间距的，同时发生的。v荷载增加只加大裂缝宽度，不产生新的裂缝。荷载增加只加大裂缝宽度，不产生新的裂缝。v各条裂缝宽度，在同一荷载下相等。各条裂缝宽度，在同一荷载下相等。第30页，此课件共61页哦2、平均裂缝宽度、平均裂缝宽度m钢筋重心处裂缝宽度钢筋重心处裂缝宽度wm等于等于两条相邻裂缝之间钢筋与砼伸长之两条相邻裂缝之间钢筋与砼伸长之差：差：sm、cm 分别为裂缝间钢筋及砼的平均应变；分别为裂缝间钢筋及砼的平均应变；lcr 裂缝间距。裂缝间距。砼的拉伸变形极小，略去不计：砼的拉伸变形极小，略去不计：第31页，此课件共61页哦裂裂缝缝截截面面钢钢筋筋应应变变s最最大大，非非裂裂缝缝截截面面钢钢筋筋应应变变减减小小，钢钢筋的平均应变筋的平均应变sm比裂缝截面钢筋应变比裂缝截面钢筋应变s小。小。用用受受拉拉钢钢筋筋应应变变不不均均匀匀系系数数表表示示裂裂缝缝间间因因砼砼承承受受拉拉力力对对钢钢筋应变的影响，筋应变的影响，=sm/s。裂缝宽度主要取决于裂缝宽度主要取决于裂缝截面钢筋应力裂缝截面钢筋应力s、裂缝间距裂缝间距lcr和和纵向受拉钢筋应变不均匀系数纵向受拉钢筋应变不均匀系数。第32页，此课件共61页哦对轴拉构件：（2）lcr 值值 mlcr范范围围内内纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋与与砼的平均粘结应力；砼的平均粘结应力；u纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋截截面面总总周周长长，u=nd，n和和d为为钢钢筋筋的的根根数数和和直径。直径。脱离体两端拉力差由粘结力平衡：脱离体两端拉力差由粘结力平衡：Ate有效受拉砼截面面积有效受拉砼截面面积（1）s值值第33页，此课件共61页哦粘结滑移理论推求出的粘结滑移理论推求出的 lcr与与钢筋直径钢筋直径d及及有效配筋率有效配筋率teAsAte有有关。关。无滑移理论认为无滑移理论认为保护层厚度保护层厚度c是影响构件表面裂缝宽度的主要因是影响构件表面裂缝宽度的主要因素。素。综合理论既考虑综合理论既考虑c的影响，也考虑的影响，也考虑d及及te的影响。的影响。第34页，此课件共61页哦（3）值值1，反映裂缝间受拉混凝土参与工作的程度；，反映裂缝间受拉混凝土参与工作的程度；越大，钢筋受力越均匀，混凝土参与受拉作用越小；越大，钢筋受力越均匀，混凝土参与受拉作用越小；随着荷载增大，随着荷载增大，值越来越大；值越来越大；试验常数。试验常数。第35页，此课件共61页哦3、最大裂缝宽度、最大裂缝宽度max考虑构件受力特征和荷载长期作用的综合影响系数，对受弯考虑构件受力特征和荷载长期作用的综合影响系数，对受弯构件和偏心受压构件，取构件和偏心受压构件，取=2.1，对偏心受拉构件，取，对偏心受拉构件，取=2.4；对轴；对轴心受拉构件，取心受拉构件，取=2.7水工砼结构设计规范水工砼结构设计规范的裂缝宽度验算公式的裂缝宽度验算公式第36页，此课件共61页哦c最外排纵向受拉筋外缘至拉区底边的距离最外排纵向受拉筋外缘至拉区底边的距离(mm)，c 65mm时，取时，取c65mm；d受拉钢筋直径受拉钢筋直径(mm)，用不同直径时，改用换算直径，用不同直径时，改用换算直径 4As/u,u为钢筋总周长；为钢筋总周长；te纵向受拉钢筋的有效配筋率，纵向受拉钢筋的有效配筋率，teAs/Ate，te0.03时，取时，取te=0.03；第37页，此课件共61页哦As 受拉区纵向钢筋截面面积；受拉区纵向钢筋截面面积；受弯、偏拉及大偏压：取拉区纵筋面积，受弯、偏拉及大偏压：取拉区纵筋面积，全截面受拉的偏拉：取拉应力大一侧的钢筋面积，全截面受拉的偏拉：取拉应力大一侧的钢筋面积，轴拉：取全部纵筋面积轴拉：取全部纵筋面积Ate有效受拉砼截面面积；有效受拉砼截面面积；sk按荷载标准值计算的纵向受拉筋应力。按荷载标准值计算的纵向受拉筋应力。第38页，此课件共61页哦 Ate的取值的取值受弯、偏拉及大偏压受弯、偏拉及大偏压：Ate 2ab，a为为As重心至截面受拉边缘的距离，重心至截面受拉边缘的距离，b为为矩形截面的宽度，矩形截面的宽度，有受拉翼缘的倒有受拉翼缘的倒T形及工形截面，形及工形截面，b为受拉翼缘宽度；为受拉翼缘宽度；轴拉轴拉：取：取2als，ls为沿截面周边配置的为沿截面周边配置的受拉钢筋重心连线的总长度。受拉钢筋重心连线的总长度。第39页，此课件共61页哦钢筋应力钢筋应力sksk偏心受拉偏心受拉大偏心受压大偏心受压受弯受弯轴心受拉轴心受拉构件形式构件形式第40页，此课件共61页哦使用裂缝宽度公式时应注意的问题：使用裂缝宽度公式时应注意的问题：（1 1）只适用于常见的梁、柱构件）只适用于常见的梁、柱构件（2 2）只适用于外力不随结构变形而改变的情况）只适用于外力不随结构变形而改变的情况（3 3）只能用于配置带肋钢筋的构件）只能用于配置带肋钢筋的构件（4 4）验算时，荷载应采用标准值（最大值），某些结构可变荷载很大）验算时，荷载应采用标准值（最大值），某些结构可变荷载很大却很少出现，最大裂缝宽度应乘以一个小于却很少出现，最大裂缝宽度应乘以一个小于1 1的系数的系数（5 5）不可减小保护层厚度以减小最大裂缝宽度）不可减小保护层厚度以减小最大裂缝宽度（6 6）e0/h00.55的偏心受压构件对裂缝宽度很小的构件，可不进行验的偏心受压构件对裂缝宽度很小的构件，可不进行验算算第41页，此课件共61页哦四、裂缝控制措施四、裂缝控制措施 采用细而密的带肋钢筋，可使裂缝间距及裂缝宽度减小。采用细而密的带肋钢筋，可使裂缝间距及裂缝宽度减小。适适当当增加受拉区纵筋配筋量。增加受拉区纵筋配筋量。采用更合理的结构外形，减小高应力区范围，降低应力集中程采用更合理的结构外形，减小高应力区范围，降低应力集中程度，在应力集中区局部增配钢筋；在受拉区混凝土中设置或掺加钢纤度，在应力集中区局部增配钢筋；在受拉区混凝土中设置或掺加钢纤维；在混凝土表面涂敷或设置防护面层等。维；在混凝土表面涂敷或设置防护面层等。解决荷载裂缝问题的最根本的方法是采用预应力钢筋混凝解决荷载裂缝问题的最根本的方法是采用预应力钢筋混凝土结构。土结构。第42页，此课件共61页哦一、截面抗弯刚度及特点一、截面抗弯刚度及特点匀质弹性材料梁的跨中最大挠度匀质弹性材料梁的跨中最大挠度S：与荷载形式、支承条件有关的参数。：与荷载形式、支承条件有关的参数。M：最大弯矩。：最大弯矩。l0：计算跨度。：计算跨度。EI：截面抗弯刚度。：截面抗弯刚度。E:材料弹性模量，材料弹性模量，I：截面惯性矩：截面惯性矩对于匀质弹性材料梁，对于匀质弹性材料梁，抗弯刚度抗弯刚度EI是一个常数，是一个常数，M-f成正比成正比。对于钢筋混凝土材料梁，仍用上述公式计算挠度，但对于钢筋混凝土材料梁，仍用上述公式计算挠度，但抗弯刚度抗弯刚度B不再是不再是常量常量。8.3 8.3 受弯构件变形验算受弯构件变形验算受弯构件变形验算受弯构件变形验算第43页，此课件共61页哦钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁抗弯刚度抗弯刚度B=EI的特点的特点（1）荷载较小，裂缝出现前（第）荷载较小，裂缝出现前（第阶段）阶段）（2）出现裂缝到受拉钢筋临近屈服）出现裂缝到受拉钢筋临近屈服（第（第阶段）阶段）（3）受拉钢筋屈服到混凝土压坏）受拉钢筋屈服到混凝土压坏（第（第阶段）阶段）1、钢筋混凝土受弯构件的、钢筋混凝土受弯构件的抗弯刚度抗弯刚度B=EI随弯矩随弯矩M增大而减小增大而减小。2、由于混凝土徐变等影响，、由于混凝土徐变等影响，B随时间增大而减小随时间增大而减小。所以既要考虑荷载短期效应，还要考虑荷载长期效应，分别用所以既要考虑荷载短期效应，还要考虑荷载长期效应，分别用Bs和和B来表示。来表示。第44页，此课件共61页哦二、受弯构件的短期刚度二、受弯构件的短期刚度Bs 接近于匀质弹性材料梁，实际挠度比按弹性公式算得的数接近于匀质弹性材料梁，实际挠度比按弹性公式算得的数值偏大。这是因为受拉区发生塑性，实际弹性模量值偏大。这是因为受拉区发生塑性，实际弹性模量E有所降低，有所降低，而截面并未削弱。所以将而截面并未削弱。所以将换算截面换算截面的的EI稍加修正即可。稍加修正即可。不出现裂缝的构件不出现裂缝的构件第45页，此课件共61页哦出现裂缝的构件出现裂缝的构件矩形、矩形、T T形及工形截面构件的短期刚度：形及工形截面构件的短期刚度：纵向拉筋的配筋率；纵向拉筋的配筋率；f 受压翼缘面积与腹板有效面积的比值；受压翼缘面积与腹板有效面积的比值；f 受拉翼缘面积与腹板有效面积的比值。受拉翼缘面积与腹板有效面积的比值。第46页，此课件共61页哦三、受弯构件的抗弯刚度三、受弯构件的抗弯刚度B荷载长期作用下挠度增加的主要原因是混凝土的徐变和收缩。荷载长期作用下挠度增加的主要原因是混凝土的徐变和收缩。长期荷载下，压区砼徐变使挠度随时间增大。长期荷载下，压区砼徐变使挠度随时间增大。砼收缩引起梁刚度降低，挠度增大。砼收缩引起梁刚度降低，挠度增大。考虑荷载长期作用对梁挠度影响的方法考虑荷载长期作用对梁挠度影响的方法考虑砼徐变及收缩的影响计算长期刚度，或直接计算荷载长期作用产生考虑砼徐变及收缩的影响计算长期刚度，或直接计算荷载长期作用产生的挠度增长和自由收缩引起的翘曲；的挠度增长和自由收缩引起的翘曲；试验结果确定荷载长期作用的挠度增大系数试验结果确定荷载长期作用的挠度增大系数，采用采用值计算长期刚度。值计算长期刚度。值为荷载长期作用的挠度与即时产生的挠度的比值。值为荷载长期作用的挠度与即时产生的挠度的比值。第47页，此课件共61页哦 我国水工规范采用第二种方法。根据对受弯构件长期挠度观测我国水工规范采用第二种方法。根据对受弯构件长期挠度观测结果结果、为受压筋和受拉筋的配筋率。为受压筋和受拉筋的配筋率。当当=0时时，=2.0；当当 =时时，=1.6；当当 为中间值为中间值，按直线按直线内插内插。抗弯刚度抗弯刚度抗弯刚度抗弯刚度第48页，此课件共61页哦四、受弯构件的挠度验算四、受弯构件的挠度验算 用用B代替材料力学公式中的代替材料力学公式中的EI，即可求得受弯构件的挠度。，即可求得受弯构件的挠度。某受弯构件，各处某受弯构件，各处M不同，因此不同，因此全长范围内的抗弯刚度也不同，支座全长范围内的抗弯刚度也不同，支座处的弯矩小，抗弯刚度大。如何取用处的弯矩小，抗弯刚度大。如何取用M值计算抗弯刚度？值计算抗弯刚度？最最小小刚刚度度原原则则 取同号弯矩区段内弯矩最大截面的抗弯刚度作为该区段取同号弯矩区段内弯矩最大截面的抗弯刚度作为该区段的抗弯刚度。对于简支梁，可取跨中截面的抗弯刚度；对于的抗弯刚度。对于简支梁，可取跨中截面的抗弯刚度；对于等截面的连续构件，抗弯刚度可取跨中截面和支座截面刚度等截面的连续构件，抗弯刚度可取跨中截面和支座截面刚度的平均值。的平均值。第49页，此课件共61页哦增加截面高度增加截面高度增加纵向钢筋的面积增加纵向钢筋的面积选用合理的截面（如选用合理的截面（如T T形或工形等）形或工形等）配置一定受压钢筋配置一定受压钢筋提高混凝土强度等级提高混凝土强度等级 如果最大挠度超过规范的限值，则可采取：如果最大挠度超过规范的限值，则可采取：合理有效的措施是增大截面的高度。合理有效的措施是增大截面的高度。第50页，此课件共61页哦8.4 8.4 混凝土结构的耐久性要求混凝土结构的耐久性要求混凝土结构的耐久性要求混凝土结构的耐久性要求耐久性作为混凝土结构可靠性的三大功能指标之一，越来越受到工耐久性作为混凝土结构可靠性的三大功能指标之一，越来越受到工程设计的重视，结构的耐久性设计也成为结构设计的重要内容之一。程设计的重视，结构的耐久性设计也成为结构设计的重要内容之一。导致水工混凝土结构耐久性失效的原因主要有：导致水工混凝土结构耐久性失效的原因主要有：混凝土的低强度风化；混凝土的低强度风化；碱骨料反应；碱骨料反应；渗漏溶蚀；渗漏溶蚀；冻融破坏冻融破坏水质侵蚀；水质侵蚀；冲刷磨损和空蚀冲刷磨损和空蚀混凝土的碳化与钢筋锈蚀混凝土的碳化与钢筋锈蚀由荷载、温度、收缩等原因产由荷载、温度、收缩等原因产生的裂缝以及止水失效等引起渗生的裂缝以及止水失效等引起渗漏病害的加剧等漏病害的加剧等一、耐久性的概念一、耐久性的概念第51页，此课件共61页哦内内 因因外外 因因混凝土强度、密实性、水泥用量、水灰比、氯混凝土强度、密实性、水泥用量、水灰比、氯离子含量、碱含量、外加剂用量、保护层厚度离子含量、碱含量、外加剂用量、保护层厚度等等温度、湿度、温度、湿度、CO2含量、侵蚀性介质等含量、侵蚀性介质等综合作用综合作用 其中，其中，混凝土碳化混凝土碳化、钢筋锈蚀钢筋锈蚀是最主要的综合因素。是最主要的综合因素。三、影响耐久性的因素三、影响耐久性的因素第52页，此课件共61页哦53三、混凝土的碳化三、混凝土的碳化碳化碳化碳化是指大气中的碳化是指大气中的CO2不断向混凝土内部扩散，并与混凝土中的不断向混凝土内部扩散，并与混凝土中的碱性物质碱性物质Ca(OH)2发生中和反应，发生中和反应，使混凝土的碱性下降（使混凝土的碱性下降（PH值降值降低）的现象低）的现象。碳化是混凝土的中性化。碳化是混凝土的中性化。危危 害害混凝土呈碱性，在钢筋表面生成致密的氧化膜，保护钢筋不锈蚀。混凝土呈碱性，在钢筋表面生成致密的氧化膜，保护钢筋不锈蚀。当碳化至钢筋表面时，将会破坏氧化膜，使钢筋有锈蚀的危险。当碳化至钢筋表面时，将会破坏氧化膜，使钢筋有锈蚀的危险。此外，碳化会加剧混凝土收缩，导致其开裂，影响耐久性此外，碳化会加剧混凝土收缩，导致其开裂，影响耐久性环境因素：环境因素：CO2的浓度、湿度、温度等的浓度、湿度、温度等自身因素：自身因素：CaO含量、强度等级、内部密实度、孔隙率、孔径、含量、强度等级、内部密实度、孔隙率、孔径、水灰比、保护层厚度等水灰比、保护层厚度等影响因素影响因素第53页，此课件共61页哦54减小碳化减小碳化的措施的措施合理确定配合比，规定水泥用量的低限值和水灰比的高限值，合理确定配合比，规定水泥用量的低限值和水灰比的高限值，合理采用掺合料合理采用掺合料提高混凝土的密实性、抗渗性提高混凝土的密实性、抗渗性规定保护层的最小厚度规定保护层的最小厚度采用覆盖面层（水泥砂浆或涂料）采用覆盖面层（水泥砂浆或涂料）碳酸试液测定。碳酸试液测定。碳化深度与时间相关表达式，可预测碳化深度。碳化深度与时间相关表达式，可预测碳化深度。碳化深度碳化深度测定测定三、混凝土的碳化三、混凝土的碳化第54页，此课件共61页哦55四、钢筋的锈蚀四、钢筋的锈蚀锈蚀锈蚀 锈蚀是影响混凝土结构耐久性的关键问题之一。锈蚀是影响混凝土结构耐久性的关键问题之一。钢筋表面氧化膜被破坏形成钢筋锈蚀的必要条件，含氧水份侵入是钢筋表面氧化膜被破坏形成钢筋锈蚀的必要条件，含氧水份侵入是钢筋锈蚀的充分条件。钢筋锈蚀的充分条件。锈蚀机理是电化学腐蚀。过程：锈蚀机理是电化学腐蚀。过程：“坑蚀坑蚀”、“环环蚀蚀”形成锈形成锈蚀面、蚀面、“暴筋暴筋”危危 害害 钢筋锈蚀，体积膨胀，导致沿钢筋长度出现纵向裂缝，使保护层钢筋锈蚀，体积膨胀，导致沿钢筋长度出现纵向裂缝，使保护层剥落，使钢筋截面削弱，承载力降低，最终使结构破坏或失效。剥落，使钢筋截面削弱，承载力降低，最终使结构破坏或失效。环境因素：周围环境腐蚀性成分的含量环境因素：周围环境腐蚀性成分的含量自身因素：密实度、保护层厚度、氯离子含量等自身因素：密实度、保护层厚度、氯离子含量等影响因素影响因素第55页，此课件共61页哦56防止钢筋防止钢筋锈蚀措施锈蚀措施降低水灰比，增加水泥用量，提高混凝土的密实度降低水灰比，增加水泥用量，提高混凝土的密实度要有足够的混凝土保护层厚度要有足够的混凝土保护层厚度严格控制氯离子含量严格控制氯离子含量采用覆盖层，防止采用覆盖层，防止CO2、O2、Cl的渗入。的渗入。四、钢筋的锈蚀四、钢筋的锈蚀第56页，此课件共61页哦57五、耐久性设计五、耐久性设计1 1、耐久性设计的必要性、耐久性设计的必要性“五倍定律五倍定律”：设计时对钢筋防护少花：设计时对钢筋防护少花1元钱，出现问题时就需要花元钱，出现问题时就需要花5元钱补救。元钱补救。1998年美国土木工程学会的一份材料估计，他们需要年美国土木工程学会的一份材料估计，他们需要1.3万亿美元来处理国内基础设施工程存万亿美元来处理国内基础设施工程存在的问题，仅维修与更换桥面板就需在的问题，仅维修与更换桥面板就需800亿美元；亿美元；加拿大蒙特利尔一座水电站由于耐久性问题需加拿大蒙特利尔一座水电站由于耐久性问题需15亿加元修补维修；亿加元修补维修；湛江港建成后不到湛江港建成后不到20年就由于钢筋锈蚀全面进行大修；年就由于钢筋锈蚀全面进行大修；1980年建成的宁波北仑港年建成的宁波北仑港10万吨级矿石码头，使用不到万吨级矿石码头，使用不到10年上部结构就因钢筋严重锈蚀年上部结构就因钢筋严重锈蚀而破损；而破损；我国第一座城市大型立交桥北京西直门立交桥我国第一座城市大型立交桥北京西直门立交桥1980年建成，年建成，19年后拆除重建；年后拆除重建；济南黄河公路大桥济南黄河公路大桥1990年建成，年建成，10年后因吊杆损坏发生局部桥面坍塌。年后因吊杆损坏发生局部桥面坍塌。大量的工程实践表明，耐久性问题不容忽视，否则后患无穷。大量的工程实践表明，耐久性问题不容忽视，否则后患无穷。第57页，此课件共61页哦583 3、耐久性概念设计、耐久性概念设计2 2、耐久性设计的目标、耐久性设计的目标 我国我国混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定的混凝土结构耐久性设计还不是定量设计，规定的混凝土结构耐久性设计还不是定量设计，而是以混凝土而是以混凝土结构的环境类别结构的环境类别和和设计使用年限设计使用年限为依据的为依据的概念设计概念设计。使结构在正常维护条件下，不需要进行大修就能达到设计使用年限。使结构在正常维护条件下，不需要进行大修就能达到设计使用年限。：混凝土完全碳化所需时间：混凝土完全碳化所需时间：钢筋开始锈蚀至保护层沿钢筋开裂所需时间：钢筋开始锈蚀至保护层沿钢筋开裂所需时间：结构预期使用年限：结构预期使用年限目标：（1）结构的环境类别）结构的环境类别 附录附录1第58页，此课件共61页哦（2）保证耐久性的技术措施及构造要求）保证耐久性的技术措施及构造要求1）混凝土原材料的选择和施工质量控制）混凝土原材料的选择和施工质量控制2）混凝土耐久性的基本要求）混凝土耐久性的基本要求最低强度等级最低强度等级 最小水泥用量最小水泥用量 最大水灰比最大水灰比 最大氯离子含量最大氯离子含量 最大碱含量最大碱含量 3）钢筋的混凝土保护层厚度）钢筋的混凝土保护层厚度SL191-2008规范对保护层厚度有具体规定。规范对保护层厚度有具体规定。第59页，此课件共61页哦 6）混凝土的抗化学侵蚀要求）混凝土的抗化学侵蚀要求 7）结构型式与配筋）结构型式与配筋 4）混凝土的抗渗等级）混凝土的抗渗等级抗渗等级分为抗渗等级分为W2、W4、W6、W8、W10、W12六级。六级。5）混凝土的抗冻等级）混凝土的抗冻等级抗渗等级分为抗渗等级分为F400、F300、F250、F150、F100、F50七级。七级。第60页，此课件共61页哦感感谢谢大大家家观观看看第61页，此课件共61页哦