第4章 构件正常使用极限状态设计.ppt

LOGO辽宁省交通高等专科学校钢筋混凝土钢筋混凝土12构件正常使用极限状态设计构件正常使用极限状态设计4.1 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算4.2 裂缝宽度验算裂缝宽度验算 受弯构件的挠度限值受弯构件的挠度限值构件类型构件类型挠度限值挠度限值吊车梁吊车梁手动吊车手动吊车电动吊车电动吊车l l0 0/500500l l0 0/600600屋盖、楼盖屋盖、楼盖及楼梯构件及楼梯构件当当l l0 07m9m9m时时l l0 0/200(200(l l0 0/250)250)l l0 0/250(250(l l0 0/300)300)l l0 0/300(300(l l0 0/400)400)注：注：表中表中l l0 0为构件的计算跨度；为构件的计算跨度；表中括号内数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件；表中括号内数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件；计算悬臂梁构件的挠度限值时，其计算跨度计算悬臂梁构件的挠度限值时，其计算跨度l l0 0按实际悬臂长度的按实际悬臂长度的2 2倍取用。倍取用。结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值环境类别环境类别钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构预应力混凝土结构预应力混凝土结构裂缝控制等级裂缝控制等级w wlimlim(mm)(mm)裂缝控制等级裂缝控制等级w wlimlim(mm)(mm)一一三三0.3(0.4)0.3(0.4)三三0.20.2二二三三0.20.2二二三三三三0.20.2一一注：注：1 1表中规定适用于采用热轧钢筋的混凝土构件和采用预应力钢丝、表中规定适用于采用热轧钢筋的混凝土构件和采用预应力钢丝、钢绞线及处理钢筋的预应力混凝土构件；钢绞线及处理钢筋的预应力混凝土构件；对处于年平均相对湿度小于对处于年平均相对湿度小于60%60%地区一类环境下的受弯构件，其最大裂地区一类环境下的受弯构件，其最大裂缝宽度可采用括号内的数值；缝宽度可采用括号内的数值；表中的最大裂缝宽度限值用于验算荷载作用引起的最大裂缝宽度。表中的最大裂缝宽度限值用于验算荷载作用引起的最大裂缝宽度。4.1 受弯构件的变形验算受弯构件的变形验算1.1.钢筋混凝土梁抗弯刚度的特点钢筋混凝土梁抗弯刚度的特点材料力学中匀质弹性材料梁的挠度计算方法材料力学中匀质弹性材料梁的挠度计算方法 钢筋混凝土构件材料属弹塑性钢筋混凝土构件材料属弹塑性 截面抗弯刚度不再是常数截面抗弯刚度不再是常数 抗弯刚度逐渐减小抗弯刚度逐渐减小 计算钢筋混凝土受弯构件的挠度，计算钢筋混凝土受弯构件的挠度，关键是确定截面的抗弯刚度关键是确定截面的抗弯刚度 规范规范规定：规定：荷载效应的标准组合作用下的截面抗弯刚荷载效应的标准组合作用下的截面抗弯刚度即短期刚度，用度即短期刚度，用B Bs s表示；按荷载效应的标准组合并考虑表示；按荷载效应的标准组合并考虑荷载长期作用影响的截面抗弯刚度即长期刚度，用荷载长期作用影响的截面抗弯刚度即长期刚度，用B B表示。表示。由几何关系、物理关系、平衡关系得短期刚度由几何关系、物理关系、平衡关系得短期刚度 挠度增大系数。挠度增大系数。=2.0 0.4 /86Bs 短期刚度按式短期刚度按式(3-72)计算计算3.长期刚度长期刚度4.受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算受弯构件在正常状态下，受弯构件在正常状态下，刚度刚度沿长度是变化的。沿长度是变化的。为了简化计算，可近似为了简化计算，可近似的按纯弯区段平均的截的按纯弯区段平均的截面抗弯刚度，即该区段面抗弯刚度，即该区段最小刚度最小刚度B Bminmin作为全梁作为全梁的抗弯刚度的抗弯刚度，这一计算，这一计算原则通常称为原则通常称为“最小刚最小刚度原则度原则”。最小刚度原则最小刚度原则 提高刚度的有效措施提高刚度的有效措施 h0 或或As 增加增加 钢筋混凝土受弯构件的挠度计算钢筋混凝土受弯构件的挠度计算 当钢筋混凝土梁产生的挠度值不满足当钢筋混凝土梁产生的挠度值不满足规范规范规定的限值规定的限值要求时，可采取提高刚度的措施要求时，可采取提高刚度的措施 选择合理的截面形式选择合理的截面形式(T(T形、形、I I形形)采用双筋截面采用双筋截面 提高混凝土的强度等级提高混凝土的强度等级 构件的裂缝宽度和挠度验算是属于构件的裂缝宽度和挠度验算是属于正常使用极限状态正常使用极限状态。挠度过大影响使用功能，不能保证适用性，而裂缝挠度过大影响使用功能，不能保证适用性，而裂缝宽度过大，则同时影响使用功能和耐久性。宽度过大，则同时影响使用功能和耐久性。裂缝裂缝荷载引起的裂缝：荷载引起的裂缝：非荷载引起的裂缝：非荷载引起的裂缝：占占20%ct ft 计算计算 max max材料收缩、温度变化、混凝材料收缩、温度变化、混凝土碳化后引起钢筋锈蚀、地土碳化后引起钢筋锈蚀、地基不均匀沉降。基不均匀沉降。(80%)通常，裂缝宽度和挠度一般可分别用控制最大通常，裂缝宽度和挠度一般可分别用控制最大钢筋直径和最大跨高比来控制，只有在构件截面尺钢筋直径和最大跨高比来控制，只有在构件截面尺寸小，钢筋应力高时进行验算。寸小，钢筋应力高时进行验算。为防止温度应力过大引起的开裂，规定了最为防止温度应力过大引起的开裂，规定了最 大伸缩缝之间的间距。大伸缩缝之间的间距。为防止由于钢筋周围砼过快的碳化失去对钢为防止由于钢筋周围砼过快的碳化失去对钢筋的保护作用，出现锈胀引起的沿钢筋纵向筋的保护作用，出现锈胀引起的沿钢筋纵向的裂缝，规定了钢筋的混凝土保护层的最小的裂缝，规定了钢筋的混凝土保护层的最小厚度。厚度。非非荷荷载载引引起起的的裂裂缝缝4.2 裂缝宽度验算裂缝宽度验算 裂缝控制的目的与要求裂缝控制的目的与要求4.2 裂缝宽度验算裂缝宽度验算 外观要求外观要求 耐久要求耐久要求 1.1.裂缝的发生与其分布裂缝的发生与其分布ftkNN(a)(b)(c)sssct=ftkNcrNcrNsNs11max规范规范在若干假定的基础上，根据裂缝出现机理，建立理论公式，在若干假定的基础上，根据裂缝出现机理，建立理论公式，然后按试验资料确定系数，得到相应的裂缝宽度计算经验式。然后按试验资料确定系数，得到相应的裂缝宽度计算经验式。随机性随机性当c ftk，在某一薄弱环节第一条裂缝出现，由于钢筋和砼之间的粘结，砼应力逐渐增加至 ft 出现第二批裂缝，一直到裂缝之间的距离近到不足以使粘结力传递至砼达到 ftk 裂缝出现完成。当荷载继续增加到Ns，ss与sm相差越小，砼回缩。在一定区段由钢筋与砼应变差的累积量，即形成了裂缝宽度。出现：开展：认为裂缝宽度是由于钢筋与混凝土之间的粘结破坏。出现相对滑移，引起裂缝处混凝土的回缩引起的。粘结 滑移理论：Ncr+N211Ncr+N123ftkNsNs 分布ftksmss(b)(a)(c)(d)(e)2.平均裂缝间距3.平均裂缝宽度式中：sm=ss 81c 0.85lcr+cmlcrlcr+smlcrmmcscmsmssc分布s分布(a)(c)(b)与受力特性有关的系数c 保护层厚度d 钢筋直径轴心受拉 =1.1受弯、偏心受压、偏拉 =1.0 纵向受拉钢筋的表面特征系数光面 =1.1变形 =1.0式中：hh/2bbfhfh/2hbbbfhfh/2hhfbfh/2hbhfbf(a)(b)(c)(d)te 截面的有效配筋率te=As/Ate 钢筋应力不均匀系数，表示砼参与工作的程度(0.4 1.0)Atess 裂缝截面处钢筋应力轴心受拉：受 弯：偏心受拉：偏心受压：0.87h0h0NsssAsMsCssAsee0eNsh0asAsAsense0sAsAssAsCCcZssAsNs(a)(b)(c)(d)CssAssAs4.4.最大裂缝宽度与裂缝宽度验算最大裂缝宽度与裂缝宽度验算max=s sl lm荷载长期效应裂缝扩大系数组合系数扩大系数max=0.85s sl l cr构件受力特征系数轴心受拉偏心受拉受弯、偏压84cr=2.7cr=2.4cr=2.1LOGO