【教学课件】第8章钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算.ppt

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1、第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算第8章 钢筋混凝土构件的变形和裂缝 宽度验算 1.1.掌握钢筋混凝土受弯构件挠度验算的特点、最掌握钢筋混凝土受弯构件挠度验算的特点、最小刚度原则以及挠度验算的方法小刚度原则以及挠度验算的方法 2 2、掌握裂缝宽度的发展全过程，以及最大裂缝宽、掌握裂缝宽度的发展全过程，以及最大裂缝宽度的计算及验算方法度的计算及验算方法 重重 点点1.提高构件弯曲刚度的措施提高构件弯曲刚度的措施;2.钢筋混凝土受弯构件变形及裂缝验算的方法。钢筋混凝土受弯构件变形及裂缝验算的方法。难难 点点钢筋混凝土受弯构件变形及裂缝验算的方法。钢

2、筋混凝土受弯构件变形及裂缝验算的方法。2 2第一节 概 述第二节 受弯构件的挠度验算第三节 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算第一节 概 述1.1.正常使用极限状态验算的内容正常使用极限状态验算的内容 裂缝宽度；变形验算。裂缝宽度；变形验算。2.2.验算采用的荷载和材料强度值验算采用的荷载和材料强度值 荷载标准值；荷载准永久值；材料强度标准值。荷载标准值；荷载准永久值；材料强度标准值。3.3.裂缝宽度应满足的要求裂缝宽度应满足的要求ma

3、xlim式中式中 max按荷载效应的标准组合并考虑长期按荷载效应的标准组合并考虑长期 作用影响计算的最大裂缝宽度；作用影响计算的最大裂缝宽度；lim 结构构件的最大裂缝宽度限值，按结构构件的最大裂缝宽度限值，按 下表确定。下表确定。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算环环境境类别类别钢钢筋混凝土筋混凝土结结构构预应预应力混凝土力混凝土结结构构裂裂缝缝控制等控制等级级lim（mm）裂裂缝缝控制等控制等级级lim（mm）一一三三0.3(0.4)三三0.2二二三三0.2二二三三三三0.2一一注：注：表中最大裂表中最大裂缝宽缝宽度限度限值值，用于，用于验

4、验算荷算荷载载作用引起的最大作用引起的最大 裂裂缝宽缝宽度；度；裂裂缝缝控制等控制等级级的划分：一的划分：一级为严级为严格要求不出格要求不出现现裂裂缝缝的的 构件，二构件，二级为级为一般要求不出一般要求不出现现裂裂缝缝的构件，三的构件，三级为级为允允 许许出出现现裂裂缝缝的构件，但不超的构件，但不超过规过规定限定限值值；对处对处于年平均相于年平均相对对湿度小于湿度小于60%地区一地区一类环类环境下的受弯境下的受弯 构件构件,其最大裂其最大裂缝宽缝宽度可采用括号内的数度可采用括号内的数值值。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第第8 8章章 钢筋混凝土

5、构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算maxlim式中式中 maxmax按荷载效应的标准组合并考虑长期作按荷载效应的标准组合并考虑长期作 用影响计算的受弯构件的最大挠度；用影响计算的受弯构件的最大挠度；limlim 受弯构件挠度限值，按下表确定。受弯构件挠度限值，按下表确定。4.4.变形应满足的要求变形应满足的要求第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算 受弯构件的受弯构件的挠挠度限度限值值构构 件件 类类 型型挠挠 度度 限限 值值吊吊车车梁梁手手动动吊吊车车电动电动吊吊车车l0/500l0/600尾盖、楼盖及楼梯构尾盖、楼盖及

6、楼梯构件件l07m7ml09ml09ml0/200（l0/250）l0/250（l0/300）l0/300（l0/400）注：注：表中表中l0为为构件的构件的计计算跨度；算跨度；表中括号内数表中括号内数值值适用于使用上适用于使用上对挠对挠度有度有较较高要求高要求 的构件；的构件；计计算算悬悬臂构件的臂构件的挠挠度限度限值时值时，其，其计计算跨度按算跨度按实际实际 悬悬臂臂长长度的度的2倍取用。倍取用。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算第二节第二节 受弯构件的挠度验算受弯构件的挠度验算一、钢筋混凝土梁抗弯刚度的特点一、钢筋混凝土梁抗弯刚度的特点1

7、.1.弹性材料梁的计算特点弹性材料梁的计算特点均布荷均布荷载载：集中荷集中荷载载：简简支梁的跨中支梁的跨中挠挠度度计计算公式算公式为为第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算 当梁的截面形状、尺寸和材料已知当梁的截面形状、尺寸和材料已知时时，EI为为常数，弯矩常数，弯矩M与与挠挠度度为为直直线线关系，如关系，如图图中虚中虚线线OA。2.钢筋混凝土梁的计算特点钢筋混凝土梁的计算特点 钢筋混凝土梁的弯矩钢筋混凝土梁的弯矩M与挠度与挠度为曲线关系，如图中实线为曲线关系，如图中实线所示。不能用所示。不能用EI来表示。来表示。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂

8、缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算 钢筋混凝土受弯构件在荷载效应标准组合作用下的截面钢筋混凝土受弯构件在荷载效应标准组合作用下的截面抗弯刚度，用抗弯刚度，用BS表示，称短期刚度；考虑荷载长期作用影响表示，称短期刚度；考虑荷载长期作用影响后的刚度，称长期刚度，用后的刚度，称长期刚度，用B表示。表示。求得截面抗弯刚度求得截面抗弯刚度B后，构件的挠度就可按弹性材料梁后，构件的挠度就可按弹性材料梁的变形公式进行计算。的变形公式进行计算。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算二、短期刚度二、短期刚度BS 规范根据理论推导和试验资料分析，给出钢

9、筋混凝土受规范根据理论推导和试验资料分析，给出钢筋混凝土受弯构件短期刚度弯构件短期刚度BS的计算公式为的计算公式为式中式中 钢筋与混凝土的弹模比，即钢筋与混凝土的弹模比，即ES/EC；受拉受拉钢钢筋的配筋率，即筋的配筋率，即受受压压翼翼缘缘的加的加强强系数，系数，（bb）h/bho 第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算三、长期刚度三、长期刚度B B 钢筋混凝土梁在长期荷载作用下，受压混凝土徐变等均钢筋混凝土梁在长期荷载作用下，受压混凝土徐变等均会导致刚度降低，挠度增大。用挠度增大系数会导致刚度降低，挠度增大。用挠度增大系数来反映。来反映。与受与受

10、压和受拉钢筋的配筋率压和受拉钢筋的配筋率、有关。规范规定，当有关。规范规定，当0时，时，2.0；当；当时，时，1.6；当；当为中间数值时，为中间数值时，按直线内按直线内插。对翼缘在受拉区的倒插。对翼缘在受拉区的倒T形截面，形截面，应增大应增大20%。长期刚度的。长期刚度的计算公式为计算公式为 式中式中MK为荷载效应标准组合弯矩值，为荷载效应标准组合弯矩值，Mq为荷载效应准永为荷载效应准永久组合弯矩值。久组合弯矩值。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算 在等截面构件中，可假定各同在等截面构件中，可假定各同号弯矩区段内的号弯矩区段内的刚刚度相等，并取

11、度相等，并取该该区段内最大弯矩区段内最大弯矩处处的的刚刚度，即度，即“最小最小刚刚度度”进进行行挠挠度度验验算，如算，如图图所示。所示。四、受弯构件的挠度验算四、受弯构件的挠度验算第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算四、受弯构件的挠度验算四、受弯构件的挠度验算 已知：构件的截面尺寸、跨度、荷载、材料强度以及钢已知：构件的截面尺寸、跨度、荷载、材料强度以及钢筋配置情况筋配置情况 求：进行挠度验算求：进行挠度验算1）计计算算荷荷载载效效应应标标准准组组合合及及准准永永久久组组合合下下的的弯弯矩矩Mk、Mq；2）计算短期刚度）计算短期刚度Bs；3）计算

12、长期刚度）计算长期刚度B；4）计算最大挠度）计算最大挠度f，并判断挠度是否符合要求。，并判断挠度是否符合要求。钢筋混凝土受弯构件的挠度应满足：钢筋混凝土受弯构件的挠度应满足：ff 提高受弯构件的弯曲刚度的措施提高受弯构件的弯曲刚度的措施1）提高混凝土强度等级；）提高混凝土强度等级；2）增加纵向钢筋的数量；）增加纵向钢筋的数量；3）选用合理的截面形状（如形、）选用合理的截面形状（如形、形等形等)；4）增加梁的截面高度，此为最有效的措施。）增加梁的截面高度，此为最有效的措施。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算第三节第三节 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算

13、钢筋混凝土构件裂缝宽度验算一、裂缝的出现、分布和开展一、裂缝的出现、分布和开展 荷载作用下，受弯构件纯弯段的垂直裂缝发生及分布：荷载作用下，受弯构件纯弯段的垂直裂缝发生及分布：1）当）当MMcr时，裂缝时，裂缝未出现前，混凝土和钢筋的未出现前，混凝土和钢筋的应力（应变）沿构件的长度应力（应变）沿构件的长度基本均匀分布，图基本均匀分布，图(a)。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算 2）当）当M=Mcr时，第一条（批）裂缝出现时，第一条（批）裂缝出现在砼最薄弱的截面。裂缝处受拉混凝土退出工在砼最薄弱的截面。裂缝处受拉混凝土退出工作，其应力降为零；拉

14、应力转移给钢筋，钢筋作，其应力降为零；拉应力转移给钢筋，钢筋应力增加，如图（应力增加，如图（b）所示。随着距裂缝截面）所示。随着距裂缝截面距离的增大，钢筋拉应力逐渐减小，混凝土拉距离的增大，钢筋拉应力逐渐减小，混凝土拉应力逐渐增大，直到距裂缝截面应力逐渐增大，直到距裂缝截面lcrmin处，钢筋处，钢筋与混凝土的应力趋于均匀，与混凝土的应力趋于均匀，lcrmin称为传递长称为传递长度。度。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算 3）当）当MMcr时时,出现第二条（批）裂缝，钢筋与混凝土的应力变化如出现第二条（批）裂缝，钢筋与混凝土的应力变化如图图(c

15、)。直至裂缝分布处于稳定状态。直至裂缝分布处于稳定状态。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算二、平均裂缝间距二、平均裂缝间距lcrAte=0.5bh+(bb)h 平均裂缝间距平均裂缝间距lcr计算公式为计算公式为第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算式中式中 系数，对于受弯构件取系数，对于受弯构件取=1.0，对于轴，对于轴 心受拉构件取心受拉构件取=1.1；c最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉边缘最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉边缘 的距离。当的距离。当c20mm时，取时，取c=20mm；当当c65mm时，

16、取时，取c=65mm；deq纵向受拉钢筋的等效直径（纵向受拉钢筋的等效直径（mm）；）；di第第i种纵向受拉钢筋的公称直径种纵向受拉钢筋的公称直径(mm)；ni 第第i种纵向受拉钢筋的根数；种纵向受拉钢筋的根数；i 第第i种纵向受拉钢筋的相对粘结特性系种纵向受拉钢筋的相对粘结特性系 数，按下表采用；数，按下表采用；第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算 te按有效受拉混凝土截面面按有效受拉混凝土截面面积计积计算的算的纵纵向受向受 拉拉钢钢筋配筋率，当筋配筋率，当te0.01时时，取，取 te=0.01；Ate有效受拉混凝土截面面有效受拉混凝土截面面

17、积积，见见下下图图；b、h受拉翼受拉翼缘缘的的宽宽度、高度。度、高度。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢钢筋筋类类别别非非预应预应力筋力筋先先张张法法预应预应力力钢钢筋筋后后张张法法预应预应力力钢钢筋筋光面光面钢钢筋筋带带肋肋钢钢筋筋带带肋肋钢钢筋筋螺旋肋螺旋肋钢钢筋筋刻痕刻痕钢丝钢丝、钢绞丝钢绞丝带带肋肋钢钢筋筋钢绞钢绞丝丝光面光面钢钢筋筋i0.71.01.00.80.60.80.50.4钢筋的相对粘性特征系数钢筋的相对粘性特征系数第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算三、平均裂缝宽度三、平均裂

18、缝宽度wm 裂裂缝宽缝宽度是指度是指纵纵向受拉向受拉钢钢筋重心水平筋重心水平线处线处构件外构件外侧侧表面上的裂表面上的裂缝宽缝宽度。度。平均裂平均裂缝宽缝宽度度 wm 等于在等于在lcr内钢筋的平均伸长值内钢筋的平均伸长值 与混凝土的平均伸与混凝土的平均伸长值长值 的差值，如图所示。的差值，如图所示。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算式中式中 纵向受拉钢筋的平均拉应变；纵向受拉钢筋的平均拉应变；混凝土的平均拉应变。混凝土的平均拉应变。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算对对受弯构件受弯构件 对轴对

19、轴心受拉构件心受拉构件 式中式中 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，反映受拉区混凝土参与工作的程度。当反映受拉区混凝土参与工作的程度。当 0.2时，取时，取0.2；当；当1.0时，时，取取1.0；对直接承受重复荷载的构；对直接承受重复荷载的构 件，取件，取1.0。按荷载效应的标准组合计算的纵向受拉按荷载效应的标准组合计算的纵向受拉 钢筋的应力。钢筋的应力。按荷载效应的标准组合计算的弯矩值、按荷载效应的标准组合计算的弯矩值、轴力值。轴力值。第第8 8章章 钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算钢筋混凝土构件的裂缝宽度和变形验算四、最大裂缝宽度四、最大裂缝宽度规规范范

20、给给出了最大裂出了最大裂缝宽缝宽度度的的 计算公式为计算公式为式中式中 为构件受力特征系数：为构件受力特征系数：受弯构件受弯构件 轴轴心受拉构件心受拉构件 当最大裂缝宽度超过裂缝宽度限值较小时，常采用减小钢筋直径的当最大裂缝宽度超过裂缝宽度限值较小时，常采用减小钢筋直径的办法解决，必要时可适当增大配筋率或提高混凝土强度等级；如超过较大办法解决，必要时可适当增大配筋率或提高混凝土强度等级；如超过较大时，应施加预应力。时，应施加预应力。裂缝宽度验算步骤裂缝宽度验算步骤 1）计算）计算deq；2）计算）计算te、sk、；3）计算）计算wmax，并判断裂缝是否满足要求。，并判断裂缝是否满足要求。当当w

21、maxwlim时时，裂裂缝缝宽宽度度满满足足要要求求。否否则则，不不满满足足要要求求，应应采采取取措措施施后后重重新新验验算算。其其中中wlim为为最最大大裂裂逢逢宽宽度度限限值。值。减小裂缝宽度的措施减小裂缝宽度的措施 增大钢筋截面积；增大钢筋截面积；在钢筋截面面积不变的情况下，采用较小直径的钢筋；在钢筋截面面积不变的情况下，采用较小直径的钢筋；采用变形钢筋；采用变形钢筋；提高混凝土强度等级；提高混凝土强度等级；增大构件截面尺寸；增大构件截面尺寸；减小混凝土保护层厚度。减小混凝土保护层厚度。其其中中，采采用用较较小小直直径径的的变变形形钢钢筋筋是是减减小小裂裂缝缝宽宽度度最最有有效效的的措措施施。需需要要注注意意的的是是，混混凝凝土土保保护护层层厚厚度度应应同同时时考考虑虑耐耐久久性性和和减减小小裂裂缝缝宽宽度度的的要要求求。除除结结构构对对耐耐久久性性没没有有要要求求，而而对对表表面面裂裂缝缝造造成成的的观观瞻瞻有有严严格格要要求求外外，不不得得为满足裂缝控制要求而减小混凝土保护层厚度。为满足裂缝控制要求而减小混凝土保护层厚度。返回首页返回首页返回首页返回首页