钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算优秀PPT.ppt
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1、钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第一页,本课件共有49页第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算8.1 概述概述概述概述 钢筋混凝土结构设计必须首钢筋混凝土结构设计必须首钢筋混凝土结构设计必须首钢筋混凝土结构设计必须首先满足承载能力极限状态先满足承载能力极限状态先满足承载能力极限状态先满足承载能力极限状态的要求的要求的要求的要求,以保证结构安全可靠;此外还应满足结构正常使,以保证结构安全可靠;此外还应满足结构正常使,以保证结构安全可靠;此外还应满足结构正常使,以保证结构安全可靠;此外还应满足结构正常使用极限状态对于用极限状态对于用极限状态对于用极限状态
2、对于裂缝和变形控制裂缝和变形控制裂缝和变形控制裂缝和变形控制的要求,以保证结构构的要求,以保证结构构的要求,以保证结构构的要求,以保证结构构件的适用、美观和耐久性。件的适用、美观和耐久性。件的适用、美观和耐久性。件的适用、美观和耐久性。第二页,本课件共有49页第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算 8.1.1 1抗裂验算抗裂验算抗裂验算抗裂验算 抗裂就是不允许混凝土开裂抗裂就是不允许混凝土开裂抗裂就是不允许混凝土开裂抗裂就是不允许混凝土开裂。规范要求在荷载效应的。规范要求在荷载效应的。规范要求在荷载效应的。规范要求在荷载效应的短期组合和长期组合两种情况
3、下,构件验算点拉应力不能短期组合和长期组合两种情况下,构件验算点拉应力不能短期组合和长期组合两种情况下,构件验算点拉应力不能短期组合和长期组合两种情况下,构件验算点拉应力不能超过由混凝土拉应力限制系数超过由混凝土拉应力限制系数超过由混凝土拉应力限制系数超过由混凝土拉应力限制系数ctctctct控制的应力值。控制的应力值。控制的应力值。控制的应力值。8.1.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算 一般的钢筋混凝土结构,总是带缝工作的。一般的钢筋混凝土结构,总是带缝工作的。一般的钢筋混凝土结构,总是带缝工作的。一般的钢筋混凝土结构,总是带缝工作的。但对于但对于但对于但对于一些构件需要进行裂缝宽度验算。规范要求
4、在荷载效应的短期一些构件需要进行裂缝宽度验算。规范要求在荷载效应的短期一些构件需要进行裂缝宽度验算。规范要求在荷载效应的短期一些构件需要进行裂缝宽度验算。规范要求在荷载效应的短期组合(考虑部分荷载长期作用的影响)和长期组合两种情况下组合(考虑部分荷载长期作用的影响)和长期组合两种情况下组合(考虑部分荷载长期作用的影响)和长期组合两种情况下组合(考虑部分荷载长期作用的影响)和长期组合两种情况下构件的最大裂缝宽度不应超过允许值。构件的最大裂缝宽度不应超过允许值。构件的最大裂缝宽度不应超过允许值。构件的最大裂缝宽度不应超过允许值。第三页,本课件共有49页 8.1.4 可靠度水准可靠度水准 结构构件不
5、满足结构构件不满足结构构件不满足结构构件不满足正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态对生命财产的对生命财产的对生命财产的对生命财产的危害性危害性危害性危害性比不满足比不满足比不满足比不满足承载能力极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态的要的要的要的要小小小小,其相应的目标可靠指标,其相应的目标可靠指标,其相应的目标可靠指标,其相应的目标可靠指标 b b b b 值要小些,故称值要小些,故称值要小些,故称值要小些,故称正常使用极限状态验算正常使用极限状态验算正常使用极限状态验算正常使用极限状态验算,并在验算时采用,并在验算时采用,并在验算时采用,并在验
6、算时采用荷载荷载荷载荷载标准值标准值标准值标准值、和、和、和、和材料强度标准值,结构系数材料强度标准值,结构系数材料强度标准值,结构系数材料强度标准值,结构系数 d d=1.0=1.0。第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算 8.1.3 变形验算变形验算 对于有严格限制变形要求的构件以及截面尺寸特别单薄对于有严格限制变形要求的构件以及截面尺寸特别单薄对于有严格限制变形要求的构件以及截面尺寸特别单薄对于有严格限制变形要求的构件以及截面尺寸特别单薄的装配式构件,就需要进行变形验算,要求在荷载效应的短期的装配式构件,就需要进行变形验算,要求在荷载效应的短期的
7、装配式构件,就需要进行变形验算,要求在荷载效应的短期的装配式构件,就需要进行变形验算,要求在荷载效应的短期组合(考虑部分荷载长期作用的影响)和长期组合两种情况下,组合(考虑部分荷载长期作用的影响)和长期组合两种情况下,组合(考虑部分荷载长期作用的影响)和长期组合两种情况下,组合(考虑部分荷载长期作用的影响)和长期组合两种情况下,受弯构件最大挠度值不应超过允许值。受弯构件最大挠度值不应超过允许值。受弯构件最大挠度值不应超过允许值。受弯构件最大挠度值不应超过允许值。第四页,本课件共有49页8.2.1 轴心受拉构件轴心受拉构件满足可靠指标的要求,满足可靠指标的要求,满足可靠指标的要求,满足可靠指标的
8、要求,引入拉应力限制系数引入拉应力限制系数引入拉应力限制系数引入拉应力限制系数第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算8.2 抗裂验算抗裂验算对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的长期组合长期组合长期组合长期组合对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的短期组合短期组合短期组合短期组合图图8-1 8-1 抗裂轴向力计算图抗裂轴向力计算图第五页,本课件共有49页8.2.2 受弯构件受弯构件第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的短
9、期组合短期组合短期组合短期组合对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的长期组合长期组合长期组合长期组合图图8-2 8-2 受弯构件正截面即将受弯构件正截面即将开裂时实际开裂时实际 应力图形应力图形第六页,本课件共有49页8.2.3 偏心受拉构件偏心受拉构件对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的短期组合短期组合短期组合短期组合对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的长期组合长期组合长期组合长期组合第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第七页,本课件共有49页第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢
10、筋混凝土构件正常使用极限状态验算8.2.4 偏心受压构件偏心受压构件偏心受压构件偏心受压构件对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的短期组合短期组合短期组合短期组合对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的长期组合长期组合长期组合长期组合第八页,本课件共有49页第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算 一般情况混凝土的极限拉伸值一般情况混凝土的极限拉伸值一般情况混凝土的极限拉伸值一般情况混凝土的极限拉伸值 tutu=0.0001=0.00010.000150.00015,则混凝,则混凝,则混凝,则混凝土即将开裂时,根据应变协
11、调决定的各构件中钢筋的拉应力土即将开裂时,根据应变协调决定的各构件中钢筋的拉应力土即将开裂时,根据应变协调决定的各构件中钢筋的拉应力土即将开裂时,根据应变协调决定的各构件中钢筋的拉应力 s s(0.0001(0.00010.00015)2.01050.00015)2.0105202030N/mm30N/mm2 2。可见此时钢筋。可见此时钢筋。可见此时钢筋。可见此时钢筋的应力是很低的,即对于钢筋混凝土的抗裂能力而言,钢筋的应力是很低的,即对于钢筋混凝土的抗裂能力而言,钢筋的应力是很低的,即对于钢筋混凝土的抗裂能力而言,钢筋的应力是很低的,即对于钢筋混凝土的抗裂能力而言,钢筋所起的作用不大,所以用
12、增加钢筋的办法来提高构件的抗裂所起的作用不大,所以用增加钢筋的办法来提高构件的抗裂所起的作用不大,所以用增加钢筋的办法来提高构件的抗裂所起的作用不大,所以用增加钢筋的办法来提高构件的抗裂能力既不经济,也是不合理的。能力既不经济,也是不合理的。能力既不经济,也是不合理的。能力既不经济,也是不合理的。提高构件抗裂能力可通过加大提高构件抗裂能力可通过加大提高构件抗裂能力可通过加大提高构件抗裂能力可通过加大构件截面尺寸与提高混凝土的强度等级,但最根本的方法是采用预构件截面尺寸与提高混凝土的强度等级,但最根本的方法是采用预构件截面尺寸与提高混凝土的强度等级,但最根本的方法是采用预构件截面尺寸与提高混凝土
13、的强度等级,但最根本的方法是采用预应力混凝土结构。应力混凝土结构。应力混凝土结构。应力混凝土结构。第九页,本课件共有49页8.3.1 裂缝的成因及对策裂缝的成因及对策裂缝的成因及对策裂缝的成因及对策荷载引起的裂缝荷载引起的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非荷载引起的裂缝非荷载引起的裂缝拉力拉力拉力拉力弯矩弯矩弯矩弯矩剪力剪力剪力剪力扭矩扭矩扭矩扭矩垂直裂缝,正截面裂缝垂直裂缝,正截面裂缝垂直裂缝,正截面裂缝垂直裂缝,正截面裂缝主要裂缝成因主要裂缝成因主要裂缝成因主要裂缝成因Crack WidthCrack Width第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算
14、钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算8.3 8.3 裂缝开展宽度验算裂缝开展宽度验算第十页,本课件共有49页1 1、温度变化引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、温度变化引起的裂缝原因:热胀冷缩,且变形受到约束原因:热胀冷缩,且变形受到约束原因:热胀冷缩,且变形受到约束原因:热胀冷缩,且变形受到约束采取的措施:采取的措施:采取的措施:采取的措施:a.a.对混凝土分层分块;对混凝土分层分块;对混凝土分层分块;对混凝土分层分块;b.b.低热水泥;低热水泥;低热水泥;低热水泥;c.c.人工冷却人工冷却人工冷却人工冷却2 2、混凝土收缩引起的裂缝、混凝土收缩引起的裂缝、混凝土收缩引起的裂缝
15、、混凝土收缩引起的裂缝原因:混凝土结硬时产生体积缩小,变形受到约束原因:混凝土结硬时产生体积缩小,变形受到约束原因:混凝土结硬时产生体积缩小,变形受到约束原因:混凝土结硬时产生体积缩小,变形受到约束采取的措施:采取的措施:采取的措施:采取的措施:a.a.设置伸缩缝;设置伸缩缝;设置伸缩缝;设置伸缩缝;b.b.改善水泥性能;改善水泥性能;改善水泥性能;改善水泥性能;c.c.降低水灰比;降低水灰比;降低水灰比;降低水灰比;d.d.加强养护。加强养护。加强养护。加强养护。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、基础不均匀沉降引起的裂缝、基础不均匀沉降引起的裂缝采取的措施:采取的措
16、施:采取的措施:采取的措施:a.a.构造措施;构造措施;构造措施;构造措施;b.b.设置沉降缝;设置沉降缝;设置沉降缝;设置沉降缝;第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第十一页,本课件共有49页4 4、混凝土塑性塌引起的裂缝、混凝土塑性塌引起的裂缝、混凝土塑性塌引起的裂缝、混凝土塑性塌引起的裂缝采取的措施:采取的措施:采取的措施:采取的措施:a.a.级配良好;级配良好;级配良好;级配良好;b.b.控制水灰比;控制水灰比;控制水灰比;控制水灰比;c.c.提高施工质量提高施工质量提高施工质量提高施工质量5 5、冰冻引起的裂缝、冰冻引起的裂缝、冰冻引起的裂
17、缝、冰冻引起的裂缝6 6、钢筋锈蚀引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝采取的措施:采取的措施:采取的措施:采取的措施:a.a.提高混凝土的密实性;提高混凝土的密实性;提高混凝土的密实性;提高混凝土的密实性;b.b.加大保护层厚度加大保护层厚度加大保护层厚度加大保护层厚度第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算7 7、碱骨料化学反应引起的裂缝、碱骨料化学反应引起的裂缝、碱骨料化学反应引起的裂缝、碱骨料化学反应引起的裂缝采取的措施:采取的措施:采取的措施:采取的措施:a a采用优质骨料和低碱水泥;采用优质骨料和低碱水泥;采用
18、优质骨料和低碱水泥;采用优质骨料和低碱水泥;b.b.提高密实性提高密实性提高密实性提高密实性第十二页,本课件共有49页8.3.2 受力裂缝的开展宽度计算理论受力裂缝的开展宽度计算理论计计算算理理论论半理论半经验公式我国建筑系统和水工系统规范半理论半经验公式我国建筑系统和水工系统规范半理论半经验公式我国建筑系统和水工系统规范半理论半经验公式我国建筑系统和水工系统规范数量统计公式美国、俄罗斯及我国港工规范数量统计公式美国、俄罗斯及我国港工规范数量统计公式美国、俄罗斯及我国港工规范数量统计公式美国、俄罗斯及我国港工规范裂缝开展机理裂缝开展机理粘结滑移理论粘结滑移理论粘结滑移理论粘结滑移理论无粘结滑移
19、理论无粘结滑移理论无粘结滑移理论无粘结滑移理论综合理论综合理论综合理论综合理论第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第十三页,本课件共有49页1 1、裂缝开展前后的应力状态、裂缝开展前后的应力状态、裂缝开展前后的应力状态、裂缝开展前后的应力状态a aa aa ac cc cc cb bb b(a)(a)裂缝即将出现裂缝即将出现(b)(b)第一批裂缝出现第一批裂缝出现(c)(c)裂缝的分布及开展裂缝的分布及开展第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算图图8-3 8-3 裂缝开展前后的应力应变状态裂缝开展前后的应力应
20、变状态第十四页,本课件共有49页1)1)在裂缝出现前在裂缝出现前在裂缝出现前在裂缝出现前,混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上,混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上,混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上,混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀分布的。是均匀分布的。是均匀分布的。是均匀分布的。2)2)当受拉区外边缘的混凝土达到当受拉区外边缘的混凝土达到当受拉区外边缘的混凝土达到当受拉区外边缘的混凝土达到混凝土的极限拉应变时,就混凝土的极限拉应变时,就混凝土的极限拉应变时,就混凝土的极限拉应变时,就处于即将出现裂缝的状态处于即将出现裂缝的状态处于即将出现裂缝的状态处于即将出现裂缝的状态a a阶
21、段。阶段。阶段。阶段。3)3)当受拉区外边缘的混凝土在最薄弱截面位置达到其极限拉应变当受拉区外边缘的混凝土在最薄弱截面位置达到其极限拉应变当受拉区外边缘的混凝土在最薄弱截面位置达到其极限拉应变当受拉区外边缘的混凝土在最薄弱截面位置达到其极限拉应变e e e e0 0 0 0ct ct后,出现第一条(批)裂缝。后,出现第一条(批)裂缝。后,出现第一条(批)裂缝。后,出现第一条(批)裂缝。4)4)裂缝出现瞬间裂缝出现瞬间裂缝出现瞬间裂缝出现瞬间,裂缝截面位置的混凝土退出工作,应力降低,裂缝截面位置的混凝土退出工作,应力降低,裂缝截面位置的混凝土退出工作,应力降低,裂缝截面位置的混凝土退出工作,应力
22、降低为零,而钢筋承担的拉力突然增加。为零,而钢筋承担的拉力突然增加。为零,而钢筋承担的拉力突然增加。为零,而钢筋承担的拉力突然增加。第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第十五页,本课件共有49页第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算5)5)裂缝出现后,混凝土向裂缝两侧回缩,但非自由,受到钢筋的约裂缝出现后,混凝土向裂缝两侧回缩,但非自由,受到钢筋的约裂缝出现后,混凝土向裂缝两侧回缩,但非自由,受到钢筋的约裂缝出现后,混凝土向裂缝两侧回缩,但非自由,受到钢筋的约束。混凝土与钢筋之间有相对滑移,产生粘结应力束。混
23、凝土与钢筋之间有相对滑移,产生粘结应力束。混凝土与钢筋之间有相对滑移,产生粘结应力束。混凝土与钢筋之间有相对滑移,产生粘结应力t t。由于粘结应力由于粘结应力由于粘结应力由于粘结应力的存在的存在的存在的存在,随着距裂缝截面距离的增加,钢筋拉应力逐渐传递给混凝,随着距裂缝截面距离的增加,钢筋拉应力逐渐传递给混凝,随着距裂缝截面距离的增加,钢筋拉应力逐渐传递给混凝,随着距裂缝截面距离的增加,钢筋拉应力逐渐传递给混凝土而减小,混凝土拉应力由裂缝处的零逐渐增大,达到土而减小,混凝土拉应力由裂缝处的零逐渐增大,达到土而减小,混凝土拉应力由裂缝处的零逐渐增大,达到土而减小,混凝土拉应力由裂缝处的零逐渐增大
24、,达到l l后,粘结后,粘结后,粘结后,粘结应力消失,混凝土中又重新建立起拉应力应力消失,混凝土中又重新建立起拉应力应力消失,混凝土中又重新建立起拉应力应力消失,混凝土中又重新建立起拉应力 ctct。6)6)当距裂缝截面有足够的长度当距裂缝截面有足够的长度当距裂缝截面有足够的长度当距裂缝截面有足够的长度 l l 时,混凝土拉应力时,混凝土拉应力时,混凝土拉应力时,混凝土拉应力 ctct增大到增大到增大到增大到f ft t,此时将在离裂缝截面此时将在离裂缝截面此时将在离裂缝截面此时将在离裂缝截面 l l的另一薄弱截面处出现新的裂缝。的另一薄弱截面处出现新的裂缝。的另一薄弱截面处出现新的裂缝。的另
25、一薄弱截面处出现新的裂缝。第十六页,本课件共有49页7)7)如果两条裂缝的间距小于如果两条裂缝的间距小于如果两条裂缝的间距小于如果两条裂缝的间距小于2 2 l l,则由于粘结应力传递长度不够,则由于粘结应力传递长度不够,则由于粘结应力传递长度不够,则由于粘结应力传递长度不够,混凝土拉应力不可能达到混凝土拉应力不可能达到混凝土拉应力不可能达到混凝土拉应力不可能达到f ft t,因此将不会出现新的裂缝,裂,因此将不会出现新的裂缝,裂,因此将不会出现新的裂缝,裂,因此将不会出现新的裂缝,裂缝的间距最终将稳定在(缝的间距最终将稳定在(缝的间距最终将稳定在(缝的间距最终将稳定在(l l 2 2 l l)
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