第九章-正常使用极限状态验算和耐久性设计课件.ppt

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1、河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院第九章第九章 正常使用极限状态正常使用极限状态验算和耐久性设计验算和耐久性设计河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院本章重点本章重点考虑构件变形、裂缝和耐久性的重要性考虑构件变形、裂缝和耐久性的重要性掌握掌握受弯构件裂缝宽度的验算方法；受弯构件裂缝宽度的验算方法；掌握掌握受弯构件截面刚度计算与变形验算方受弯构件截面刚度计算与变形验算方法。法。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院一、引言一、引言结构构件结构构件的可靠性的可靠性本章的主要内容本章的主要内容具有足够的承载力和具有足够的承载力和变形能力变形能力安全性安全性适用性适用

2、性耐久性耐久性在使用荷载下不产生在使用荷载下不产生过大的裂缝和变形过大的裂缝和变形在一定时期内维持其安在一定时期内维持其安全性和适用性的能力全性和适用性的能力河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院 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对生对生命财产的危害性比不满足命财产的危害性比不满足承载能力极限状态承载能力极限状态的要的要小小，其相应的目标可靠指标，其相应的目标可靠指标 值要小值要小些，故称正常使用极限状态些，故称正常使用极限状态验算验算，并在验算，并在验算时采用时采用荷载标准值荷载标准值、和、和材料强度标准值，结材料强度标准值，结构重要性系数构重要性系数

3、0 0=1.0=1.0。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、裂缝的分类与成因二、裂缝的分类与成因施工期间产生的裂缝和施工期间产生的裂缝和使用期间产生的裂缝使用期间产生的裂缝按按裂缝的产生时间裂缝的产生时间龟裂、横向裂缝（与构龟裂、横向裂缝（与构件轴线垂直）、纵向裂件轴线垂直）、纵向裂缝、斜裂缝、八字裂缝、缝、斜裂缝、八字裂缝、X形交叉裂缝等形交叉裂缝等按按裂缝的产生原因裂缝的产生原因非受力因素产生的裂缝非受力因素产生的裂缝和受力因素产生的裂缝和受力因素产生的裂缝按按裂缝的形态裂缝的形态1.分类分类河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、裂缝的分类与成因二、裂缝的分类

4、与成因固体下沉，表面泌水而引起的。固体下沉，表面泌水而引起的。大风、高温使水分从混凝土表面大风、高温使水分从混凝土表面快速蒸发引起的（龟裂）。快速蒸发引起的（龟裂）。塑性裂缝塑性裂缝施工期间的裂缝施工期间的裂缝2.成因成因采取的措施：采取的措施：a.a.级配良好的骨料；级配良好的骨料；b.b.控制水灰控制水灰比；比；c.c.提高施工质量提高施工质量河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、裂缝的分类与成因二、裂缝的分类与成因混凝土的收缩受到约束后混凝土的收缩受到约束后产生的裂缝产生的裂缝约束收缩裂缝约束收缩裂缝施工期间的裂缝施工期间的裂缝2.成因成因采取的措施：采取的措施：a.a.设

5、置伸缩缝；设置伸缩缝；b.b.改善水泥性能；改善水泥性能；c.c.降低水灰比；降低水灰比；d.d.加强养护。加强养护。温度裂缝温度裂缝大体积混凝土中由于混凝土水化作用产大体积混凝土中由于混凝土水化作用产生的水化热使内外混凝土产生温度差。生的水化热使内外混凝土产生温度差。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；b.b.低热水泥；低热水泥；c.c.人工冷却人工冷却河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、裂缝的分类与成因二、裂缝的分类与成因使用期间的裂缝使用期间的裂缝-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：a.a.提高混凝土的密实性；提高

6、混凝土的密实性；b.b.加大保护层厚度加大保护层厚度河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、裂缝的分类与成因二、裂缝的分类与成因使用期间的裂缝使用期间的裂缝-温度（气温）变化引起的裂缝温度（气温）变化引起的裂缝温度区段温度区段气温升高时气温升高时T采取的措施：设置伸缩缝采取的措施：设置伸缩缝河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、裂缝的分类与成因二、裂缝的分类与成因使用期间的裂缝使用期间的裂缝-地基不均匀沉降引起的裂缝地基不均匀沉降引起的裂缝采取的措施：采取的措施：a.a.构造措施；构造措施；b.b.设置沉降缝；设置沉降缝；河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学

7、院二、裂缝的分类与成因二、裂缝的分类与成因使用期间的裂缝使用期间的裂缝-外部环境引起的裂缝外部环境引起的裂缝冻融循环作用冻融循环作用碱碱骨料反应骨料反应盐类腐蚀盐类腐蚀外部环境外部环境酸类腐蚀酸类腐蚀采取的措施：采取的措施：a.a.采用优质骨料和低采用优质骨料和低碱水泥；碱水泥；b.b.提高密实性提高密实性河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院二、裂缝的分类与成因二、裂缝的分类与成因使用期间的裂缝使用期间的裂缝-荷载引起的裂缝荷载引起的裂缝斜裂缝斜裂缝垂直裂缝垂直裂缝纵向裂缝纵向裂缝拉、弯、剪、扭、粘结等引起的裂缝拉、弯、剪、扭、粘结等引起的裂缝目前，只有在拉、弯状态下混凝目前，只有

8、在拉、弯状态下混凝土横向裂缝宽度的计算理论比较土横向裂缝宽度的计算理论比较成熟。这也是下面所要介绍的主成熟。这也是下面所要介绍的主要内容要内容河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院裂缝的控裂缝的控制等级制等级严格要求不出现裂缝严格要求不出现裂缝一级一级二级二级三级三级一般要求不出现裂缝一般要求不出现裂缝可以出现裂缝但要验算裂可以出现裂缝但要验算裂缝的宽度缝的宽度最大裂缝宽最大裂缝宽度限值，附度限值，附表表16三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算1、概述、概述 对二对二a类环境的预应力混凝土构件，还应类环境的预应力混凝土构件，还应按荷载准永久组合计算并符合下面规定：按荷

9、载准永久组合计算并符合下面规定：按荷载按荷载标准标准组合，构件受拉边缘混凝土不产生拉应力组合，构件受拉边缘混凝土不产生拉应力按荷载按荷载标准标准组合，构件受拉边缘混凝土允许产生拉应力组合，构件受拉边缘混凝土允许产生拉应力钢筋砼构件的最大裂缝宽度按荷载钢筋砼构件的最大裂缝宽度按荷载准永久准永久组合并考虑长期作用影响的效应计算，预组合并考虑长期作用影响的效应计算，预应力砼构件的最大裂缝宽度可按荷载标准应力砼构件的最大裂缝宽度可按荷载标准组合并考虑长期作用影响的效应计算组合并考虑长期作用影响的效应计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院变形控制的目的和要求变形控制的目的和要求（1）保证建

10、筑的使用功能要求：）保证建筑的使用功能要求：吊车梁的挠度不能过大；放置精密仪器的梁板挠度不能过大。吊车梁的挠度不能过大；放置精密仪器的梁板挠度不能过大。（2）防止对结构构件产生不良影响）防止对结构构件产生不良影响支撑在墙上的梁可能会旋转引起墙裂缝。支撑在墙上的梁可能会旋转引起墙裂缝。（3）防止对非结构构件产生不良影响）防止对非结构构件产生不良影响构件变形引起门窗变形，天花板开裂等。构件变形引起门窗变形，天花板开裂等。（4）保证人们的感觉在可接受的程度之内）保证人们的感觉在可接受的程度之内过大的颤动和明显的下垂。过大的颤动和明显的下垂。变形控制变形控制受受弯弯构构件件最最大大挠挠度限值，附表度限

11、值，附表14河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、混凝土构件裂缝宽度的计算三、混凝土构件裂缝宽度的计算钢筋砼构件的裂缝宽度钢筋砼构件的裂缝宽度计算计算v粘结粘结-滑移理论：滑移理论：裂裂缝缝的的开开展展是是由由于于钢钢筋筋和和砼砼变变形形不不协协调调出出现现相相对对滑滑移移引引起起的的，裂裂缝缝宽宽度度等等于于裂裂缝缝间间距距范范围围内内钢钢筋筋和和混混凝凝土土的的伸伸长长之之差差，假假定定构构件件表表面面裂裂缝缝宽宽度度与与内内部部钢钢筋筋表表面面裂缝宽度相同裂缝宽度相同。v 无滑移理论无滑移理论 裂裂缝缝宽宽度度随随离离开开钢钢筋筋的的距距离离增增大大而而增增大大，钢钢筋筋与

12、与砼砼之之间间无无相相对对滑滑移移，钢钢筋筋表表面面裂裂缝缝宽宽度度为为零零，混混凝凝土土保保护护层层厚厚度度是是影影响响裂裂缝缝宽宽度度的的主主要要影影响响因因素素。构构件件表表面面裂裂缝缝宽宽度度主主要要是是由由钢钢筋筋周周围围的混凝土回缩形成的的混凝土回缩形成的。我国我国规范规范是建立在粘结滑移理论和无滑移理论的基础上，主是建立在粘结滑移理论和无滑移理论的基础上，主要基于粘结滑移理论，同时考虑同保护层厚度和钢筋的有效约束对裂要基于粘结滑移理论，同时考虑同保护层厚度和钢筋的有效约束对裂缝宽度的影响，缝宽度的影响，结合大量试验结果得到的结合大量试验结果得到的半理论半经验半理论半经验公式。公式

13、。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院wmax的计算方法的计算方法规范规范的思路：的思路：得到最大裂缝宽度得到最大裂缝宽度wmax根据裂缝出现机理，计算平均裂缝间距根据裂缝出现机理，计算平均裂缝间距lcr建立平均裂缝宽度理论公式建立平均裂缝宽度理论公式wm按试验资料确定扩大系数按试验资料确定扩大系数三、混凝土构件裂缝宽度的计算三、混凝土构件裂缝宽度的计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院受弯构件裂缝出现和开展过程受弯构件裂缝出现和开展过程受弯构件在对称集中荷载作用下，纯弯段出现垂直裂缝，受弯构件在对称集中荷载作用下，纯弯段出现垂直裂缝，剪弯段出现斜裂缝。剪弯段出现斜裂

14、缝。斜截面按要求配置腹筋后，斜裂缝宽度不会超过斜截面按要求配置腹筋后，斜裂缝宽度不会超过0.2mm，只需验算垂直裂缝宽度。只需验算垂直裂缝宽度。MMcr时时，构构件件不不出出现现裂裂缝缝；M=Mcr时时，混混凝凝土土达达到到抗抗拉拉强强度度，进进入入裂裂缝出现的临界状态，砼应力分布不均匀，强度弱的截面出现第一批裂缝。缝出现的临界状态，砼应力分布不均匀，强度弱的截面出现第一批裂缝。裂裂缝缝处处，钢钢筋筋应应力力突突然然增增大大，原原来来受受拉拉张张紧紧的的砼砼向向两两侧侧回回缩缩，钢钢筋筋与与砼砼出出现现相相对对滑滑移移产产生生变变形形差差。由由于于钢钢筋筋与与砼砼之之间间粘粘结结应应力力的的存

15、存在在，裂裂缝缝截截面面处处钢钢筋筋应应力力又又通通过过粘粘结结应应力力传传递递给给砼砼，使使砼砼拉拉应应力力随随离离开开裂裂缝缝截截面面的的距距离离增增大大而而增增大大，而而钢钢筋筋应应力力则则相相应应的的减减少少，直直到到钢钢筋筋与与砼砼应应变变相相等等，相相对对滑移和粘结应力消失。滑移和粘结应力消失。随随着着荷荷载载增增加加，陆陆续续出出现现第第二二批批裂裂缝缝、第第三三批批裂裂缝缝。裂裂缝缝间间距距不不断断减减小，当裂缝间砼应力不能增大到砼的抗拉强度时，裂缝出现已达稳定。小，当裂缝间砼应力不能增大到砼的抗拉强度时，裂缝出现已达稳定。裂缝出现过程裂缝出现过程河南理工大学土木工程学院河南理

16、工大学土木工程学院随着荷载继续增加，随着荷载继续增加，M增加到使用阶段荷载准永久组合的弯矩值时，增加到使用阶段荷载准永久组合的弯矩值时，裂缝间距趋于稳定，裂缝宽度随钢筋与砼间滑移量以及钢筋应力的增裂缝间距趋于稳定，裂缝宽度随钢筋与砼间滑移量以及钢筋应力的增大而增大。最后，各裂缝宽度分别达到一定值，裂缝截面处钢筋应力大而增大。最后，各裂缝宽度分别达到一定值，裂缝截面处钢筋应力达到达到sqsq。-裂缝开展过程裂缝开展过程受弯构件裂缝出现和开展过程受弯构件裂缝出现和开展过程河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院由受拉钢筋平衡条件：由受拉钢筋平衡条件：受弯构件裂缝宽度的计算受弯构件裂缝宽度的

17、计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院由受拉钢筋平衡条件：由受拉钢筋平衡条件：由裂缝截面由裂缝截面a处力矩平衡条件：处力矩平衡条件：由即将出现裂缝截面由即将出现裂缝截面b处力矩平衡条件：处力矩平衡条件：取取1=2河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院假定假定x=0.5h，砼应力分布均匀，强度为，砼应力分布均匀，强度为ftk有效受拉砼面积有效受拉砼面积河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院采用等直径钢筋时，取采用等直径钢筋时，取钢筋与砼之间粘结强度与砼抗拉强度成正比，可取钢筋与砼之间粘结强度与砼抗拉强度成正比，可取 为常数。为常数。也取为常数。也取为常数。k k

18、1 1 经验系数经验系数相对粘结特征系数相对粘结特征系数河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院2、裂缝的出现和分布规律、裂缝的出现和分布规律三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算ac(a)(a)裂缝即将出现裂缝即将出现acb(b)(b)第一批裂缝出现第一批裂缝出现acb(c)(c)裂缝的分布及开展裂缝的分布及开展河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院3 3、平均裂缝间距、平均裂缝间距轴心受拉构件粘结应力传递长度轴心受拉构件粘结应力传递长度三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、横向受力裂缝宽度的计

19、算三、横向受力裂缝宽度的计算bhbfbfbh0.5hhfhf有效配筋率有效配筋率有效受有效受拉面积拉面积河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院但上式中，当但上式中，当 趋于零时，裂缝间距也趋于零，这与趋于零时，裂缝间距也趋于零，这与实际不符。试验表明，当实际不符。试验表明，当很小时，裂缝间距趋于某一常很小时，裂缝间距趋于某一常数，该数与混凝土保护层厚度以及钢筋有效约束区有关。为数，该数与混凝土保护层厚度以及钢筋有效约束区有关。为此，对上式进行如下修正：此，对上式进行如下修正：三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算当配筋率相同时，钢筋直径越细，裂缝间距越小，裂缝宽度也当配

20、筋率相同时，钢筋直径越细，裂缝间距越小，裂缝宽度也越小。越小。砼保护层厚度决定的应力传递长度砼保护层厚度决定的应力传递长度相对滑移引起的应力传递长度相对滑移引起的应力传递长度河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算构件受力特征系数构件受力特征系数钢筋直径不等时，采用等效直径钢筋直径不等时，采用等效直径deq河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院对于常用的带肋钢筋，对于常用的带肋钢筋，规范规范给出的平均裂缝间给出的平均裂缝间距距lm m的计算公式为的计算公式为轴心受拉构件轴心受拉构件受弯、偏拉、偏压构件受弯、偏拉、偏压构件三、

21、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院 te0.01时，取时，取 te=0.01c65时，时，取取c=65其它受力构件其它受力构件=1.0；轴拉轴拉构件构件=1.1光圆，取光圆，取0.7；变形，取变形，取1.0三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算平均裂缝宽度平均裂缝宽度wm等于构件裂缝区段内钢筋的平均伸长与相等于构件裂缝区段内钢筋的平均伸长

22、与相应水平处混凝土平均伸长的差值。应水平处混凝土平均伸长的差值。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算s 裂缝截面处纵向钢筋的拉应力裂缝截面处纵向钢筋的拉应力纵向钢筋应变不均匀系数纵向钢筋应变不均匀系数裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度的影响系数，一般取裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度的影响系数，一般取0.85河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院裂裂缝缝截截面面处处的的纵纵向向受受拉拉钢钢筋筋应应力力s按按荷荷载载准准永永久久组组合合相相应应计计算算，s=sq，对对预预应应力力砼砼构构件件按按荷荷载载标标准准组组合合的效应值计算，的效

23、应值计算，s=sk。s可按裂缝截面处力的平衡条件求得可按裂缝截面处力的平衡条件求得轴心受拉构件轴心受拉构件、Nq按荷载效应标准组合、准永久组合计按荷载效应标准组合、准永久组合计算的轴向拉力算的轴向拉力受拉钢筋总截面面积受拉钢筋总截面面积三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院受弯构件受弯构件Mq按荷载效应准永久组合按荷载效应准永久组合计算的截面弯矩计算的截面弯矩截面截面有效高度有效高度内内力臂系数，可近似取为力臂系数，可近似取为0.87受弯构件裂缝截面处的应力受弯构件裂缝截面处的应力三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算

24、河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院偏心受拉构件偏心受拉构件三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院偏心受压构件偏心受压构件三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院纵向钢筋应变不均匀系数纵向钢筋应变不均匀系数系数系数的物理意义就是反映裂缝间受拉混凝土对纵的物理意义就是反映裂缝间受拉混凝土对纵向受拉钢筋应变的影响程度向受拉钢筋应变的影响程度三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算0.2时，取时，取0.2，当，当1时取时取1，对直，对直接承受重复荷载的构件

25、取接承受重复荷载的构件取1河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算0.85河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院5、裂缝的最大宽度、裂缝的最大宽度由裂缝的统计特性，按由裂缝的统计特性，按95%的保证率的保证率考虑到长期荷载下，混凝土徐变影响导致裂缝继续扩大，考虑到长期荷载下，混凝土徐变影响导致裂缝继续扩大，取扩大系数为取扩大系数为1.5三、横向受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算受弯、偏压构件取受弯、偏压构件取1.9；偏心受拉构件偏心受拉构件2.4；轴拉构件取轴拉构件取2.7河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工

26、程学院v注意注意：（1）最大裂缝宽度是受拉钢筋合力位置的高度处构件侧表面）最大裂缝宽度是受拉钢筋合力位置的高度处构件侧表面的裂缝宽度，适用于的裂缝宽度，适用于20 mm cs65mm的情况；的情况；（2）直接承受）直接承受A1-A5级工作制吊车的受弯构件，满载可能性级工作制吊车的受弯构件，满载可能性小，上式乘以降低系数小，上式乘以降低系数0.85；（3）e0/h0 0.55的构件不作裂缝宽度验算。的构件不作裂缝宽度验算。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范采用的方法采用的方法受拉钢筋的总周长受拉钢筋的总周长三、横向

27、受力裂缝宽度的计算三、横向受力裂缝宽度的计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院影响裂缝宽度的因素分析影响裂缝宽度的因素分析v纵向受拉钢筋的应力纵向受拉钢筋的应力：裂缝宽度与受拉钢筋应力近似成正比，钢筋应：裂缝宽度与受拉钢筋应力近似成正比，钢筋应力越大，裂缝越宽，不宜采用高强钢筋。力越大，裂缝越宽，不宜采用高强钢筋。v纵筋直径纵筋直径d：随着：随着d增大，裂缝间距增大，裂缝间距lcr增大，增大，wmax增大。采用多根细直增大。采用多根细直径钢筋可减小径钢筋可减小d，增大钢筋表面积，使粘结力增大，裂缝宽度减小。，增大钢筋表面积，使粘结力增大，裂缝宽度减小。v纵向受拉钢筋的表面形状纵向

28、受拉钢筋的表面形状：带肋钢筋：带肋钢筋deq小，小，lcr减小，减小，wmax减小，因带减小，因带肋钢筋粘结强度高与光圆钢筋，裂缝截面处，钢筋通过粘结应力将拉肋钢筋粘结强度高与光圆钢筋，裂缝截面处，钢筋通过粘结应力将拉力传递给砼达到砼抗拉强度所需要的距离要小。力传递给砼达到砼抗拉强度所需要的距离要小。v纵向受拉钢筋的配筋率纵向受拉钢筋的配筋率：配筋率越大，钢筋应力越小，裂缝宽度越小。：配筋率越大，钢筋应力越小，裂缝宽度越小。影响裂缝宽度的因素分析影响裂缝宽度的因素分析河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院影响裂缝宽度的因素分析影响裂缝宽度的因素分析v混凝土保护层厚度：混凝土保护层厚度

29、：c越大，越大，lcr越大，裂缝宽度越大。越大，裂缝宽度越大。v荷载性质：荷载性质：荷载长期作用下裂缝宽度较大，反复动力荷载作用下裂缝荷载长期作用下裂缝宽度较大，反复动力荷载作用下裂缝宽度增大。宽度增大。v构件受力性质：构件受力性质：crv混凝土强度等级：混凝土强度等级：对裂缝宽度影响不大。对裂缝宽度影响不大。影响裂缝宽度的因素分析影响裂缝宽度的因素分析减小裂缝宽度的有效措施：小直径钢筋；变形钢筋减小裂缝宽度的有效措施：小直径钢筋；变形钢筋减小裂缝宽度的有效方法：预应力混凝土减小裂缝宽度的有效方法：预应力混凝土河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院裂缝截面处钢筋应力裂缝截面处钢筋应力

30、按荷载准永久组合计算的梁跨中截面弯矩值按荷载准永久组合计算的梁跨中截面弯矩值=54.096KN.m河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院受拉钢筋应变不均匀系数受拉钢筋应变不均匀系数受弯构件，受弯构件，cr=1.9河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院变形控制的目的和要求变形控制的目的和要求（1）保证建筑的使用功能要求：）保证建筑的使用功能要求：吊车梁的挠度不能过大；放置精密仪器的梁板挠度不能过大。吊车梁的挠度不能过大；放置精密仪器的

31、梁板挠度不能过大。（2）防止对结构构件产生不良影响）防止对结构构件产生不良影响支撑在墙上的梁可能会旋转引起墙裂缝。支撑在墙上的梁可能会旋转引起墙裂缝。（3）防止对非结构构件产生不良影响）防止对非结构构件产生不良影响构件变形引起门窗变形，天花板开裂等。构件变形引起门窗变形，天花板开裂等。（4）保证人们的感觉在可接受的程度之内）保证人们的感觉在可接受的程度之内过大的颤动和明显的下垂。过大的颤动和明显的下垂。四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院1、混凝土受弯构件变形计算的特点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匀质弹性材料梁

32、的跨中挠度f 为为混凝土受弯构件的跨中挠度混凝土受弯构件的跨中挠度f 为为B 仍仍称称为为受受弯弯构构件件的的弯弯曲曲刚刚度度，但但由由于于混混凝凝土土是是不不均均匀匀的的非非弹弹性性材材料料，其其变变形形模模量量Ec随随截截面面应应力力增增大大而而减减小小，而而裂裂缝缝截截面面的的惯惯性性矩矩Ic也也随随裂裂缝缝开开展展而而显显著著降降低低，加加之之混混凝凝土土材材料料具具有有比比较较明明显显的的徐徐变变、收收缩缩等等“时时随随”特特性性，需需要要考考虑虑长长期期荷荷载载的的影影响响，因因而而确确定定钢钢筋筋混混凝凝土构件的弯曲刚度土构件的弯曲刚度B 要较确定匀质材料梁要较确定匀质材料梁EI

33、 复杂得多。复杂得多。四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度钢筋混凝土纯弯段截面抗弯刚度的特点钢筋混凝土纯弯段截面抗弯刚度的特点：M 012IIIIII (1)随随着着荷荷载载的的增增大大（弯弯矩矩增增大大）B不断降低不断降低（2）随着配筋率的降低而减小）随着配筋率的降低而减小（3）沿沿构构件件的的跨跨度度，截截面面抗抗弯弯刚刚度度是变化的是变化的（4）随加载时间的增长而减小）随加载时间的增长而减小河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与

34、刚度短期荷载效应短期荷载效应(荷载准永久组合荷载准永久组合)时的挠度对应的刚度为短时的挠度对应的刚度为短期刚度期刚度Bs考虑荷载长期作用效应时的挠度对应的刚度为长期刚度考虑荷载长期作用效应时的挠度对应的刚度为长期刚度Bl(徐徐变、裂缝的不断发展等等变、裂缝的不断发展等等)混混凝凝土土受受弯弯构构件件的的变变形形验验算算中中用用到到的的抗抗弯弯刚刚度度是是指指构构件件上上一一段段长长度度范范围围内内的的平平均均截截面面抗抗弯弯刚刚度度，考考虑虑到到荷荷载载作作用时间的影响，有短期刚度用时间的影响，有短期刚度Bs和长期刚度和长期刚度Bl两种。两种。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院四

35、、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度就平均应变而言符合平截面假定就平均应变而言符合平截面假定2.短期刚度短期刚度Bs匀质弹性材料梁匀质弹性材料梁钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度2.短期刚度短期刚度Bs钢筋和砼沿纵向应力分布都不均匀，钢筋和砼沿纵向应力分布都不均匀，都用平均应变值。都用平均应变值。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度裂缝截面处钢筋的应力和应变裂缝截面处钢筋的应力和应变MqAsh0 h0 1 cq cq 0h0As sq平均应

36、变平均应变河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院 矩形截面矩形截面裂缝截面处砼的应力和应变裂缝截面处砼的应力和应变T形截面形截面取取压应力合力为：压应力合力为：河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院 裂缝截面处砼的应力和应变裂缝截面处砼的应力和应变受压边缘砼平均应变综合系数受压边缘砼平均应变综合系数河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度基本概念基本概念flMlfsMs+3.荷载长期作用下的刚度荷载长期作用下的刚度考虑荷载短

37、期效应计算的挠度考虑荷载短期效应计算的挠度fs考虑荷载长期作用影响效应计算的挠度考虑荷载长期作用影响效应计算的挠度f1河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度定义挠度增大系数定义挠度增大系数：变形系数法变形系数法 矩形、矩形、T形，倒形，倒T形和形和I字形截面受弯构件考虑荷载长期作用影响的刚字形截面受弯构件考虑荷载长期作用影响的刚度度B按下列规定计算：按下列规定计算：1、采用荷载标准组合时：、采用荷载标准组合时：计算区段内按荷载的标准组合计算的最大弯矩值计算区段内按荷载的标准组合计算的最大弯矩值计算区段内按荷载的准永久组合计算的最大弯矩值

38、计算区段内按荷载的准永久组合计算的最大弯矩值计算区段内按荷载的准计算区段内按荷载的准永久组合计算的钢筋砼永久组合计算的钢筋砼受弯构件或者按荷载的受弯构件或者按荷载的标准组合计算的预应力标准组合计算的预应力砼受弯构件的短期刚度砼受弯构件的短期刚度河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度 2、采用荷载准永久组合时：、采用荷载准永久组合时：受弯构件挠度随时间增长的原因：受弯构件挠度随时间增长的原因：砼徐变、砼塑性发展、受拉砼与钢筋的粘结滑移徐变、受拉砼应力松砼徐变、砼塑性发展、受拉砼与钢筋的粘结滑移徐变、受拉砼应力松弛以及裂缝向上发展、受拉钢筋

39、应变随时间增大、受拉区和受压区砼弛以及裂缝向上发展、受拉钢筋应变随时间增大、受拉区和受压区砼收缩不一致使梁翘曲等。收缩不一致使梁翘曲等。翼翼缘缘位位于于受受拉拉区区的的T形形截截面面梁梁，短短期期荷荷载载作作用用下下受受拉拉砼砼参参加加工工作作较较多多，荷荷载载长长期期作作用用时时退退出出工工作作的的砼砼就就多多，挠挠度度增增加叫多，加叫多，增加增加20%。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院4 4 最小刚度原则与挠度验算最小刚度原则与挠度验算沿梁长沿梁长的刚度的刚度和曲率和曲率分布分布四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院

40、最小刚度原则最小刚度原则就是在同一符号弯矩区段内弯矩最就是在同一符号弯矩区段内弯矩最大大Mmax截面处的最小刚度截面处的最小刚度Bmin作为该区段的刚度以计作为该区段的刚度以计算构件的挠度。算构件的挠度。四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度对于简支梁，根据对于简支梁，根据最小刚度原则最小刚度原则可在全跨范围内取弯矩最大可在全跨范围内取弯矩最大Mmax截面处的最小刚度截面处的最小刚度Bmin按等刚度梁计算挠度；按等刚度梁计算挠度；对于等截面连续梁、框架梁，存在正负弯矩，按正负弯矩区段内弯对于等截面连续梁、框架梁，存在正负弯矩，按正负弯矩区段内弯矩最大矩最大截面处的最小刚度按分段等刚度

41、梁计算挠度；截面处的最小刚度按分段等刚度梁计算挠度；当计算跨度内的支座截面弯曲刚度不大于跨中截面弯曲刚度的当计算跨度内的支座截面弯曲刚度不大于跨中截面弯曲刚度的2倍倍或不小于跨中截面弯曲刚度的或不小于跨中截面弯曲刚度的1/2时，该跨也可按等刚度构件计算，其时，该跨也可按等刚度构件计算，其构件刚度取跨中最大弯矩截面的弯曲刚度。构件刚度取跨中最大弯矩截面的弯曲刚度。河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院四、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度一一方方面面按按Bmin计计算算的的挠挠度度值值偏偏大大；另另一一方方面面，不不考考虑虑剪剪切切变变形形的的影影响响，对对出出现现斜斜裂裂缝

42、缝的的情情况况，剪剪跨跨内内钢钢筋筋应应力力大大于于按按正正截截面面的的计计算算值值，这这些些均均导导致致挠挠度度计计算算值值偏偏小小。上上述述两两方方面面的的影影响响大大致致可可以以互互相相抵抵消消，对对国国内内外外约约350根根试试验验梁梁验验算算结结果果，计计算算值值与与试试验验值值符符合合较好。因此，采用较好。因此，采用“最小刚度原则最小刚度原则”是可以满足工程要求的。是可以满足工程要求的。剪切变形和斜裂缝的影响剪切变形和斜裂缝的影响挠度计算：挠度计算：简支梁简支梁河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院5、提高受弯构件刚度的措施提高受弯构件刚度的措施 （1）增增大大构构件件截

43、截面面有有效效高高度度是是提提高高构构件件截截面面刚刚度度最有效的措施；最有效的措施；（2）当当截截面面高高度度及及其其他他条条件件不不变变时时，如如有有受受拉拉翼翼缘缘或或受压翼缘，则受压翼缘，则Bs有所增；有所增；（3）增大受拉筋的配筋率，）增大受拉筋的配筋率，Bs略有增大；略有增大；（4）当当设设计计中中构构件件的的截截面面高高度度受受到到限限制制时时，可可考考虑虑增增加受拉钢筋配筋率、采用双筋截面等措施；加受拉钢筋配筋率、采用双筋截面等措施；（5）采采用用高高性性能能混混凝凝土土、对对构构件件施施加加预预应应力力等等都都是是提提高混凝土构件刚度的有效措施。高混凝土构件刚度的有效措施。四

44、、受弯构件的变形与刚度四、受弯构件的变形与刚度河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院挠度计算挠度计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院挠度计算挠度计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院挠度计算挠度计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院挠度计算挠度计算河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院1一般说明一般说明结结构构的的耐耐久久性性指指一一个个构构件件、一一个个结结构构系系统统或或一一幢幢建建筑筑物物在在一一定定时时期期内内维维持持其其适适用用性性的的能能力力，亦亦即即结结构构在在其其设设计计使使用用年年限限内内，应应当当能能够够承承受

45、受所所有有可可能能的的荷荷载载和和环环境境作作用用，而而不不应应发发生生过过度的腐蚀、损坏和破坏。度的腐蚀、损坏和破坏。混凝土结构的耐久性主要由两方面决定：混凝土结构的耐久性主要由两方面决定：混凝土、钢筋材料本身特性混凝土、钢筋材料本身特性所处使用环境所处使用环境五、结构的耐久性五、结构的耐久性河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院2影响结构耐久性能的主要因素影响结构耐久性能的主要因素内部因素内部因素外部因素外部因素其他因素其他因素混凝土的强度、密实度、混凝土的强度、密实度、水泥用量、水灰比、氯离水泥用量、水灰比、氯离子及碱含量、外加剂用量、子及碱含量、外加剂用量、保护层厚度等保护层

46、厚度等环境条件，主要包括温度、环境条件，主要包括温度、湿度、湿度、CO2含量、含量、侵蚀剂介质等侵蚀剂介质等设计构造上的缺陷、设计构造上的缺陷、施工质量差、施工质量差、使用中维修不当等使用中维修不当等五、结构的耐久性五、结构的耐久性河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院混凝土的碳化：混凝土的碳化：混混凝凝土土在在浇浇筑筑养养护护后后形形成成强强碱碱性性环环境境，在在钢钢筋筋表表面面形形成成一一层层氧氧化化膜膜，使使钢钢筋筋处处于于钝钝化化状状态态，对对钢钢筋筋起起到到一一定定的的保保护护作作用用。然然而而，大大气气中中的的CO2或或其其他他酸酸性性气气体体，渗渗入入混混凝凝土土将将使

47、使混混凝凝土土中中性性化化而而降降低低其其碱碱度度，这这就就是是混混凝凝土土的碳化。的碳化。当当碳碳化化深深度度大大于于或或等等于于混混凝凝土土保保护护层层厚厚度度而而到到达达钢钢筋筋表表面面时时，将将破破坏坏钢钢筋筋表丽的氧化膜。表丽的氧化膜。碳碳化化还还会会加加剧剧混混凝凝土土的的收收缩缩，这这些些均均可可导导致致混混凝凝土土结结构构物物的的开开裂裂甚甚至至破破坏坏。因此，混凝土的碳化对钢筋混凝土结构的耐久性具有至关重要的影响。因此，混凝土的碳化对钢筋混凝土结构的耐久性具有至关重要的影响。五、结构的耐久性五、结构的耐久性河南理工大学土木工程学院河南理工大学土木工程学院环环境境因因素素：环环

48、境境中中的的侵侵蚀蚀性性介介质质，如如化化工工厂厂或或制制剂剂厂厂的的酸酸、碱碱溶溶液液滴滴漏漏至至混混凝凝土土构构件件表表面面或或直直接接接接触触混混凝凝土土构构件件时时，将将对对混混凝凝土土产产生生严严重重腐腐蚀蚀；浸浸泡泡在在海海水水中中的的混混凝凝土土结结构构，海海水水中中的的有有害害物物质质在在混混凝凝土土的的孔孔隙隙与与裂裂缝缝间间迁迁移移，使使混混凝凝土土产产生生物物理理的的和和化化学学方方面面的的劣劣化化和和钢钢筋筋锈锈蚀蚀的的劣劣化化，使使结结构构开开裂裂、损损伤伤、刚刚度度降降低低、承承载载力力下下降降。因因此此，环环境境因因素素对对混混凝凝土土结结构构的的耐耐久性能有很大

49、影响。久性能有很大影响。五、结构的耐久性五、结构的耐久性混凝土的冻融破坏：混凝土的冻融破坏：过冷的水在混凝土空隙中迁移引起水压力甚至结过冷的水在混凝土空隙中迁移引起水压力甚至结冰产生体积膨胀，使混凝土孔壁产生拉应力造成内部开裂。在寒冷地区，冰产生体积膨胀，使混凝土孔壁产生拉应力造成内部开裂。在寒冷地区，在城市道路或立交桥中使用除冰盐融化冰雪，会加速混凝土的冻融破坏。在城市道路或立交桥中使用除冰盐融化冰雪，会加速混凝土的冻融破坏。冻融破坏在水利水电工程、港口码头工程、道路桥梁工程及某些建筑工程冻融破坏在水利水电工程、港口码头工程、道路桥梁工程及某些建筑工程中较为常见。中较为常见。河南理工大学土木

50、工程学院河南理工大学土木工程学院五、结构的耐久性五、结构的耐久性混混凝凝土土的的碱碱骨骨料料反反应应：混混凝凝土土骨骨料料中中活活性性物物质质与与混混凝凝土土微微孔孔中中来来自自水水泥泥、外外加加剂剂、掺掺和和料料及及水水中中的的可可溶溶性性碱碱溶溶液液产产生生化化学学反反应应的的现现象象。碱碱骨骨料料反反应应产产生生碱碱-硅硅酸酸盐盐凝凝胶胶，并并吸吸水水膨膨胀胀，体体积积可可增增大大34倍倍，从从面面导导致致混混凝凝土土开开裂裂、剥剥落落、钢钢筋筋外外露露锈锈蚀蚀，直直至至结结构构构构件件失失效效。另另外外，碱碱骨骨料料反反应应还还可能改变混凝土的微观结构，降低其力学性能，从而影响结构安全