钢筋混凝土构件的变形裂缝及混凝土结构的耐久性PPT.pptx
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1、第一节 钢筋混凝土受弯构件的挠度验算 一、截面弯曲刚度的概念及定义 1定义:使截面产生单位曲率(转角)需要施加的弯矩值,它体现了截面抵抗弯曲变形的能力。2主要特性(1)随荷载的增加而减小(2)随配筋率的降低而减小 第1页/共37页(3)沿构件跨度、截面抗弯刚度是变化的(4)随加载时间的增长而减小 3挠度计算公式或 S为与荷载形式、支承条件有关的挠度系数 第2页/共37页第3页/共37页4截面抗弯刚度的取值 1)对要求不出现裂缝的构件 EI=0.85EcIoIo为换算截面的惯性矩 2)验算正常使用阶段构件的挠度时M=0.5Mu0.7Mu 规范定义在M曲线上,0.5Mu0.7Mu 取段内,任意一点
2、与坐标原点O相连的割线斜率tg为截面弯曲刚度。第4页/共37页二、短期刚度BS 荷载短期作用下的截面弯曲刚度1、平均曲率 1)沿梁长,受拉钢筋的拉应变和受压区边缘混凝土的压应变都是不均匀分布的;2)沿梁长,中和轴高度呈波浪形变化;3)如果量测范围较长(750mm),则各水平纤维的平均应变沿梁截面高度的变化符合平截面假定。第5页/共37页根据平截面假定:r与平均中和轴相应的平均曲率半径 分别为纵向受拉钢筋重心处的平均拉应变和受压区边缘砼的平均压应变截而的有效高度 2裂缝截面的应变 和分别按荷载效应的标准组合作用计算裂缝截面处纵向受拉钢筋重心处的拉应力和受压区边缘砼的压应力。分别为砼的变形模量和弹
3、性模量 砼的弹性特征值第6页/共37页裂缝截面处内力臂长度系数受压区面积 受压翼缘的加强系数 将曲线分布的压应力换算成平均压应力 压应力图形丰满程度系数 3平均应变 裂缝间纵向受拉钢筋重心处的拉应变不均匀系数。第7页/共37页受压区边缘砼压应变不均匀系数取 则 受压区边缘混凝土平均应变综合系数(截面弹塑性抵抗矩系数)4短期刚度 取 第8页/共37页三、参数 、和 的表达式1裂缝截面处内力臂长度系数 实验和理论分析可近似取(常用的混凝土强度等级及配筋率)2.裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数 的物理意义就是反映了裂缝间受拉混凝土对纵向受拉钢筋应变的影响程度。的大小随荷载而变化。的大小还与以有效受拉
4、砼截面面积计算、且考虑钢筋粘结性能差异后的有效纵向受拉钢筋配筋率 有关。第9页/共37页Ate=0.5bh+(bf-b)hf 此外,值还受到截面尺寸的影响,即 随截面高度的增加而增大。当 取 当 取 当 时,取 3系数 试验表明:与 及受压翼缘加强系数 有关:第10页/共37页4短期刚度BS的计算公式:注:1)、计算 当 取 2)、考虑受压钢筋时,四、受弯构件刚度B(长期刚度 )1荷载长期作用下刚度降低的原因。砼的徐变和收缩、钢筋的应力松驰、混凝土和钢筋的相对滑移、受压砼的塑性发展等等。2刚度B 第11页/共37页用挠度增大的影响系数来反映荷载长期作用部分的影响Mk、Mq分别为荷载效应的标准组
5、合和永久组合值 如果上式仅用刚度B表达 上两式相等得:=2.0=1.6第12页/共37页五、最小刚度原则与挠度计算最小刚度原则:挠度计算时,一般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,而在连续梁或框架梁中,则采用最大正弯矩截面和最大负弯矩截面的刚度分别作为相应正负弯矩区段的刚度。这种处理原则称作“最小刚度原则”。第13页/共37页允许挠度值 f根据最小刚度原则计算的挠度六、受弯构件挠度验算的几点说明 1影响短期刚度BS的因素 1)Mk增大,Bs减小2)增大,Bs略有增大3)翼缘存在,Bs有所增大4)在常配筋率=1%2%的情况下,提高砼强度等级对提高Bs作用不大5)h0增大,
6、Bs增大显著第14页/共37页2配筋率对承载力和挠度的影响配筋率对承载力、刚度及挠度的影响如下图:结论:一个构件不能盲目地用增大配筋率的方法来解决挠度不满足的问题,对挠度要求较高时,在中等配筋率时就会出现挠度不满足的情况。第15页/共37页3跨高比采用较小的跨度比l0/h,配筋率又限制在一定的范围内时,如满足承载力要求,计算挠度也必然同时满足,为此可以给出不需作挠度验算的最大跨高比。4砼结构构件变形限值1)保证建筑的使用功能要求2)防止对结构构件产生不良影响3)防止对非结构构件产生不良影响4)保证人们的感觉在可接受程度之内 第16页/共37页第二节第二节 钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算钢筋混凝土
7、构件裂缝宽度的计算一、裂缝的出现、分布和开展一、裂缝的出现、分布和开展第17页/共37页未出现裂缝前,混凝土和钢筋在纯弯区段各截面拉力与应变分别相同Ia阶段,即将出现裂缝裂缝出现瞬间,裂缝处的混凝土退出工作,应力降至零,砼向裂缝两侧回缩,钢筋和混凝土之间产生粘结应力,混凝土的拉应力由裂缝处的零逐渐增大,达到L后,粘结应力消失;粘结应力作用长度L与粘结强度有关,与钢筋表面积大小有关,与配筋率有关弯矩继续增大,在离裂缝截面L的另一薄弱截面易出现新的裂缝平均裂缝间距应为1.5l在荷载长期作用下,裂缝开展宽度增大,原因为:a)混凝土的滑移徐变和拉应力松弛,b)混凝土的收缩c)荷载的变动导致钢筋直径的变
8、化引起粘结强度的降低第18页/共37页二、平均裂缝间距二、平均裂缝间距粘结应力传递长度可由平衡方程求得:钢筋直径相同时 第19页/共37页试验表明:不仅与 有关,而且与混凝土保护层厚度C有很大的关系,还与钢筋的表面特征有关三、平均裂缝宽度三、平均裂缝宽度裂缝宽度是指受拉钢筋截面重心水平处构件侧表面的裂缝宽度1、平均裂缝宽度的计算式第20页/共37页令 裂缝间混凝土自身伸长对裂缝宽度的影响系数 与配筋率、截面形状和混凝土保护层厚度等因素有关,但变化不大,可近似取则 2、裂缝截面处钢筋的应力(1)受弯构件(2)轴心受拉构件第21页/共37页(3)偏心受拉构件)偏心受拉构件其中(4)偏心受压构件)偏
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