混凝土結(jié)構(gòu)及砌體結(jié)構(gòu)-第九章鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂縫和耐久性

1、9 鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂縫鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂縫和耐久性和耐久性1.1 變形和裂縫的計(jì)算要求變形和裂縫的計(jì)算要求9.2 變形驗(yàn)算變形驗(yàn)算9.3 裂縫寬度驗(yàn)算裂縫寬度驗(yàn)算.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性2345(1)控制撓度的4個(gè)理由A.撓度過大會(huì)損壞使用功能屋面積水滲漏影響精密儀器正常使用影響吊車正常行走9.1 變形和裂縫驗(yàn)算6(1)控制撓度的4個(gè)理由B.撓度過大會(huì)破壞非結(jié)構(gòu)構(gòu)件裝修脫落裝修脫落墻體開裂墻體壓碎墻體開裂7(1)控制撓度的4個(gè)理由C.撓度過大會(huì)引起用戶不安8(1)控制撓度的4個(gè)理由D.撓度過大會(huì)改變支承條件、產(chǎn)生穩(wěn)定、裂縫和振動(dòng)等問題支承面積及作用位置發(fā)生改變危

2、及墻體穩(wěn)定墻體產(chǎn)生沿樓板的水平裂縫在可變荷載下發(fā)生顫動(dòng)、動(dòng)力效應(yīng)及共振破壞9(2)限制裂縫寬度的2個(gè)理由A.有損外觀，引起不安10(2)限制裂縫寬度的2個(gè)理由B.引起鋼筋銹蝕，影響耐久性11截面抗彎剛度的概念截面抗彎剛度的概念 由材料力學(xué)知，勻質(zhì)彈性材料梁的跨中撓度可以表示為 或在材料力學(xué)中，當(dāng)梁的截面形狀、尺寸和材料已知時(shí)，梁的截面抗彎剛度EI是常數(shù)。9.2 變形驗(yàn)算在鋼筋混凝土受彎構(gòu)件中，由于混凝土的裂縫和塑性變形影響，其剛度是變化的。由EI=M/知，截面抗彎剛度就是使截面產(chǎn)生單位曲率需要施加的彎矩值?；炷潦軓潣?gòu)件的剛度等于彎矩M和曲率的比值。 12在使用荷載作用下，處于帶裂縫工作狀態(tài)。

3、由于鋼筋混凝土是不勻質(zhì)的非彈性材料，從圖9-8中可以看出，該階段,M與間為非線性關(guān)系，即曲率比M增加的快。故剛度隨M增大而降低。而且沿構(gòu)件的截面抗彎剛度也是不均勻分布的。此時(shí)，構(gòu)件截面短期剛度與用材料力學(xué)彈性體公式表達(dá)的抗彎剛度EI已大不相同。 13荷載長期作用時(shí)，由于受壓混凝土的徐變和收縮，使混凝土的壓應(yīng)變隨時(shí)間的增長而增大；裂縫間受拉區(qū)混凝土的應(yīng)力松弛，受拉區(qū)混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)滑移徐變，裂縫向上延伸，導(dǎo)致受拉混凝土隨時(shí)間不斷退出工作，鋼筋拉應(yīng)變隨時(shí)間增大，構(gòu)件的撓度也就不斷地增長，也就是說，截面的剛度將隨荷載的長期作用而降低。驗(yàn)算變形時(shí)，應(yīng)按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用的影響計(jì)算。

4、用長期剛度B代替，可得鋼筋混凝土簡支梁跨中撓度驗(yàn)算公式 14荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合作用下受彎構(gòu)件的截面抗彎剛度，簡稱為短期剛度，記作Bs。 短期剛度 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，用到截面抗彎剛度的有兩種情況。是指預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，它包括要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件(可近似地把混凝土開裂前的M-曲線視為直線， 是指帶裂縫工作的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件。此處主要講述鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的截面抗彎剛度。 151617這種各截面剛度的不均勻分布給撓度計(jì)算帶來了困難。此中的關(guān)鍵是得出平均曲率的表達(dá)式 由于構(gòu)件的撓度是反映沿構(gòu)件跨長變形的綜合效應(yīng)，因此，可以通過平均剛度加以表征。截面抗彎剛度是使截面產(chǎn)生單位曲率需要施加的彎矩值，利

5、用平均曲率有 18幾何關(guān)系在平均裂縫間距內(nèi)，各水平纖維的平均應(yīng)變沿梁截面高度的變化符合平截面假定 OABCDE： 的表達(dá)式？19物理關(guān)系工作在第階段的受彎構(gòu)件，鋼筋采用鋼筋的彈性模量，而混凝土采用其變形模量。 鋼筋應(yīng)變：裂縫處的表達(dá)式！混凝土應(yīng)變：平均裂縫間距內(nèi)鋼筋：混凝土：引入應(yīng)變不均勻系數(shù)20平衡關(guān)系對受壓區(qū)合力點(diǎn)取矩，得 裂縫處受拉鋼筋的重心取矩，得受壓面積為bx0=0bh0 ，平均壓應(yīng)力ck 21為了簡化計(jì)算，令 cm22sB短期剛度Bs的一般表達(dá)式 取取 23受彎構(gòu)件剛度B 計(jì)算撓度時(shí)必須采用按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮荷載效應(yīng)的長期作用影響的長期剛度B。 對翼緣位于受拉區(qū)的倒T形截面

6、，規(guī)范建議應(yīng)增大20%。 24表中l(wèi)0為構(gòu)件的計(jì)算跨度 ,計(jì)算懸臂構(gòu)件的撓度限值時(shí)，其計(jì)算跨度l0按實(shí)際懸臂長度的2倍取用。 表中括號(hào)內(nèi)數(shù)值適用于使用上對撓度有較高要求的構(gòu)件 對于簡支梁，跨間為同號(hào)彎矩，可采用材料力學(xué)公式計(jì)算。對于連續(xù)梁或框架梁，其跨間彎矩變號(hào)，可按彈性結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算混凝土構(gòu)件的變形限值 25裂縫裂縫微觀裂縫宏觀裂縫變形引起的裂縫荷載引起的裂縫裂 縫 寬度 驗(yàn) 算 主 要指 的 是 荷 載引起的裂縫26裂縫寬度 是指受拉鋼筋重心水平處構(gòu)件側(cè)表面上的混凝土的裂縫寬度。試驗(yàn)量測表明，沿裂縫深度，裂縫寬度是不相等的，由于受到鋼筋的約束，近鋼筋處回縮變形小，構(gòu)件表面處回縮大 27裂

7、縫特點(diǎn) 1在使用荷載作用下，對于工作在正常使用階段的受彎構(gòu)件來講，處于受彎全過程的第階段，此時(shí):裂縫基本“出齊”，即裂縫的分布處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于材料的不均勻性以及截面尺寸的偏差等因素的影響，裂縫的出現(xiàn)具有某種程度的偶然性，因而裂縫出現(xiàn)的間距和寬度是不均勻的。平均裂縫間距和平均裂縫寬度是有規(guī)律性的，平均裂縫寬度與最大裂縫寬度之間也具有一定的規(guī)律性。 28裂縫控制等級(jí) 結(jié)構(gòu)構(gòu)件正截面的裂縫控制分為三級(jí)。裂縫控制等級(jí)的劃分應(yīng)符合下列規(guī)定：一級(jí) 嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力；二級(jí) 一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混

8、凝土拉應(yīng)力不應(yīng)大于混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；而按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合計(jì)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不宜產(chǎn)生拉應(yīng)力；三級(jí) 允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響計(jì)算時(shí)，構(gòu)件的最大裂縫寬度不應(yīng)超過表4-3規(guī)定的最大裂縫寬度限值。29 對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，處于一類環(huán)境時(shí)，可允許開裂，應(yīng)進(jìn)行最大裂縫寬度的驗(yàn)算；處于二、三類環(huán)境時(shí)，不允許出現(xiàn)裂縫，應(yīng)分別以二級(jí)及一級(jí)裂縫控制等級(jí)驗(yàn)算； 鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫控制等級(jí)均為三級(jí)，即鋼筋混凝土構(gòu)件均需進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算予以保證。 30平均裂縫間距 裂縫出現(xiàn)后，開裂截面混凝土向裂縫兩側(cè)回縮，在回縮的那一段長度l中，混凝土與鋼筋之間有相對滑移，產(chǎn)生粘結(jié)應(yīng)

9、力。通過粘結(jié)應(yīng)力的作用，隨著離裂縫截面距離的增大，鋼筋拉應(yīng)力逐漸減?。换炷晾瓚?yīng)力由零逐漸增大，距離裂縫l處，粘結(jié)應(yīng)力消失圖(9-2(c)，混凝土和鋼筋又具有相同的拉伸應(yīng)變，各自的應(yīng)力又趨于均勻分布。 31平均裂縫寬度 裂縫寬度為裂縫出現(xiàn)后鋼筋與外圍混凝土在裂縫間距之間的相對滑移總和。故wm等于平均裂縫間距內(nèi)鋼筋與相應(yīng)水平處構(gòu)件側(cè)表面混凝土伸長的差值 設(shè)裂縫間縱向受拉鋼筋的拉應(yīng)變不均勻系數(shù)為，在荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下，鋼筋并未達(dá)到屈服，采用其彈性模量。32令 分析表明，c與配筋率te、混凝土保護(hù)層厚度c等有關(guān)，但變化幅度不大。為簡化計(jì)算，對軸心受拉、受彎及偏心受力構(gòu)件，可統(tǒng)一取c=0.85。 3

10、3最大裂縫寬度的計(jì)算 綜合參數(shù)c、s、l、的影響，引入構(gòu)件受力特征系數(shù)cr=csl表示。規(guī)范規(guī)定對矩形、T形、倒T形和I形截面的受拉、受彎和偏心受壓構(gòu)件，按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響的最大裂縫寬度可按下列公式計(jì)算 34最大裂縫寬度驗(yàn)算 應(yīng)滿足： 對于直接承受吊車荷載但不需作疲勞驗(yàn)算的吊車梁,可將計(jì)算出的最大裂縫寬度乘以系數(shù)0.85。 對于由荷載以外諸因素引起的裂縫，都不包括在內(nèi)。 對e0/h00.55的偏心受壓構(gòu)件 ，均能符合wlim的要求，規(guī)定不必驗(yàn)算。對于斜裂縫寬度，當(dāng)配置受剪承載力所需的腹筋后，使用階段的裂縫寬度一般小于0.2mm，故不必驗(yàn)算。最大裂縫寬度均系指受拉鋼筋截面重心

11、水平處的構(gòu)件側(cè)表面裂縫寬度。359.4混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)能在自然和人為環(huán)境的化學(xué)和物理作用下，滿混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)能在自然和人為環(huán)境的化學(xué)和物理作用下，滿足在規(guī)定的足在規(guī)定的設(shè)計(jì)工作壽命設(shè)計(jì)工作壽命內(nèi)不出現(xiàn)無法接受的承載力減小、內(nèi)不出現(xiàn)無法接受的承載力減小、使用功能降低和不能接受的外觀破損等的耐久性要求。使用功能降低和不能接受的外觀破損等的耐久性要求。耐久性耐久性是指結(jié)構(gòu)在預(yù)定設(shè)計(jì)工作壽命期內(nèi)，在正常維護(hù)條件是指結(jié)構(gòu)在預(yù)定設(shè)計(jì)工作壽命期內(nèi)，在正常維護(hù)條件下，不需要進(jìn)行大修和加固滿足，而滿足正常使用和安全功下，不需要進(jìn)行大修和加固滿足，而滿足正常使用和安全功能要求的能力。能要求的能力。對于一般建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)工作壽命為對于一般建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)工作壽命為50年年，重要的建筑物可，重