《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課件復(fù)習(xí)課9-10章-PPT課件

1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理青海大學(xué)土木工程學(xué)院教授班級(jí)：交通2019(1、2)9 鋼筋砼受彎構(gòu)件的應(yīng)力、裂縫和變形計(jì)算結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性本章的主要內(nèi)容具有足夠的承載力和變形能力安全性適用性耐久性在使用荷載下不產(chǎn)生過(guò)大的裂縫和變形在一定時(shí)期內(nèi)維持其安全性和適用性的能力兩種極限狀態(tài)的對(duì)比；裂縫分類(lèi)；正常使用極限狀態(tài)的特點(diǎn)；9.1 概述正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算的內(nèi)容一、兩種極限狀態(tài)的區(qū)別 承載能力極限狀態(tài)計(jì)算 討論構(gòu)件在各種不同受力狀態(tài)下的承載力計(jì)算，承載力計(jì)算是保證結(jié)構(gòu)安全的首要條件，由此決定了構(gòu)件的尺寸、材料、配筋及構(gòu)造。 9.1.1 兩種極限狀態(tài)的區(qū)別正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算由于構(gòu)件變形或裂縫過(guò)大等影響構(gòu)件的適用性及

2、耐久性，而達(dá)不到結(jié)構(gòu)正常使用要求。除了滿足承載力要求后，而對(duì)某些構(gòu)件，還要根據(jù)使用條件進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算，以保證在正常使用情況下的應(yīng)力、裂縫和變形小于正常使用極限狀態(tài)的限值。 1、由作用效應(yīng)引起的裂縫（M、V、T以及拉力等）在正常荷載作用下，由于構(gòu)件下邊緣拉應(yīng)力超過(guò)了混凝土抗拉強(qiáng)度使受拉區(qū)混凝土產(chǎn)生的裂縫。這些裂縫總要產(chǎn)生，習(xí)慣上稱為荷載裂縫或正常裂縫?？刂品椒ǎ和ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)算和構(gòu)造措施9.1.2 裂縫分類(lèi)2、由外加變形或約束變形引起的裂縫，大體積混凝土水化熱很大，內(nèi)部溫度較高，內(nèi)外溫差很大，內(nèi)部混凝土膨脹受到外部已硬化混凝土的約束，使構(gòu)件表面混凝土受拉產(chǎn)生裂縫。地基不均勻沉降引

3、起的裂縫：基礎(chǔ)不均勻下沉?xí)仁箻?gòu)件一起變形，在主拉應(yīng)力作用下混凝土構(gòu)件開(kāi)裂?？刂品椒ǎ和ㄟ^(guò)采用構(gòu)造措施和施工工藝 9.1.2 裂縫分類(lèi)3、鋼筋銹蝕裂縫銹蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程： 混凝土中的鋼筋處在電介質(zhì)中，在水、氧氣和電子作用下就會(huì)形成電池，電子從陽(yáng)極不斷流向陰極，在陽(yáng)極附近形成鐵銹。只要不斷有水和氧氣供應(yīng)，就會(huì)越銹越嚴(yán)重。9.1.2 裂縫分類(lèi)(b) 水、O2 、 CO2侵入（d）保護(hù)層劈裂鋼筋銹蝕后體積會(huì)膨脹34倍！使混凝土保護(hù)層劈裂?？刂品椒ǎ翰扇?gòu)造措施（足夠厚度的砼保護(hù)層和保證砼的密實(shí)性，嚴(yán)格控制早凝劑的摻入量)9.1.3 正常使用階段的特點(diǎn)計(jì)算依據(jù)不同：承載能力極限狀態(tài)是以破壞階段（a）

4、的狀態(tài)為建立計(jì)算圖式的基礎(chǔ)；而使用階段一般是指第階段，即梁帶裂縫工作階段。 1、影響程度不同：與承載能力極限狀態(tài)相比，超過(guò)正常使用極限狀態(tài)所造成的后果（如人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失）的危害性和嚴(yán)重性相對(duì)要小一些、輕一些，因而可適當(dāng)放寬對(duì)其可靠性的保證率的要求。 9.1.3 正常使用階段的特點(diǎn)2、計(jì)算的內(nèi)容不同：承載能力極限狀態(tài)：包括截面設(shè)計(jì)和截面復(fù)核。 其計(jì)算決定了構(gòu)件設(shè)計(jì)尺寸、材料、配筋數(shù)量及鋼筋布置，以保證：0MdMu。正常使用階段：驗(yàn)算正常使用情況下裂縫寬度和變形小于規(guī)范規(guī)定的各項(xiàng)限值。9.1 概述正常使用階段的特點(diǎn)3、荷載效應(yīng)及抗力的取值不同 承載能力極限狀態(tài)： 汽車(chē)荷載應(yīng)計(jì)入沖擊系數(shù)，作用（

5、或荷載）效應(yīng)及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力均應(yīng)采用考慮了分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)值； 在多種作用（或荷載）效應(yīng)情況下，應(yīng)將各效應(yīng)設(shè)計(jì)值進(jìn)行最不利組合，并根據(jù)參與組合的作用（或荷載）效應(yīng)情況，取用不同的效應(yīng)組合系數(shù)。9.1.3 正常使用階段的特點(diǎn)3、荷載效應(yīng)及抗力的取值不同正常使用極限狀態(tài)：汽車(chē)荷載應(yīng)可不計(jì)沖擊系數(shù)，作用（或荷載）效應(yīng)應(yīng)取用短期效應(yīng)和長(zhǎng)期效應(yīng)的一種或幾種組合。短期效應(yīng)組合就是永久作用（結(jié)構(gòu)自重）標(biāo)準(zhǔn)值與可變作用頻遇值效應(yīng)的組合；長(zhǎng)期效應(yīng)組合則為永久作用標(biāo)準(zhǔn)值與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)的組合9.1.3 正常使用階段的特點(diǎn)鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算主要內(nèi)容：換算截面應(yīng)力計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)：

6、9.1.4 章節(jié)內(nèi)容9.2 換算截面第2個(gè)工作階段的基本假定：平截面假定彈性體假定（壓區(qū)砼近似按線性分布）受拉區(qū)完全不承擔(dān)拉應(yīng)力。拉應(yīng)力完全由鋼筋承受。 定義： 將鋼筋和混凝土兩種材料組成的實(shí)際截面換算成為一種拉壓性能相同的假想材料組成的勻質(zhì)截面即換算截面。 即：將鋼筋截面換算為等效的混凝土截面。9.2 換算截面換算原則：換算前后鋼筋合力的大小和作用點(diǎn)的位置不變。9.2 換算截面Asc等效截面面積，為鋼筋的換算面積Es混凝土構(gòu)件截面的換算系數(shù) 定義：鋼筋混凝土受彎構(gòu)件受力進(jìn)入第工作階段（帶裂縫工作階段）后，受拉區(qū)混凝土即不承受拉應(yīng)力，拉應(yīng)力由鋼筋承受。將受壓區(qū)混凝土面積和受拉區(qū)鋼筋換算面積所組

7、成的截面稱為鋼筋混凝土構(gòu)件開(kāi)裂截面的換算截面。 9.2 換算截面開(kāi)裂截面的換算截面開(kāi)裂截面的換算截面慣性矩 矩形截面：對(duì)于受彎構(gòu)件，開(kāi)裂截面的中性軸通過(guò)其換算截面的形心軸，即 9.2 開(kāi)裂截面的換算截面幾何特性受壓區(qū)高度x一、應(yīng)力限值 對(duì)于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，公橋規(guī)要求進(jìn)行施工階段的應(yīng)力計(jì)算，并應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的施工荷載進(jìn)行內(nèi)力組合；同時(shí)，受彎構(gòu)件正截面應(yīng)力應(yīng)符合下列條件： 受壓區(qū)混凝土邊緣纖維應(yīng)力 ：受拉鋼筋應(yīng)力： 9.3 應(yīng)力計(jì)算 矩形截面梁正應(yīng)力計(jì)算步驟：（計(jì)算圖式見(jiàn)圖92） 1、計(jì)算受壓區(qū)高度x； 2、計(jì)算開(kāi)裂截面的換算截面慣性矩 3、計(jì)算截面應(yīng)力： 9.3 應(yīng)力計(jì)算受壓區(qū)混凝土邊緣纖維

8、： 受拉鋼筋面積重心處：9.3 應(yīng)力計(jì)算矩形截面2、正T梁：求x（判別T型截面類(lèi)別） 1、倒T梁：按寬度為b，高度為h的矩形截面進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。9.3 應(yīng)力計(jì)算T形截面求Icr (公式不一樣）求截面應(yīng)力（方法同上） 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果：當(dāng)施工階段應(yīng)力驗(yàn)算不滿足時(shí)，應(yīng)該調(diào)整施工方法，或者補(bǔ)充、調(diào)整某些鋼筋。9.3 應(yīng)力計(jì)算公路橋規(guī)采用的公式是大連工學(xué)院海洋工程研究所試驗(yàn)資料基礎(chǔ)上，分析了裂縫寬度的主要因素，舍去次要因素，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法給出的簡(jiǎn)單適用的公式。 受拉鋼筋的總周長(zhǎng)表面形狀系數(shù)，帶肋：1.0 光圓：1.4荷載作用系數(shù)，短期靜力：1.0 長(zhǎng)期：1.5受力特征系數(shù)，受彎1.0，大偏壓0.9按短期效應(yīng)

9、組合計(jì)算的構(gòu)件裂縫處縱向受拉鋼筋的應(yīng)力(MPa)9.4 裂縫寬度計(jì)算 公橋規(guī)規(guī)定，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在荷載作用下，算得的最大裂縫寬度須滿足下述要求： 類(lèi)和類(lèi)環(huán)境：0.2mm 類(lèi)和類(lèi)環(huán)境：0.15mm9.4.2 裂縫限值1、保證使用功能的要求 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形較大時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響甚至喪失它的使用功能。如橋梁上部結(jié)構(gòu)過(guò)大的撓曲變形使橋面形成凹凸的波浪形，影響車(chē)輛行駛，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致橋面結(jié)構(gòu)的破壞。2、滿足觀瞻和使用者的心理要求構(gòu)件的變形過(guò)大，還引起使用者明顯的不安全感。3、避免對(duì)其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不利影響構(gòu)件的變形過(guò)大，會(huì)影響到與它連接的其他勾結(jié)也發(fā)生過(guò)大變形，有時(shí)甚至?xí)淖兒奢d的傳遞路線、大小和性質(zhì)。9.

10、4.3 裂縫控制目的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的撓度，可根據(jù)給定的構(gòu)件剛度，用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計(jì)算。由圖乘法可得，簡(jiǎn)支梁的撓度計(jì)算公式：9.5 受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算承受均布荷載時(shí)： 跨中承受集中荷載時(shí)： 運(yùn)用上述公式計(jì)算鋼筋混凝土的撓度，關(guān)鍵在于解決抗彎剛度的合理取值問(wèn)題。9.5 受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算受彎構(gòu)件在使用階段的撓度尚應(yīng)考慮長(zhǎng)期效應(yīng)的影響： 9.5 受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算 橋規(guī)規(guī)定：鋼筋砼受彎構(gòu)件長(zhǎng)期撓度值結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度值撓度限值梁式橋主梁的最大撓度處：梁式橋主梁的懸臂端： 此處l為受彎構(gòu)件的計(jì)算跨徑， l1為懸臂長(zhǎng)度。 鋼筋砼受彎構(gòu)件撓度限值： 9.5 受彎構(gòu)件的撓度限值

11、概念：施工時(shí)預(yù)設(shè)的反向撓度。 設(shè)置目的：為了消除結(jié)構(gòu)重力這個(gè)長(zhǎng)期荷載引起的變形；設(shè)置要求：當(dāng)由作用（或荷載）短期效應(yīng)組合并考慮作用（或荷載）長(zhǎng)期效應(yīng)影響產(chǎn)生的長(zhǎng)期撓度不超過(guò)計(jì)算跨徑L的11600時(shí)，可不設(shè)預(yù)拱度；反之，需設(shè)置預(yù)拱度。9.5 受彎構(gòu)件的撓度計(jì)算預(yù)拱度結(jié)構(gòu)耐久性的基本概念 1、定義：是混凝土結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境、使用環(huán)境及材料內(nèi)部因素的作用下，在設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)使用期內(nèi)，不需要花費(fèi)大量資金加固處理而保持安全、使用功能和外觀要求的能力。9.6 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性影響因素混凝土凍融破壞混凝土的堿骨料反應(yīng)侵蝕性介質(zhì)的腐蝕機(jī)械磨損混凝土的碳化鋼筋銹蝕1對(duì)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的應(yīng)力計(jì)算，按第II 工作

12、階段進(jìn)行驗(yàn)算。2提出了裂縫最大寬度的計(jì)算公式，必須小于容許值。3受彎構(gòu)件在使用階段的撓度是考慮荷載的短期效應(yīng)組合并考慮長(zhǎng)期影響(長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù))。在荷載長(zhǎng)期作用下，由于混凝土徐變等因素的影響，截面剛度將進(jìn)一步下降，通過(guò)撓度增大系數(shù)反映。其計(jì)算值不得大于規(guī)范規(guī)定。4、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素第9章 小結(jié)基本概念受力狀態(tài)局部承壓強(qiáng)度提高系數(shù)（混凝土局部承壓和配置間接鋼筋）局部抗壓的局部壓力設(shè)計(jì)值計(jì)算局部抗壓的抗裂性計(jì)算10 局部受壓1. 局部承壓：構(gòu)件受力表面，僅有部分面積來(lái)承受壓力狀態(tài) 混凝土在局部承壓時(shí)受力性能與均勻受壓時(shí)不同。在局部壓力下，由于混凝土接觸面積很小，將承受很大的局部壓力，受壓區(qū)

13、會(huì)產(chǎn)生裂縫，甚至?xí)l(fā)生破壞，故設(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行混凝土的局部承壓計(jì)算（強(qiáng)度、抗裂性）。 10.1 局部受壓基本概念bAA受拉區(qū)：范圍不大但應(yīng)力很高，所以間接鋼筋盡可能靠頂邊布置受拉區(qū)：中間最大，離開(kāi)軸線遞減受壓區(qū)Px分布AA壓拉xy10.2 受力狀態(tài)b) 9A/Al36a) A/Al9破壞形態(tài)：先開(kāi)裂后破壞；一開(kāi)裂即破壞；局部混凝土下陷10.3 破壞形態(tài)混凝土局部承壓提高系數(shù) 局部承壓時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度高于棱柱體抗壓強(qiáng)度，橋規(guī)提出局部承壓提高系數(shù)，規(guī)定值按下式計(jì)算： Al局部承壓面積（有鋼墊板時(shí)按45擴(kuò)散），當(dāng)有孔道時(shí)（對(duì)圓形承壓面積而言）不扣除孔道面積。Ab局部承壓的計(jì)算底面積，當(dāng)有孔道時(shí)（對(duì)

14、圓形承壓面積而言）應(yīng)扣除孔道面積。 10.4 局部承壓強(qiáng)度提高系數(shù) Ab的計(jì)算原則：是采用“同心對(duì)稱有效面積法”，即與局部承壓面積 Al具有相同的形心位置，且要求相應(yīng)對(duì)稱。具體計(jì)算時(shí)，規(guī)定沿Al各邊向外擴(kuò)大的有效距離不超過(guò) Al窄邊尺寸b（矩形）或 直徑a（圓形）。配置間接鋼筋時(shí)的砼局部承壓強(qiáng)度提高系數(shù)cor1、承壓區(qū)加強(qiáng)鋼筋間接鋼筋 1）間接鋼筋作用： 約束混凝土橫向變形； 抑止縱向裂縫發(fā)展； 2）配筋方案： 方案1：層狀網(wǎng)格鋼筋； 方案2：螺旋形鋼筋； 方案3：層狀網(wǎng)格鋼筋+螺旋形鋼筋10.4 配置間接鋼筋局部承壓強(qiáng)度提高系數(shù)cor2、間接鋼筋體積配筋率v計(jì)算（1）網(wǎng)格筋(102)l1 指

15、短邊方向，l2指長(zhǎng)邊方向 虛框內(nèi)為底面積AbL2L1n1、As1 方格網(wǎng)沿l1方向的鋼筋根數(shù)、單根鋼筋的截面面積； n2、As2 方格網(wǎng)沿l2方向的鋼筋根數(shù)、單根鋼筋的截面面積； s 方格網(wǎng)間接鋼筋的層距。 網(wǎng)格筋外圍鋼筋軸線包圍的范圍是核芯區(qū)Acor Acor l1l2（2）螺旋形鋼筋(103)虛線內(nèi)為底面積Ab螺旋箍筋內(nèi)皮包圍的范圍核芯區(qū)AcorAss1單根螺旋形間接鋼筋的截面面積； dcor螺旋形間接鋼筋內(nèi)表面范圍內(nèi)混凝 土核芯面積的直徑； s 螺旋型間接鋼筋的層距。 局部承壓區(qū)配置間接鋼筋后，砼局部承壓強(qiáng)度提高系數(shù)cor為：(104)10.4 配置間接鋼筋局部承壓強(qiáng)度提高系數(shù)cor10.5 局部承壓區(qū)的抗壓承載力計(jì)算配置間接鋼筋時(shí)（105）cor：配置間接鋼筋時(shí)局部抗壓承載力提高系數(shù)，當(dāng)AcorAb 時(shí)，應(yīng)取Acor=Ab ；k： 間接鋼筋影響系數(shù)，按表101取值；Acor：方格網(wǎng)或螺旋型間接鋼筋內(nèi)表面范圍內(nèi)的砼核芯面積；s：混凝土局部承壓修正系數(shù)，C50及以下混凝土，取 s=1.0；C50C80混凝土，取s=1.00.76；Aln：混凝土局部受壓凈面積，依孔洞和