(新)第8章：钢筋混凝土构件的裂缝和变形(1).ppt

混凝土结构设计基本原理 第8章钢筋混凝土构件裂缝宽度和挠度验算 教师 张茂雨 本章重点 了解受弯构件竖向弯曲裂缝的出现和开展过程 掌握受弯构件裂缝宽度的验算方法 掌握受弯构件截面刚度计算与变形验算方法 1 1裂缝成因 垂直裂缝 纵向裂缝 1 概述 A 截面突变 应力集中B 施加预应力不当 偏心 应力过大 C 构造钢筋过少或过粗D 设计中未考虑混凝土收缩 徐变因素E 采用的混凝土等级过高 用灰量过大 对收缩不利 A 集料含泥量过大 级配不良或者采用不当的间断级配 收缩过大B 外加剂 掺和料选择不当C 水泥品种原因 比如矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大 D 混凝土等级越高 混凝土越脆E 配合比等原因 设计原因 材料原因 A 振捣不当影响混凝土的密实性和均匀性B 大体积混凝土工程 操作流程缺少 表面易收缩裂缝 降温及保温措施不够 产生温度裂缝C 现场养护不到位 早期脱水 收缩裂缝D 模板支模 拆除不当 引起裂缝 A 基础不均匀沉降B 荷载超荷C 环境 如酸 碱 盐的侵蚀D 火灾 轻度地震等意外事故E 温度裂缝 施工及养护原因 使用原因 1 概述 1 2 3 钢筋锈蚀导致裂缝 构件的裂缝宽度和挠度验算属于正常使用极限状态 挠度过大影响使用功能 不能保证适用性 而裂缝宽度过大 则同时影响使用功能和耐久性 裂缝 荷载引起的裂缝 非荷载引起的裂缝 由材料收缩 温度变化 钢筋锈蚀后体积增大 地基不均匀沉降等产生的裂缝 约占80 与构件的受力特征有关 约占20 1 概述 a 轴心受拉 b 偏心受拉 c 偏心受压 d 受弯和受剪 e 受扭 1 概述 通常 裂缝宽度和挠度一般可分别用控制最大钢筋直径和最大跨高比来控制 只有在构件截面尺寸小 钢筋应力大时进行验算 为防止温度应力过大引起的开裂 规定了伸缩缝之间的最大间距 为防止由于钢筋周围混凝土过快地碳化失去对钢筋的保护作用 出现锈胀引起的沿钢筋纵向的裂缝 规定了钢筋的混凝土保护层的最小厚度 非荷载引起的裂缝 1 概述 与承载能力极限状态设计相比 正常使用极限状态设计的目标可靠度可以相对较低 C 结构构件达到正常使用要求的规定限值 裂缝宽度和变形限值 1 概述 荷载效应的标准组合为 荷载效应的准永久组合为 在进行荷载效应计算时 荷载组合有两种情况 1 概述 裂缝的控制等级分为三级 钢筋混凝土结构构件进行裂缝宽度的验算 2 1验算公式 按荷载效应准永久组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度 最大裂缝宽度的限值 对此建筑工程 公路桥涵工程有不同的要求 2 裂缝宽度验算 2 2wmax的计算方法 规范 的思路 得到最大裂缝宽度wmax 若干假定 根据裂缝出现机理 建立理论公式 计算平均裂缝宽度wm 按试验资料确定扩大系数 2 裂缝宽度验算 2 裂缝宽度验算 裂缝宽度等于裂缝间距范围内钢筋和混凝土的变形差 粘结 滑移理论 2 裂缝宽度验算 我国 规范 是建立在粘结 滑移理论和无滑移理论的基础上 结合大量试验结果得到的半理论半经验公式 构件表面裂缝宽度主要是由钢筋周围的混凝土回缩形成的 无滑移理论 2 裂缝宽度验算 式中 sm sk c取0 85 2 裂缝宽度验算 平均裂缝间距lm cs 最外层纵向钢筋至受拉区混凝土底边的距离 deq 纵向受拉钢筋的等效直径 mm 式中 与受力特性有关的系数 轴心受拉 1 1 受弯 偏心受压 1 05 偏拉 1 0 2 裂缝宽度验算 te 截面的有效配筋率 te As Ate ni 第i种纵向受拉钢筋的根数 2 裂缝宽度验算 2 裂缝宽度验算 裂缝截面处钢筋应力 sk 2 裂缝宽度验算 2 裂缝宽度验算 wmax s lwm 2 裂缝宽度验算 2 3减小裂缝宽度的措施 当计算裂缝宽度超过裂缝宽度的限值时 从最大裂缝计算公式可知 常见的减小裂缝宽度的措施有 2 裂缝宽度验算 混凝土矩形截面简支梁 截面b 200mm h 450mm 计算跨度l0 5 2m 荷载如图 准永久值系数为 q 0 5 采用C20混凝土 3根直径16的HRB335钢筋 试验算其裂缝是否满足要求 1 求内力组合值 荷载标准组合时 Mk 1 8 gk qk l02 50 7kN m荷载准永久组合时 Mq 1 8 gk qqk l02 33 8kN m 2 计算钢筋应力不均匀系数 As 603mm2 h0 415mm te As 0 5bh 0 0134 0 01 sq Mq 0 87Ash0 155 25MPa ftk 1 54MPa Ec 25500MPa 1 1 0 65 1 54 155 25 0 0134 0 6188 0 2且 1 0 wmax 1 9 0 6188 155 25 200000 1 9 28 0 08 16 0 0134 0 179mm 10规范 混凝土矩形截面简支梁 截面b 200mm h 450mm 计算跨度l0 5 2m 荷载如图 准永久值系数为 q 0 5 采用C20混凝土 3根直径16的HRB335钢筋 试验算其裂缝是否满足要求 1 求内力标准值 荷载标准组合时 Mk 1 8 gk qk l02 50 7kN m荷载准永久组合时 Mq 1 8 gk qqk l02 33 8kN m 2 计算钢筋应力不均匀系数 As 603mm2 h0 415mm te As 0 5bh 0 0134 0 01 sk Mk 0 87Ash0 232 8MPa ftk 1 54MPa Ec 25500MPa 1 1 0 65 1 54 232 8 0 0134 0 779 0 2且 1 0 wmax 2 1 0 779 232 8 200000 1 9 25 0 08 16 0 0134 0 27mm 02规范 钢筋混凝土梁的挠度与弯矩的关系是非线性的 1 线性 2 非线性 3 受弯构件挠度计算 式中 3 受弯构件挠度计算 系数 3 受弯构件挠度计算 8 25 Mq 荷载效应准永久组合计算的弯矩值 挠度增大系数 2 0 0 4 Bs 按荷载准永久组合计算的短期刚度 按式 8 23 计算 受弯构件在正常使用状态下 沿长度方向的刚度是变化的 取同一弯矩符号区段内的最小刚度作为等刚度 按材料力学的方法计算 3 受弯构件挠度计算 提高刚度的有效措施h0 或As 增加 或提高混凝土等级 设置受压钢筋 采用预应力 3 受弯构件挠度计算 1 MGk Mk 3 受弯构件挠度计算 02规范另一种方法 4 钢筋混凝土结构耐久性 一 耐久性极限状态 1 对于不允许钢筋锈蚀的构件和环境 混凝土保护层完全碳化 即钢筋脱钝的时间2 钢筋锈蚀后截面损失率达到某一值 如1 5 按等级确定 3 结构或构件的可靠度指标降低到某一允许值4 徐变位移达到某一限值