混凝土结构设计原理课件第9章变形和裂缝

第九章裂缝宽度和变形的管理，第九章变形，裂缝和耐久性，概要、第二章保证管理的目的、适用性和耐久性。 另一方面，正常使用极限状态管理的内容主要是裂缝宽度、弯曲部件的弯曲。 三、正常使用极限状态的可靠指标：应该取01.5，为什么低？ 有多低？ 一是载荷采用标准值，准永久值；二是材料强度采用基准值。sc、4、正常使用极限状态设计式、2、S-正常使用极限状态的负荷效果的组合值、1、C-变形、龟裂宽度的限制值。 (1)标准组合，(2)准永久组合，第9章裂缝宽度和变形管理，第9章裂缝宽度和变形管理，第2章控制弯曲目的1，保证建筑使用功能的要求。 2 .防止对结构部件的不良影响。 3 .防止对非结构部件的不良影响。 4 .保证使用者的感觉在可以允许的程度以内。 9.1弯曲构件的弯曲管理，一、弯曲应满足的条件，概要、第九章裂纹宽度和变形管理，第九章裂纹宽度和变形管理，1、均质弹性材料梁的横穿弯曲度、9.1.1截面弯曲刚性的概念、均匀分布、2、截面弯曲刚性的概念、第九章裂纹宽度和变形管理钢筋混凝土梁截面弯曲刚性(b )的特征，第9章裂纹宽度和变形的管理，第9章裂纹宽度和变形的管理，第9.1.2短期刚性BS，(载荷效果基准组合产生的刚性称为短期刚性BS )，第1、BS的计算式，第2、BS的计算式的由来，(1)BS和曲率的理论关系， 根据曲率、lm-cmlm、lm smlm、lm(cmsm )、第9章裂纹宽度和变形的管理、裂纹截面、第9章裂纹宽度和变形的管理，通过将esm、ecm代入式而得到：1、h-裂纹截面的内力臂系数试验，Mk=(0.50.7)Mu的情况下规范取h=0.87。 第9章裂缝宽度和变形的管理，9.1.3参数h，z和y，2，钢筋应变不均匀系数y，y反映了裂缝间混凝土参与拉伸工作的程度。 (2)y的物理意义，第9章裂缝宽度和变形的管理，(1)y的定义，=1.0的特殊情况。 粘结应力？ 由、(3)y的计算、y的定义可知，y和Mcr/Mk的关系的实验结果、Mcr、Mk的计算式、Mcr、Mk的计算式和代入 规范 y的计算式，在 规范 y的计算式中近似hc/h=0.67、h/h0=1.1的结果有效地接受混凝土截面积Ate，第9章裂缝宽度和变形的管理，rte是有效地接受混凝土截面积Ate的钢筋的配筋率，在3，z-受压区的边缘混凝土平均应变综合系数试验中，Mk=(0.50.7)Mu时，系数z的变化较小道桥规范是代入f-受压法兰加固系数，第九章裂缝宽度和变形的管理，第九章裂缝宽度和变形的管理，4，BS的计算公式，参数h，z得到的受压区混凝土的徐变； 拉伸区混凝土的应力缓和钢筋和混凝土之间的粘结滑动逐渐变化，混凝土收缩等，梁的刚性降低，弯曲变大。 第九章裂缝宽度和变形的管理，9.1.4弯曲件的刚性b，按照载荷效应标准组合，考虑载荷长期作用的影响。1、b的概念、2、载荷长期作用刚性下降的原因、第9章裂缝宽度和变形的管理、3、b的公式、式中： -、相对于法兰被拉伸区域的倒t字截面，应增加20%。 第九章裂缝宽度和变形的管理，第四、导出b的计算公式，根据m、b、1/r的关系，第九章裂缝宽度和变形的管理，9.1.5最小刚性的原则和弯曲的计算，(1)应用直接式、1、弯曲的计算方法，采用结构力学的方法。(2)虚功原理法(单位法)等，求f的钥匙是B=？ 第9章裂缝宽度和变形的管理，2，基本假设，(2)最小刚性的原则，(1)忽略剪切变形，只考虑弯曲变形。 在等截面部件中，假定同一最大弯矩段的刚性相等，采用该弯矩段内的最大弯矩下的刚性。 第九章裂缝宽度和变形的管理，提高3、b的措施，(1)增大截面尺寸(2)施加预应力(3)增加受压法兰等，改变截面形状(4)增加配筋量和提高混凝土强度等级，对b的提高没有效果。 其中加大断面高度，施加预应力是最有效的措施。 桥规的弯曲的计算方法是把有龟裂的弯曲承受部件视为等刚性的部件，利用结构力学的方法计算短期弯曲fs。，Ms，Ms，Ms，Ms，Ms，第9章龟裂宽度和变形的管理，Ms，Ms，Ms，Ms，第9章龟裂宽度和变形的管理，s0全断面换算截面中的重心轴以上或以下部分面积相对于重心轴的面积力矩； I0-相对于全断面换算断面重心轴的惯性力矩w0-相对于全断面换算断面的拉伸边的弹性阻力力矩Icr相对于开裂断面换算断面的重心轴说明： 桥规长期挠度： fl=fsc40c80混凝土：=1.451.35，挠度限制值：消除结构自重引起的长期挠度后的限制值：梁式桥主梁的最大挠度l/600； 梁式桥主梁的悬臂端的挠度l/300，第九章裂纹宽度和变形的管理，第九章裂纹宽度和变形的管理，拱度的设定规定： fll/1600，不设定拱度fll/1600，需要事先设定拱度预拱度为：wG:结构重力引起的长期弯曲wQ:可变载荷频繁发生的长期垂直弯曲。 第九章裂缝宽度和变形的管理，第九. 2裂缝宽度的管理，三个基本概念，2200气气气气6第二增加配筋，增大截面尺寸，提高混凝土强度水平的效果非常有限。 3、减少w的措施：9.2.1裂纹的出现，分布和展开规律(以轴心拉伸构件为例)，1、裂纹的临界状态，第9章裂纹的宽度和变形的管理，第2、第1章裂纹的宽度和变形的管理，第3、第2次裂纹出现的瞬间，注： l由于粘结应力的积累第九章裂缝的宽度和变形的管理，第四、第二次裂缝出现后(裂缝齐了)，第九章裂缝的宽度和变形的管理，第五章达到负荷标准的组合值时，第九章裂缝的宽度和变形的管理，(1)裂缝出现前的变形分布规则：混凝土和钢筋的变形达到构件的长度(2)什么时候发生第一条裂缝：部件最弱截面的混凝土达到拉伸强度时。 (3)裂纹发生前后应力的再分布：裂纹截面混凝土退出工作，应力为零的钢筋拉伸应力急剧增加的Dss； 配筋率越小，Dss越大。 6、根据以上分析： (以下9项与前图的分析一致，粗略地说即可)，第9章的裂纹宽度和变形的管理，(4)裂纹出现后的应力分布规则：随着距裂纹截面的距离增加，混凝土中的拉伸应力sc逐渐增加，钢筋的拉伸应力逐渐增加(5)何时发生第二条(批)裂纹：当混凝土拉伸应力sc从裂纹截面l增大到ft时，将产生新的裂纹。 第九章裂缝宽度和变形的管理，第九. 2裂缝宽度的管理，第七条裂缝的出现阶段：从第一条裂缝的出现到裂缝的出现阶段，这一阶段是裂缝间隔的计算依据。 (6)不再发生龟裂时：龟裂间的距离不足2l的话，就不会发生新的龟裂。 龟裂的间隔最终在(l2l )之间稳定，平均间隔优选为1.5l。第九章裂缝宽度和变形的管理，第九章裂缝宽度的管理，第八章裂缝宽度的原因：裂缝整齐后，荷载增加，混凝土收缩，钢筋伸长，两者间的变形差产生裂缝宽度也是裂缝宽度计算的依据。 (9)裂缝的出现、分布和展开的特征：一是裂缝的出现、分布、展开和裂缝的间隔和宽度有很大的偏差，二是裂缝的间隔和宽度的统计平均值具有一定的规律。 第九章对裂缝的宽度和变形的管理，补充了“裂缝的三种基本理论”，第九章对裂缝的宽度和变形的管理，、9.2.2平均裂缝的间隔lm，1、lm的计算公式的导出，第九章对裂缝的宽度和变形的管理，、9.2裂缝的宽度的管理，式的钢筋直径越细，越这是控制“裂缝宽度”的重要原则。 根据试验，裂缝间隔与混凝土保护层的厚度c有关，修改了上式：第9章裂缝宽度和变形的管理。 其中，、s、sm、钢筋应变、ctm、混凝土应变、1、导出wm的计算公式、第九章裂缝宽度和变形管理、第九章裂缝宽度和变形管理、2、sk的计算、(1)sk的概念、载荷效果标准的组合计算出的裂缝截面纵向钢筋sk的计算，轴心拉伸构件，第九章裂纹宽度和变形的管理，偏心拉伸构件，弯曲构件，注：大偏心拉伸构件内力臂近似为h0-as，第九章裂纹宽度和变形的管理，偏心受压构件，其中：第九章裂纹宽度和变形的管理，(1)实测在裂纹宽度分布上有很大的偏差根据9.2.4最大裂纹宽度wmax，1，裂纹宽度的分布特征，(2)命令t=，实测裂纹宽度wi，平均裂纹宽度wm，统计，t的概率密度分布几乎符合正态分布。 第九章裂缝宽度和变形的管理，概率超过5%的裂缝宽度，有95%的保证率。 2、最大裂缝宽度的定义，第九章裂缝宽度和变形的管理，(b )混凝土的收缩。 (c )负荷变动及周围温度的变化。 3、考虑长期载荷影响后的最大裂纹宽度，wmax=tltswm基于长期观测结果，考虑tl=1.5，(2) 规范长期载荷影响后的最大裂纹宽度，(1)长期载荷影响裂纹宽度的因素，第9章裂纹宽度和变形的管理，4，规范的最大裂纹宽度的计算公式压曲施力部件acr=2.1、对拉伸部件acr=2.4； 轴拉构件acr=2.7。 第九章裂缝宽度和变形的管理，第九章裂缝宽度的管理，1，wmax应满足的条件，wmaxwlim，2，管理程序，(1)确定最大裂缝宽度限值wlim，钢筋混凝土结构：一种环境wlim=0.3mm，三种环境wlim=0.2mm，第九章第九章裂纹宽度和变形的管理，(c )求、七、说明，一、计算出的wmax是拉伸钢筋位置的裂纹宽度，通常只有构件表面裂纹宽度的1/51/3。 2、原因是，钢筋越拉，对远离混凝土的约束力越小。 第9章裂缝宽度和变形的管理，3、钢筋有效约束区为以7.5d为半径的圆的范围。 约束区域内的裂缝密集而细，约束区域外的裂缝稀疏而宽。、第九章裂纹宽度和变形的管理，在桥规 JTGD62-2004中计算最大裂纹宽度Wfk。 式中： C1-钢筋表面形状系数。 对光面钢筋c1=1.4，带肋钢筋c1=1.0 c2-载荷长期效果的影响系数。 c2=10.5nl/nsc3-组件受到的力的性质的系数。 板式受曲部件c3=1.15，其他受曲部件c3=1.0，轴心受曲部件c3=1.2，偏心受曲部件c3=1.1，偏心受压部件c3=0.9，第9章龟裂宽度和变形的管理，d-纵向受曲钢筋的直径。 -纵筋配肌率。 =PS/ PK0(K-b ) PS 。0.02时，=0.020.006时，=0.006； 对于轴拉伸部件，用所有拉伸钢筋面积As的一半来计算。 ss开裂截面钢筋应力、计算公式和建设规范的sk、 桥规 Wfk应满足的条件、Wfkwlim、钢筋混凝土构件： I类、ii类环境wlim=0.2mmiii类、iv类环境wlim=0.15mm、第9章开裂宽度和变形的管理 桥规 第9章裂缝宽度和变形的管理，9.4混凝土结构的耐久性，是指结构在设计规定的耐用年数内，不需要在正常维护下进行修理和加固，能满足正常使用和安全功能要求的能力。 9.4.1耐久性概念和主要影响因素，1，概念，9.3混凝土构件的截面延展性，第9章裂缝宽度和变形的管理，2，主要影响因素，内部因素：混凝土强度固体水泥使用量灰质比氯碱含量添加剂使用量保护层厚度等，外部因素：环境温度环境湿度CO2含量侵蚀性介质第9章裂缝宽度和变形的管理highwaybridgeinservicenewyorkstate，US，贵州铝厂-柱的膨胀，第9章裂缝宽度和变形的管理，青海化工厂-桥柱，青海化工厂-桥面护栏，9.4.2混凝土的碳化，(1)混凝土(2)混凝土碳化的概念：大气中的CO2与混凝土中的碱性物质反应，降低混凝土的PH值，这就是混凝土的碳化。 (3)碳化造成的危害：碳化达到钢筋表面时，钢筋表面的氧化膜被破坏，引起钢筋生锈。 第九章裂缝宽度和变形的管理，第九章裂缝宽度和变形的管理，(b )材料要素，(a )环境要素，CO2浓度： CO2浓度大，碳化反应快。 环境湿度：相对湿度为50%70%时，碳化速度快。 环境温度交替变化，碳化速度快，(4)影响混凝土碳化的因素，第9章裂缝宽度和变形的管理，(5)减少混凝土碳化的措施，(a )混凝土配合比，规定水泥使用量的下限值，灰比的上限值，(b )合理地设计混凝土的实体提高耐浸透性(c )规定钢筋保护层的最小厚度(d )采用水泥砂浆、涂料等被复层，1、作为钢筋锈充分条件的表面氧化膜破坏充分条件的含氧水分的侵入、9.4.3钢筋锈、第9章龟裂宽度和变形的管理、2、钢筋锈的电化学反应钢筋表面第九章裂缝宽度和变形的管理，第五章