混凝土结构设计基本原理钢筋混凝土构件裂缝宽和变形验算PPT学习教案

1、会计学1混凝土结构设计基本原理钢筋混凝土构混凝土结构设计基本原理钢筋混凝土构件裂缝宽和变形验算件裂缝宽和变形验算混凝土结构设计基本原理第九章第一节第一节概概 述述v构件的裂缝宽度和变形验算是属于正常使用极构件的裂缝宽度和变形验算是属于正常使用极限状态。限状态。v挠度过大影响使用功能，不能保证适用性，而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。裂缝宽度过大，则同时影响使用功能和耐久性。裂缝裂缝荷载引起的裂缝：荷载引起的裂缝：非荷载引起的裂缝：非荷载引起的裂缝：材料收缩、温度变化、混凝材料收缩、温度变化、混凝土碳化后引起钢筋锈蚀、地土碳化后引起钢筋锈蚀、地基

2、不均匀沉降。基不均匀沉降。(80%)与构件受力的受力特征有关与构件受力的受力特征有关。(20%)第1页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章NkNkNkNkNkNke0e0Tk(a)(b)(c)(e)(d)TkMkMk荷载裂缝类型荷载裂缝类型（a)轴心受拉轴心受拉 (b)偏心受拉偏心受拉 (c)偏心受压偏心受压 (d)受弯受弯 (e)受扭受扭第2页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章通常，裂缝宽度和挠度一般可分别用控制通常，裂缝宽度和挠度一般可分别用控制最大钢筋直径最大钢筋直径和和最大跨高比最大跨高比来控制，只有在构件来控制，只有在构件截面尺寸小，钢筋应力高时进行验算。截面尺寸小，钢筋应力高

3、时进行验算。 为防止温度应力过大引起的开裂，规定了为防止温度应力过大引起的开裂，规定了伸缩缝之间的伸缩缝之间的最大间距最大间距。 为防止由于钢筋周围砼过快的碳化失去对为防止由于钢筋周围砼过快的碳化失去对钢筋的保护作用，出现锈胀引起的沿钢筋钢筋的保护作用，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纵向的裂缝，规定了钢筋的混凝土保护层的的最小厚度最小厚度。非荷载引起的裂缝非荷载引起的裂缝第3页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章v 与承载能力极限状态设计相比，正常使用极限状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。态设计的目标可靠度可以相对较低。 C

4、结构构件达到正常使用要求的结构构件达到正常使用要求的规定限值规定限值，裂，裂 缝宽度和变形限值。缝宽度和变形限值。v 裂缝宽度和变形的验算表达式如下：裂缝宽度和变形的验算表达式如下： SC 224aS 结构构件按荷载效应的标准组合、准永久组结构构件按荷载效应的标准组合、准永久组 合或标准组合并考虑长期作用影响得到的合或标准组合并考虑长期作用影响得到的裂裂 缝宽度或变形值缝宽度或变形值； 式中式中第4页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章niiciSSSS2kQQ1kGkk225荷载效应的荷载效应的标准组合标准组合为：为：niiqiqSSS1kQGk226荷载效应的荷载效应的准永久组合准永久组

5、合为：为：在进行荷载效应计算时，荷载组合有两种情况：在进行荷载效应计算时，荷载组合有两种情况：第5页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章wmax的计算方法的计算方法规范规范的思路：的思路：得到最大裂缝宽度得到最大裂缝宽度wmax若干假定若干假定根据裂缝出现机理根据裂缝出现机理建立理论公式，计算出平均裂缝宽度建立理论公式，计算出平均裂缝宽度wm按试验资料确定扩大系数按试验资料确定扩大系数第二节第二节裂缝宽度验算裂缝宽度验算第6页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章一、一、 裂缝的出现、分布和开展裂缝的出现、分布和开展当当 c ftk，在某一在某一薄弱环节第一条裂缝出薄弱环节第一条裂缝出现，由

6、于钢筋和砼之间现，由于钢筋和砼之间的粘结，砼应力逐渐增的粘结，砼应力逐渐增加至加至 ftk 出现第二批裂缝出现第二批裂缝，一直到裂缝之间的距，一直到裂缝之间的距离近到不足以使粘结力离近到不足以使粘结力传递至砼达到传递至砼达到 ftk 裂裂缝出现完成。缝出现完成。出现：Ncr+N211Ncr+N 分布ftksmss(b)(c)(d)(e)123ftkNkNk(a)第7页/共23页当荷载继续增加到当荷载继续增加到Nk，在在一个裂缝间距范一个裂缝间距范围内围内由钢筋与砼应变差由钢筋与砼应变差的累积量，即形成了裂的累积量，即形成了裂缝宽度。缝宽度。开展：混凝土结构设计基本原理第九章Ncr+N211Nc

7、r+N 分布ftksmss(b)(c)(d)(e)123ftkNkNk(a)第8页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章二、平均裂缝间距二、平均裂缝间距lcrcrte1.90.08eqdlcc 保护层厚度保护层厚度；deq 纵向受拉钢筋的等效直径（纵向受拉钢筋的等效直径（mm）；）； 式中：式中：iii2iieqdndnd i 纵向受拉钢筋的表面特征系数纵向受拉钢筋的表面特征系数光面光面 =1.0变形变形 =0.7ni 第第i种纵向受拉钢筋的根数种纵向受拉钢筋的根数 ；第9页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章te 按有效受拉砼截面面积计算的按有效受拉砼截面面积计算的纵向钢筋配筋率；纵向钢筋

8、配筋率； testeAAhh/2bbfhfh/2hbbbfhfh/2hhfbfh/2hbhfbf(a)(b)(c)(d)Ate形截面矩形、 T 2bh )(2ffhbbbh倒T形截面第10页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章三、平均裂缝宽度三、平均裂缝宽度m裂缝宽度等于裂缝间距范围内钢筋和混凝土的变形差裂缝宽度等于裂缝间距范围内钢筋和混凝土的变形差 ；v 粘结粘结 滑移理论：滑移理论：msm crcm crsmsmsmcrccrsms1wllllElcr+cmlcrlcr+smlcrmm(a)cscmsmssc分布s分布(c)(b)式中：式中：c 0.85sm = sk skmcrs0.8

9、5wlE第11页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章(0.2 1.0) 65. 01 . 1sktetksksmf 纵向钢筋钢筋应变应变不均匀系数不均匀系数 ： 裂缝截面处钢筋应力裂缝截面处钢筋应力 sk：skskAN轴心受拉轴心受拉：s0ksk87. 0AhM受受 弯：弯：)(s0skskahAeN偏心受拉偏心受拉：zAzeNsksk)( 偏心受压偏心受压：第12页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章图图9-50.87h0h0NkskAsMkCskAsee0eNkh0asAsAseke0kAsAskAsCCcZskAsNk(a)(b)(c)(d)CskAsskAs第13页/共23页混凝土

10、结构设计基本原理第九章四、四、 最大裂缝宽度最大裂缝宽度 wmaxwmax = s l wm偏心受拉轴心受拉cr=2.7cr=2.4受弯、偏压cr=2.1扩大系数荷载长期效应裂缝扩大系数构件受力特征系数teeqssk08. 09 . 1dcE920wmax = 0.85s l cr第14页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章五、影响裂缝宽度的主要因素五、影响裂缝宽度的主要因素 减小裂缝宽度的措施减小裂缝宽度的措施 优先选择变形钢筋；优先选择变形钢筋； 选择直径较小的钢筋；选择直径较小的钢筋； 增加钢筋用量。增加钢筋用量。teeqssk08. 09 . 1dcEwmax = 0.85s l c

11、r 钢筋应力、直径、表面特征；钢筋应力、直径、表面特征； 砼抗拉强度及黏结强度；砼抗拉强度及黏结强度； 砼保护层厚度；砼保护层厚度； 砼有效受拉面积；砼有效受拉面积； 构件的受力形式。构件的受力形式。第15页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章裂缝的控制等级分为三级，钢筋混凝土结构构件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。进行裂缝宽度的验算。六、裂缝宽度验算六、裂缝宽度验算921limmaxww-按荷载效应标准值组合并考虑长期作用影响计算按荷载效应标准值组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度；的最大裂缝宽度；maxw-最大裂缝宽度允许值；见附表最大裂缝宽度允许值；见

12、附表1.13。limw第16页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章第三节第三节受弯构件挠度计算受弯构件挠度计算图图9-62-钢筋混凝土适筋梁1弹性材料梁(b)Mf0(a)EI2EI(B)M0钢筋混凝土梁的挠度与弯矩的关系是非线性的。钢筋混凝土梁的挠度与弯矩的关系是非线性的。第17页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章B 按按荷载效应标准组合并考虑荷载长荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响的抗弯刚度期作用影响的抗弯刚度4kk05()384gq lfB 钢筋混凝土梁的挠度计算钢筋混凝土梁的挠度计算对于简支梁承受均布荷载作用时，其跨中挠度：对于简支梁承受均布荷载作用时，其跨中挠度：4kk05(

13、)384gq lfEI用材料力学的公式：用材料力学的公式：Bs 荷载效应标准组合下的受弯构件荷载效应标准组合下的受弯构件的短期刚度的短期刚度B第18页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章一、一、 短期刚度短期刚度 Bs的计算的计算sBMrhrs0smcm11rEIM1rMEI1scm20cMbh Ess0ssmEAhMfE20sss5 . 3162 . 015. 1rhAEB9350fff)(bhhbbr式中：式中：rMsocoaacsash0Msbblcrccm crcscrssm cr0lllhr 第19页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章二、二、 长期刚度长期刚度 B的计算的计算k

14、sqk(1)MBBMM936Mk 荷载效应荷载效应标准标准组合算得的弯矩。组合算得的弯矩。(恒载恒载活载活载) 标准值。标准值。Mq 荷载效应准永久组合算得的弯矩。荷载效应准永久组合算得的弯矩。(恒恒载活载载活载 q) 标准值。标准值。 挠度增大系数。挠度增大系数。 = 2.0 0.4 / Bs 短期刚度按式短期刚度按式(8-15)计算。计算。第20页/共23页混凝土结构设计基本原理第九章三、受弯构件挠度计算及验算三、受弯构件挠度计算及验算最小刚度原则：最小刚度原则：受弯构件在正常使用状态下，刚度沿长度是变化的。受弯构件在正常使用状态下，刚度沿长度是变化的。取同一弯矩符号区段内最小刚度作为等刚度，按材力取同一弯矩符号区段内最小刚度作为等刚度，按材力的方法计算。的方法计算。B1minB