钢筋混凝土构件的变形裂缝及混凝土结构的耐久性ppt课件

1、第九章第九章 钢筋混凝土构件的变形、裂痕钢筋混凝土构件的变形、裂痕及混凝土构造的耐久性及混凝土构造的耐久性 回想回想 构造的根构造的根本功能本功能平安性平安性适用性适用性耐久性耐久性怎样度量构造完成怎样度量构造完成预定功能？预定功能？ 极限形状极限形状 承载才干极限形状承载才干极限形状 正常运用极限形状正常运用极限形状 前述内容都是构件的前述内容都是构件的承载才干极限形状，承载才干极限形状，或称强度计算。或称强度计算。本章讨论的内容本章讨论的内容BlMS209.1 9.1 混凝土受弯构件的挠度计算混凝土受弯构件的挠度计算 9.1.1 9.1.1 截面弯曲刚度的概念及定义截面弯曲刚度的概念及定义

2、 挠度计算的思绪挠度计算的思绪 材力：材力： EIlMSf20 与荷载方式、支承条件有关，例如：与荷载方式、支承条件有关，例如：混凝土梁截面混凝土梁截面弯曲刚度弯曲刚度485S121S 混凝土梁截面弯曲刚度的主要特点混凝土梁截面弯曲刚度的主要特点 BMEIMMB 1.随随M的增大而减小，的增大而减小，OA段取：段取：085. 0IEc2.随配筋率随配筋率的降低而减小；的降低而减小；3.沿梁的跨度是变化的；沿梁的跨度是变化的；4.随加荷时间的增长而减小。随加荷时间的增长而减小。 正常运用极限形状的荷载程度正常运用极限形状的荷载程度 承载才干承载才干极限形状极限形状 由可变荷载效应控制的组合由可变

3、荷载效应控制的组合 由永久荷载效应控制的组合由永久荷载效应控制的组合 1.2；1.4 1.35；1.4*c 在民用建筑工程中，在民用建筑工程中，以为平均以为平均1.25恒载恒载规范值规范值正常运用正常运用极限形状极限形状 荷载的规范组合荷载的规范组合 荷载的准永久组合荷载的准永久组合 恒载规范值恒载规范值 荷载的频遇组合荷载的频遇组合 从荷载规范确定的数值看，两者的荷载程度相差从荷载规范确定的数值看，两者的荷载程度相差1.21.4倍。倍。或者，正常运用极限形状的荷载程度是设计荷载的或者，正常运用极限形状的荷载程度是设计荷载的0.8330.71Mu。 实践工程中：实践工程中：0.50.7Mu。9

4、.1.2 9.1.2 短期刚度短期刚度Bs Bs 1不思索徐变影响不思索徐变影响 短期刚度短期刚度 2援用平截面假定援用平截面假定 指平均应变指平均应变 dyddyx)(dxdydxx而而1dxd有有y计算短期刚度的思绪：计算短期刚度的思绪： 由定义知：由定义知： MB 由平截面假定知：由平截面假定知：0hsmcmsmcmkshMB093 导出导出cm、sm的计算公式，即可获得的计算公式，即可获得Bs的计算公式。的计算公式。 ssksksmEcckcckccmE sm sm 98 cm cm sskEhAM00hAMsskk钢筋拉应变不均匀系数钢筋拉应变不均匀系数裂痕截面的钢筋应变裂痕截面的钢

5、筋应变99cckcE裂痕截面处受压边缘混凝土压应变裂痕截面处受压边缘混凝土压应变受压边缘混凝土压应变不均匀系数受压边缘混凝土压应变不均匀系数1对于对于字形截面：字形截面： 由由X=0，得：，得：图图9-3 第第阶段裂痕截面的应力图阶段裂痕截面的应力图)(00ffcksskhbbbhA)(000hbhbbbhffck00fckbh0000)(hbhhAfckssk Mk 受压翼缘的加强系数受压翼缘的加强系数97200)(bhMfkckccfkEbhM200)(99bcfkccmEbhM200)(受压翼缘混凝土平均应变综合系数受压翼缘混凝土平均应变综合系数 ckEbhM20 Bs Bs ckssk

6、ksEbhMEhAMhMB200000hAEhAEsssscssssEEbhAhAE0201910E9.1.3 9.1.3 参数参数、和和的表达式的表达式 1. 裂痕截面处内力臂长度系数裂痕截面处内力臂长度系数 与与Mk的关系不大，但与配筋率及截面外形有关，经实际分析，的关系不大，但与配筋率及截面外形有关，经实际分析，对常用的混凝土强度等级及配筋率，可近似取：对常用的混凝土强度等级及配筋率，可近似取：9112. 裂痕间纵向受拉钢筋应变不均匀系数裂痕间纵向受拉钢筋应变不均匀系数913计算时，计算时，0.2时，取时，取0.2 1.0时，取时，取1.0000hAEMhAMssksksskk在实验中量

7、测这些值，在实验中量测这些值，就可求出就可求出。87. 0sktetkf65. 01 . 1testeAAAte有效受拉有效受拉面积，图面积，图9-6。3. 受压边缘混凝土平均应变综合系数受压边缘混凝土平均应变综合系数 为了简化计算，直接给出：为了简化计算，直接给出： fEE5 . 3162 . 0915最后的最后的Bs的计算公式：的计算公式：916 纯弯段内平均截面弯曲刚度纯弯段内平均截面弯曲刚度 fEssshAEB5 . 3162 . 015. 1209.1.4 9.1.4 受弯构件的截面刚度受弯构件的截面刚度BB思索荷载长期作用的影响思索荷载长期作用的影响 思索荷载长期作用的影响思索荷载

8、长期作用的影响 后，截面弯曲刚度将降低，构件挠度后，截面弯曲刚度将降低，构件挠度将增大。将增大。 . 徐变；徐变；. 裂痕间受拉混凝土不断退出任务；裂痕间受拉混凝土不断退出任务；. 裂痕向上开展，引起的钢筋和混凝土应力裂痕向上开展，引起的钢筋和混凝土应力的变化；的变化；. 收缩变形。收缩变形。荷载长期作用荷载长期作用下刚度降低的下刚度降低的缘由，缘由，P.218BlMSlBMSlBMMSfksqsqk202020 思索荷载长期作用的影响思索荷载长期作用的影响 后的截面刚度后的截面刚度B B . 荷载的规范组合，短期效应，荷载的规范组合，短期效应，Mk. 荷载的频遇组合荷载的频遇组合. 荷载的准

9、永久组合，长期效应，荷载的准永久组合，长期效应，Mq挠度计算时思挠度计算时思索的荷载效应索的荷载效应qkMM 916 思索荷载长期作用思索荷载长期作用影响的挠度增大系数。影响的挠度增大系数。 思索荷载长期作用思索荷载长期作用影响后的刚度。影响后的刚度。短期荷载的挠度短期荷载的挠度长期荷载的挠度长期荷载的挠度由上式可得：由上式可得：skqkBMMMB) 1( 规范组合产生的规范组合产生的M 准永久组合产生的准永久组合产生的M 920且且在一些特殊情况下的调整，在一些特殊情况下的调整，P.219。9.1.5 9.1.5 最小刚度原那么与挠度计算最小刚度原那么与挠度计算 1. 简支梁的挠度计算简支梁

10、的挠度计算 4 . 00 . 20 . 2, 06 . 1,BlMSfk20 采用最小刚度采用最小刚度Bmin，由此计算的挠度会不会，由此计算的挠度会不会偏大？不会，由于计算中虽然将弯曲挠度算大，偏大？不会，由于计算中虽然将弯曲挠度算大，但没有思索剪切变形对挠度的影响，两者抵消使但没有思索剪切变形对挠度的影响，两者抵消使得最终挠度比较接近实践情况。得最终挠度比较接近实践情况。BlMBlMSfkk2020485minB2. 延续梁的挠度计算延续梁的挠度计算 “当构件上存在正、负弯矩时，可分别取同号弯矩区段内当构件上存在正、负弯矩时，可分别取同号弯矩区段内 处处截面的最小刚度计算挠度截面的最小刚度

11、计算挠度212121fffffB的计算位置，详的计算位置，详P.220EIf弹BEIfBf弹混凝土1Mk的大小；的大小； 2； 3截面外形。即有无受拉翼缘、受压翼缘；截面外形。即有无受拉翼缘、受压翼缘； 4在常用配筋率在常用配筋率12的情况下，提高混凝土强度等的情况下，提高混凝土强度等级对提高级对提高Bs作用不大；作用不大； 5当配筋率和资料给定时，截面的当配筋率和资料给定时，截面的h0对对Bs作用最显著。作用最显著。 2. 配筋率对承载力和挠度的影响配筋率对承载力和挠度的影响 图图9-9，非常有用的结论：，非常有用的结论： 1配筋率增大，对提高梁的承载力影响大。配筋率增大，对提高梁的承载力影

12、响大。 2配筋率增大，对提高梁的弯曲刚度不明显。配筋率增大，对提高梁的弯曲刚度不明显。 此影响是经过此影响是经过来表达，即：来表达，即： sktetkf65. 01 . 1增大，增大，Bs也略有增大。也略有增大。9.1.6 9.1.6 对受弯构件挠度验算的讨论对受弯构件挠度验算的讨论 1. 影响影响BS的要素的要素 阅历跨高比的由来。阅历跨高比的由来。 4. 混凝土构造构件的变形限值混凝土构造构件的变形限值 如图如图9-10所述问题。所述问题。3. 跨高比跨高比 1保证建筑的运用功能要求；保证建筑的运用功能要求；2防止对构造构件产生不良影响；防止对构造构件产生不良影响；3防止对非构造构件产生不

13、良影响；防止对非构造构件产生不良影响； 4保证人们的觉得在可接受程度内。保证人们的觉得在可接受程度内。 2500lf 例如：楼板的平整度，例如：楼板的平整度，吊车梁的挠度。吊车梁的挠度。例如：门、窗；幕墙。例如：门、窗；幕墙。【例题【例题9-19-1】知在教学楼楼盖中，一矩形截面简支梁，】知在教学楼楼盖中，一矩形截面简支梁，b b* *h=200h=200* *500mm500mm，配置配置4D164D16HRB400HRB400级受力钢筋，混凝土级受力钢筋，混凝土C20C20，维护层厚度，维护层厚度C=25mmC=25mm，L0=5.6mL0=5.6m，接受均布荷载，其中永久荷载包括自重在内

14、规范值，接受均布荷载，其中永久荷载包括自重在内规范值gk=12.4kN/mgk=12.4kN/m，楼面活荷载规范值，楼面活荷载规范值qk=8kN/mqk=8kN/m，楼面活荷载的准永久值，楼面活荷载的准永久值系数系数q=0.5q=0.5。实验算其挠度。实验算其挠度。 解：留意问题，和此题的结论。解：留意问题，和此题的结论。1此题挠度验算时钢筋的应力程度此题挠度验算时钢筋的应力程度 2/246mmNsk2/360mmNfy683. 0360246yskf2此题短期刚度和长期刚度的比值此题短期刚度和长期刚度的比值 802. 11021. 11018. 21313BBssssfBBff802. 1【

15、例题【例题9-29-2】知图】知图9-119-11a a所示八孔空心板，混凝土所示八孔空心板，混凝土C20C20，配置，配置9D6HPB235(9D6HPB235(级级) )受力钢筋，维护层厚受力钢筋，维护层厚C=10mmC=10mm，计算跨度，计算跨度L0=3.04mL0=3.04m，接受荷载规范组合接受荷载规范组合Mk=4.47kN-MMk=4.47kN-M，荷载准永久组合，荷载准永久组合Mq=2.91kN-MMq=2.91kN-M，flim=L0/200flim=L0/200，实验算挠度能否满足。，实验算挠度能否满足。 解：解：1此题的关键：将多孔板截面换算成工字形截面。此题的关键：将多

16、孔板截面换算成工字形截面。 换算条件：换算条件：. 形心位置不变；形心位置不变； . 面积不变；面积不变； . 对形心轴的惯性矩不变。对形心轴的惯性矩不变。得：得：hhhbd422412164hhhbd解出解出bh，hh2此题：此题：596. 092. 51 . 3sBB9.2 9.2 钢筋混凝土构件裂痕宽度验算钢筋混凝土构件裂痕宽度验算 9.2.1 9.2.1 裂痕的出现、分布和开展裂痕的出现、分布和开展 以轴心受拉构件为例以轴心受拉构件为例 由此看来：由此看来：1首批裂痕在混凝土抗拉强度较薄弱的截面产生，其次的裂痕将在裂痕间距首批裂痕在混凝土抗拉强度较薄弱的截面产生，其次的裂痕将在裂痕间距

17、2L的区段上产生，哪里最薄弱，哪里先出现裂痕。的区段上产生，哪里最薄弱，哪里先出现裂痕。2但裂痕间距不会小于但裂痕间距不会小于L，即稳定后的裂痕间距为：，即稳定后的裂痕间距为：L2L。3L的大小与：的大小与： . 钢筋的伸长混凝土的伸长钢筋的伸长混凝土的伸长钢筋的伸长混凝土的伸长钢筋的伸长混凝土的伸长0. 裂痕从里到外一样宽裂痕从里到外一样宽裂痕从里到外不一样宽裂痕从里到外不一样宽. 和和C无关无关和和C有关有关4裂痕宽度的构成：裂痕宽度的构成：配筋率有关配筋率有关钢筋外表积大小有关钢筋外表积大小有关粘结强度有关粘结强度有关混凝土等级，钢筋外表性状，维护层厚度等。混凝土等级，钢筋外表性状，维护

18、层厚度等。粘结滑移实际粘结滑移实际粘结无滑粘结无滑移实际移实际 裂痕宽度计算的思绪裂痕宽度计算的思绪 某一条详细的裂痕出现的部位是随机的，其裂痕宽度也是随机的。某一条详细的裂痕出现的部位是随机的，其裂痕宽度也是随机的。 但平均裂痕间距和平均裂痕宽度具有一定的规律性，且两者之间有一但平均裂痕间距和平均裂痕宽度具有一定的规律性，且两者之间有一定的关联性。定的关联性。 这样，计算裂痕宽度的思绪与方法就可以确定为：这样，计算裂痕宽度的思绪与方法就可以确定为： mWkWmax3用用Wm估计估计Wmax。例如：。例如： k为估计系数为估计系数 9.2.2 9.2.2 平均裂痕间距平均裂痕间距 tetsss

19、sAfAA211在裂痕处截开，取隔离体，得：在裂痕处截开，取隔离体，得： 2确定平均裂痕宽度确定平均裂痕宽度Wm和和Lm的关系；的关系；1求平均裂痕间距：求平均裂痕间距：Lm；luAAmssss212得：得：uAflmtettesteAAdnutemttesmtdfndAf4142dnAste为按有效受拉混凝土截面面积计为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率算的纵向受拉钢筋配筋率 取钢筋隔离体，建立平衡条件：取钢筋隔离体，建立平衡条件： llm5 . 1tetemtdkdf48319-28最后规范提出的公式：最后规范提出的公式： teeqmdkCkl129-29 等效直径等效直径

20、9.2.3 9.2.3 平均裂痕宽度平均裂痕宽度 平均裂痕宽度平均裂痕宽度Wm Wm mctmmsmmllWmsmctmsml )1 (msskclE85. 0c裂痕间的混凝土平均应变裂痕间的混凝土平均应变9-32裂痕间钢筋的平均应变裂痕间钢筋的平均应变 计算计算 sk1受弯构件受弯构件 2轴心受拉轴心受拉 3偏心受拉偏心受拉 087. 0hAMskskskskAN)(0sskskahAeN9-339-349-354偏心受压偏心受压 skskAhheN00)(9-36)08. 09 . 1 (maxteeqsskcrdcEw9-40mm9.2.4 9.2.4 最大裂痕宽度及其验算最大裂痕宽度及

21、其验算 用实验、数理统计的方法得出用实验、数理统计的方法得出WmaxWmax的计算公式的计算公式 max,maxslwwmsskclmllEwl长期荷载影响长期荷载影响 平均裂痕宽度的增大系数平均裂痕宽度的增大系数 temdkCkl12 规范提出的公式规范提出的公式 构件受力特征系数，轴心受拉构件受力特征系数，轴心受拉2.7，偏，偏拉拉2.4，受弯、偏压，受弯、偏压2.1。 给出的是具有给出的是具有95保证率的相对最大裂痕宽度。保证率的相对最大裂痕宽度。 最大裂痕宽度验算最大裂痕宽度验算 limmaxww详规范，详规范，0.20.3mm，普通，普通0.3mm。 有关有关wmaxwmax的几个概

22、念的几个概念 1 ， sdmaxw，即：钢筋直径减小，裂痕宽度减小。，即：钢筋直径减小，裂痕宽度减小。2 ， temaxw，即：配筋率增大，裂痕宽度减小。，即：配筋率增大，裂痕宽度减小。或钢筋面积增大或钢筋面积增大【例题【例题9-39-3】知某屋架下弦按轴心受拉构件设计，截面尺寸为】知某屋架下弦按轴心受拉构件设计，截面尺寸为200mm200mm160mm160mm，维护层厚度，维护层厚度c=25mmc=25mm，配置，配置4D164D16，HRB400HRB400级钢筋，混凝土强级钢筋，混凝土强度等级为度等级为C40C40，荷载效应的规范组合的轴向拉力，荷载效应的规范组合的轴向拉力Nk=142

23、kNNk=142kN，wlim=0.2mmwlim=0.2mm。实验算最大裂痕宽度。实验算最大裂痕宽度。 解：。解：。【例题【例题9-4】。】。【例题【例题9-5】。】。【例题【例题9-6】。】。9.3 9.3 钢筋混凝土截面延性钢筋混凝土截面延性 9.3.1 9.3.1 延性的概念延性的概念 资料与截面资料与截面 受拉受拉受压受压脆性的脆性的有延性的有延性的构件截面构件截面受弯正截面受弯正截面受压正截面受压正截面资料资料 延性：延性： 指从屈服开场到最大承载才干之间的变形才干，或到达最大承载才指从屈服开场到最大承载才干之间的变形才干，或到达最大承载才干还没有显著下降时普通取干还没有显著下降时

24、普通取8585。 延性的度量：延性的度量：1yuyu2yuyu延性系数延性系数 延性的作用：延性的作用： 1. 1.延缓构造破坏，有预告；延缓构造破坏，有预告； 2. 2.在超静定构造中有积极的作用；在超静定构造中有积极的作用； 3. 3.可吸收和耗散能量，对提高构造抗震性能有利。可吸收和耗散能量，对提高构造抗震性能有利。有人提出，构件的延性几乎和构件的强度同等重要。有人提出，构件的延性几乎和构件的强度同等重要。9.3.2 9.3.2 受弯构件截面曲率延性系数受弯构件截面曲率延性系数 采用平截面假定，那么：采用平截面假定，那么：0)1 (hkyyccuuxcycuyuxhk0)1 ( 或或01

25、1)(hffyccuu9-44。9-48 影响要素及其讨论：影响要素及其讨论： 1 为什么？为什么？uu2 为什么？为什么？uu3cuuu怎样使怎样使cu增大？增大？4cfuuyf混凝土强度混凝土强度等级提高等级提高 钢筋强度变钢筋强度变化有限化有限 在设计中比较容易控制的要素，或设计者在设计中比较容易控制的要素，或设计者需求留意的：需求留意的： 1 1 cu 2 cu 2 x x%5 . 2 1 ，0)35. 025. 0(hx 2 5 . 03 . 0/ssAA3在在M较大的区段适当加密箍筋。较大的区段适当加密箍筋。9.3.2 9.3.2 偏压构件截面曲率延性的分析偏压构件截面曲率延性的分

26、析 假假设设为为弹弹性性 提高截面曲率延性系数的主要措施：提高截面曲率延性系数的主要措施：1 2图图920反映的情况反映的情况 AfNfnccNnn n，0.70.9轴压比轴压比 s对对fc的提高作用不非常显著，的提高作用不非常显著，但对破坏阶段的应变影响较大。当但对破坏阶段的应变影响较大。当s较较高时，下降段平缓，混凝土极限压应变高时，下降段平缓，混凝土极限压应变值增大，使截面曲率延性系数提高。值增大，使截面曲率延性系数提高。cyssff含箍特征值含箍特征值 体积配箍率体积配箍率图图9-20 配箍率对棱柱体试件配箍率对棱柱体试件曲线的影响曲线的影响我国我国对混凝土框架柱设计的要求：对混凝土框

27、架柱设计的要求：nAfNc12柱端箍筋加密区，柱端箍筋加密区，加密区长度：加密区长度：加密区箍筋的数量：加密区箍筋的数量：用用s控制控制9.4 9.4 混凝土构造的耐久性混凝土构造的耐久性 9.4.1 9.4.1 耐久性的概念与主要影响要素耐久性的概念与主要影响要素 钢构造的寿命钢构造的寿命防锈漆防锈漆混凝土构造的寿命混凝土构造的寿命1混凝土的寿命混凝土的寿命2钢筋的寿命钢筋的寿命用混凝土维护用混凝土维护 混凝土构造的耐久性混凝土构造的耐久性 指在设计任务寿命期内，在正常维护下，坚持适宜于运用，而不需指在设计任务寿命期内，在正常维护下，坚持适宜于运用，而不需求进展维修加固的才干。求进展维修加固

28、的才干。 不了解或不注重构造耐久性问题而产生的工程问题：不了解或不注重构造耐久性问题而产生的工程问题： 1 1钢构造的维护费用；钢构造的维护费用； 2 2韩国一栋商业大楼忽然倒塌韩国一栋商业大楼忽然倒塌运用海砂；运用海砂； 3 3苏州河上一座桥，在清晨被一艘过路渔船的桅杆碰垮。苏州河上一座桥，在清晨被一艘过路渔船的桅杆碰垮。 影响耐久性能的主要要素影响耐久性能的主要要素 内部要素：混凝土强度，密实性，水泥用量，水灰比，氯离子，碱含内部要素：混凝土强度，密实性，水泥用量，水灰比，氯离子，碱含量。量。 9.4.2 9.4.2 混凝土的碳化混凝土的碳化 碳化对混凝土本身无害，其主要问题是当碳化至钢筋

29、外表时，将会破碳化对混凝土本身无害，其主要问题是当碳化至钢筋外表时，将会破坏氧化膜，使钢筋有锈蚀的危险。此外，还会加剧混凝土的收缩，导致混坏氧化膜，使钢筋有锈蚀的危险。此外，还会加剧混凝土的收缩，导致混凝土开裂。这些均给混凝土的耐久性带来不利影响。凝土开裂。这些均给混凝土的耐久性带来不利影响。碳化是混凝土由碱性向中性过渡。碳化是混凝土由碱性向中性过渡。外部要素：温度，湿度，外部要素：温度，湿度，CO2含量，侵蚀性介质。含量，侵蚀性介质。9.4.3 9.4.3 钢筋的锈蚀钢筋的锈蚀 。9.4.4 9.4.4 耐久性设计耐久性设计 耐久性设计的目的耐久性设计的目的 在规定的设计运用年限内，在正常维护下，必需坚持适宜于运用，满在规定的设计运用年限内，在正常维护下，必需坚持适宜于运用，满足既定功能的要求。足既定功能的要求。 方法方法 将混凝土构造将混凝土构造按运用环境不按运用环境不同分类同分类一类，室内正常运用环境。一类，室内正常运用环境。二类，二类，a.室内潮湿环境；非严寒和冰冷地域室内潮湿环境；非严寒和冰冷地域露天环境、与无侵蚀性的水及土壤直露天环境、与无侵蚀性的水及土壤直接接触的环境。接接触的环境。b.冰冷和严寒地域的露天环境；与无冰冷和严寒地域的露天环境；与无侵蚀性的水或土壤