混凝土-9正常使用阶段验算

顶板脱落露筋户外自然状态堆放锈蚀过程8.1正常使用阶段设计概述根据结构的功能要求，结构除应满足安全性的要求，还应满足适用性和耐久性的要求。结构的适用性在不需要对结构进行维修(或少量维修)和加固的条件下，保持正常使用的功能。结构的耐久性在不需要维修(或少量维修)和加固的条件下，保持结构的适用性和安全性的性能。主要内容是影响结构适用性和耐久性的两个主要结构参数----变形和裂缝宽度的验算。裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，

影响使用

；

心理承受：振动和变形过大，有不安全感，有振动噪声。

对非结构构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等；屋面梁板结构挠度过大，会造成积水而产生渗漏；

影响正常使用：如吊车、精密仪器、

耐久性—

适用性—

对结构构件的影响：内力增大等；

安全性—承载能力极限状态—

结构的功能

SafetyService-abilityDurability

外观感觉不舒适标准组合准

组合S

SGkn

SQ1k

ci

SQiki2

GkS

Snqi

Qiki1

S当只有一个可变荷载时，荷载标准组合（短期荷载）产生的弯矩为

SQ1kM

k

SGk

M

Q1k

M

Gk由于可变荷载达到其标准值M

k

的作用时间较短,故M

k称为短期弯矩，约为弯矩设计值的50%～70%。在荷载的长期作用下,混凝土的 和收缩的影响，构件的变形和裂缝随时间增长而扩大，M

q

称为长期弯矩。当只有一个可变荷载时，荷载准组合（长期荷载）产生的弯矩为1kM

q

SGk

1k

M

Gk

q式中： 为可变荷载准 值系数，为可变荷载中长期作用部分与可1k变荷载标准值Q1k

的比值，即

。荷载代表值:1．

荷载代表值荷载以其标准值为代表值。2．可变荷载代表值可变荷载代表值根据不同的设计要求，分别取其标准值、组合值、准值、频遇值为代表值。对于适用性和耐久性,结构构件满足正常使用要求的限值

C，《混凝土结构设计规范》规定了各种情况下变形和裂缝宽度限值。对于受弯构件,挠度变形的验算表达式为f

[

f

]式中：

f

为荷载作用产生的挠度变形；[

f

]值。为挠度变形限对于钢筋混凝土构件裂缝宽度的验算表达式为wmax

[w]式中：wmax为荷载作用产生的最大裂缝宽度，[w]为最大裂缝宽度限值。钢筋混凝土构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限值的见附表。变形验算的目的保证结构的使用功能要求。结构变形过大，将降低或丧失结构的适用性。如支承精密仪器设备的梁板结构挠度过大，造成仪器设备无法使用；屋面梁板结构挠度过大，会造成积水而产生渗漏；吊车梁和桥梁变形过大，会妨碍吊车和车辆的正常运行等；防止对结构构件产生不良影响。如支承在砖墙上的梁端产生过大转角，将使支承面积减小、支承反力偏心增大，并会引起墙体开裂；防止对非结构构件产生不良影响。结构变形过大，会使门窗等不能正常开关，会导致隔墙、天花板等的开裂或损坏；结构变形过大，使用者的感觉在不可接受。过大振动、变形会引起使用者的不适或不安全感。f受弯构件变形验算变形计算概述材料力学变形计算方法

1．均布荷载简支梁l

22384

EI

48

8

EI5

ql

4 5

1f

ql248

EI5

Ml

s

l248r

EI公式中：挠度系数

s

5

；截面曲率

1

M

，即单位长度梁的转角；在材料力学中

EI

抗弯刚度是常数，挠度与弯矩成正比。图8-1均布荷载简支梁挠度挠度EI

M

，弯曲刚度即：使截面产生单位曲率所需要的弯矩。MyMsMcrE

Ic

0BsMMMcrEcI00.85E

Ic

02．钢筋混凝土梁刚度特征钢筋混凝土适筋梁的M

～

关系不再是直线，而是随弯矩的增大，截面曲率呈曲线变化。对于任一给定的弯矩M

，截面抗弯刚度B

为M

～

关系曲线上，对应该弯矩点与原点连线的正切。图8-4混凝土截面弯矩～曲率关系图8-5开裂前截面弯矩～曲率关系⬧8.2.2钢筋混凝土梁短期荷载作用下的刚度1．受弯构件短期荷载作用下的刚度图8-6混凝土梁短期荷载作用下的刚度度分析弹性梁：EI

mksM

M

，钢筋混凝土梁：

B

m，

1

r短期刚度标准组合Mk

Bs受压区边缘砼平均压应变受拉钢筋平均拉应变m

1

r公式中lcr

为平均裂缝间距。

s

sm

lcr

，

c

cmlcrh0h0

(

)l

c s

sm

cm

cr

crml

sm0h

cmsm

cmmsB

M

k

M

k

h0

⬧2．裂缝处截面钢筋应变

sk

和受压区边缘混凝土压应变

ck裂缝处截面钢筋应变

sksskE

sks

0A

hM

ksk，

s

0

sM

ksk，

A

h

E裂缝处截面受压边缘混凝土压应变

ckcE

/

ck

ckcE

ck

00ffM

k[(b

/

b)h

/

bx

]hck

fM

k

(

/

0

)bh20公式中0bh(bf

/，h0x

0

0

M

kck(

/

)bh

2

Ef

0

0

c

—内力臂长度系数工字形cc

h0sAsCh0Mk割线模量3．裂缝之间钢筋平均应变

sm和裂缝之间受压区边缘混凝土平均压应变

cm裂缝之间钢筋平均应变

sms

0

sM

ksksmA

h

E

为钢筋应力或应变不均匀系数。M

k裂缝之间受压边缘混凝土平均压应变

cm0

cM

kc

(

/

)bh

2

Ef

0

0

cM

k

cm

c

ck

bh2

E

(

/

)f

0

c其中

，为受压区边缘混凝土平均压应变综合系数或截面塑性抵抗矩系数，通过实验直接测得实验值。cc

h0sAsCh0。E

Es

/Ec4．短期刚度Bs

的一般公式m

sm

cmsB

M

k

M

k

h0M

k

h0M

M0

cAsh0

Esbh2

E

k

k

sB

As

E

h

2s

0As

Es

bh0

Ec

A

E

h

E

2

s

s

0

bh0公式中

As8.2.3

内力臂系数

、钢筋应力不均匀系数和综合影响系数1．裂缝截面处内力臂系数根据实验，取

=0.870

sM

ksk0.87

h A

sk2．裂缝之间受拉钢筋应力或应变不均匀系数裂缝之间受拉钢筋应力或应变分布是不均匀的，裂缝处最大，裂缝中较小。裂缝之间混凝土参加工作使受拉钢筋应力减小。

sm

1.0

1.0ftkte

sq

0.2

1.1

0.65AteA公式中

te

s

0.01

，

te

是按有效受拉区面积计算的受拉钢筋配筋率，光圆钢筋乘

0.7。

te

越大，则

越大；

b)hf

。Ate

0.5bh

(bfNcrNulN

y

s裂缝间钢筋平均应变sk裂缝处钢筋应变

sm3．综合影响系数根据实验研究确定，f6

E

1

3.5

/

E

0.2

公式中

/0(b

/

b)h

/f

fE

/

，fbh/当hf0.2h0/，取h

f

0.2h0。4．短期刚度Bs

计算公式

E

A

E

h2Bs

s

s

0

0

f

As

Es

h

26

E

1

3.5

/1.15

0.2

8.2.4

钢筋混凝土梁抗弯刚度B在荷载效应标准组合作用下，并考虑荷载效应长期作用影响的抗弯刚度B

。1．荷载长期作用下刚度下降的原因（1）由于混凝土的

，裂缝之间混凝土应力松弛的影响；滑移，使（2）混凝土和钢筋之间的得混凝土不断退出工作。2．抗弯刚度B荷载效应准

组合的作用使挠度增0fsBMlkq

MM)l(

2

MlBs

Bs大，其影响以挠度增大系数

加以考虑。2k

02q

0

s

s考虑长期作用使挠度增加的部分Mk中不含M

q部分无长期作用影响2.荷载长期作用下的抗弯刚度恒+活中“恒”按荷载标准组合计算长期刚度活中“活”+荷载长期作用下的刚度=M)考虑部分荷载长期作用的影响BsBs

Mq

)

l2f

Mq

l2

(Mk长期作用的荷载效应短期作用的荷载效应短期作用荷载产生的短期挠度长期作用荷载产生的总挠度长期作用荷载产生的短期挠度荷载长期作用下的刚度2．抗弯刚度B1)采用荷载标准组合时：荷载效应准其影响以挠度增大系数

加以考虑。组合的作用使挠度增大sk(M

M

)l

2k

q

0Bf

sBM l

2

sBM l

2

sk

0sq

0M

k

M

qBs

Bs

B

M

k

M

q，BsM

q

(

1)

M

kB

Mk，kMB

BsMq

(

1)

Mk2）采用荷载准组合时：B

Bs

/−20.

.04----适用于混凝土受弯构件荷载长期作用下的刚度3.梁的抗弯刚度主要特点随荷载的增加抗弯刚度减少，即M越

越小。验算变形时，截面抗弯刚度选择在曲线第Ⅱ阶段（带裂缝工作阶段）确定；随配筋率ρ

的降低抗弯刚度减少。对于截面尺寸和材料都相同的适筋梁，ρ小，变形大些；截面抗弯刚度小些；沿构件跨度，弯矩在变化，截面刚度也在变化，即使在纯弯段刚度也不尽相同，裂缝截面处的小些，裂缝间截面的大些；随加载时间的增长抗弯刚度减小。构件在长期荷载作用

下，变形会加大，在变形验算中，除了要考虑短期效应组合，还应考虑荷载的长期效应的影响，故有长期刚度Bs

和短期刚度Bl

。8.2.5最小刚度原则在等截面构件中，可假定各同号弯矩区段内的刚度相等，并取用该区段内最大弯矩处的刚度，亦即最小的弯曲刚度计算挠度。当计算跨度内的支座截面刚度不大于跨中截面刚

度的两倍或不小于跨中截面刚度的二分之一时，该跨也可按等刚度构件进行计算，其构件刚度可取跨中最大弯矩截面的刚度。剪切变形及斜裂缝使跨内钢筋应力增大，从而导致挠度计算值减小受弯构件的挠度限值构件类型挠度限值（以计算跨度l0

计算）吊车梁：手动吊车l0/500电动吊车l0/600屋盖、楼盖及楼梯构件：当l0≤7m

时l0/200(l0/250)当7m≤l0≤9m

时l0/250(l0/300)当l0

>9m

时l0/300(l0/400)注：1、表中括号内数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件；2、悬臂构件的挠度限值按表中相应数值乘以系数2.0取用。8.2.6关于挠度验算的分析则越大，Bs

降低；1．影响短期刚度Bs

的因素Mk

隐含在钢筋应力不均匀系数

中，M

k

越大，

sk随

的增

略有增大；受拉和受压翼缘都会使得Bs

有所增大；h0

对刚度Bs