结构设计原理正常使用极限状态课件

结构设计原理

第七章正常使用极限状态主讲熊峰概述：正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限制。影响正常使用及外观的变形影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）影响正常使用的振动影响正常使用的其他特定状态正常使用极限状态的荷载组合进行正常使用极限状态验算时采用荷载的标准值；不考虑结构的重要性系数；需要考虑荷载作用时间的长短对变形和裂缝宽度的影响。标准组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或瞬间振动的情况准永久组合：主要用于当长期效应是决定性因素时的一些场合7.1.2裂缝宽度限值确定最大裂缝宽度需考虑的因素外观要求耐久性要求（环境条件和构件的工作条件）规范规定的最大裂缝宽度

最大裂缝宽度附表22

7.1.3混凝土结构的耐久性混凝土的碳化碳化的概念硅酸盐混凝土的初始碱度高，钢筋表面形成氧化膜。空气中的CO2与其中的碱性水化物反应而降低Ph值。影响碳化的因素：环境因素（CO2的浓度，相对湿度、温度交替变化）和材料本身的性质（水泥用量、水灰比等）减小碳化的措施合理设计混凝土配合比，规定水泥用量的低限值和水灰比的高限值，合理采用掺合料；提高混凝土的密实性、抗渗性；规定混凝土保护层最小厚度；采用覆盖面层（水泥砂浆或涂料等）碳化深度的测定（碳酸试液）也可根据碳化深度和时间的关系预测碳化的深度钢筋的锈蚀锈蚀的条件：氧化膜破坏和含氧水分侵入锈蚀的机理：电化学腐蚀，钢材中铁变成Fe2O3或Fe2O4而膨胀。锈蚀的发展过程：坑蚀、环蚀、锈蚀面，严重时体积膨胀，导致沿钢筋长度出现纵向裂缝，并使混凝土保护层剥离，习称“暴筋”防止钢筋锈蚀的措施降低水灰比，保证密实度，具有足够的混凝土保护层厚度，严格控制氯含量；采用覆盖层，防止CO2、O2、Cl-的渗入；在海洋结构、强腐蚀介质中的混凝土结构中，可采用钢筋阻锈剂、防腐蚀钢筋、环氧涂层钢筋、镀锌钢筋、不锈钢钢筋等。耐久性概念设计(p40)混凝土结构使用环境分类分为一、二（a、b）、三、四、五类混凝土结构设计的使用年限保证耐久性的技术措施和构造要求1.结构设计技术措施2.对混凝土材料的要求3.施工要求：混凝土的密实性4.混凝土保护层最小厚度主要与结构类型和环境类别有关，附表297.2.2裂缝控制等级一级：严格要求不出现裂缝的构件。在荷载的标准组合下，构件受拉边缘混凝土不产生拉应力，即二级：一般要求不出现裂缝的构件。要求构件受拉边缘混凝土按荷载准永久组合下进行计算时不产生拉应力，而按荷载标准组合计算时允许产生拉应力，但拉应力不得大于混凝土抗拉强度标准值，即三级：允许出现裂缝的构件。在荷载的标准组合下，并考虑荷载长期作用影响的最大裂缝宽度，应满足下列要求7.2.3裂缝宽度验算

裂缝计算理论有：黏结滑移理论、无滑移理论、综合理论按上述理论可建立理论公式，其系数依赖试验和经验；另一类裂缝计算公式为统计公式，通过实测回归得出。裂缝出现前后构件的应力状态裂缝开展前，钢筋、混凝土共同受力，开展后，裂缝截面混凝土应力降为0，钢筋应力突然增加平均裂缝间距内力平衡条件取钢筋为脱离体传递长度平均裂缝间距考虑钢筋的表面特性和混凝土保护层厚度的影响通过试验资料分析，规范给定公式有效配筋率ν—钢筋相对黏结特性系数，表7-1。钢筋等效直径钢筋应变不均匀系数（反映了裂缝间受拉混凝土对纵向钢筋应变的影响程度）对于直接承受动力荷载的结构构件，取裂缝截面处钢筋的应力1）受弯构件2）轴心受拉构件3）偏心受拉构件最大裂缝宽度及验算1）最大裂缝宽度考虑裂缝宽度的不均匀性和长期荷载的影响等因素，裂缝宽度会比计算的增大，规范取：1.5上式求得的最大裂缝宽度是指具有95%保证率的相对最大裂缝宽度。钢筋混凝土梁的截面抗弯刚度M-φ曲线抗弯刚度接近弹性刚度取φ增长比M快，抗弯刚度下降抗弯刚度急剧下降钢筋混凝土梁截面抗弯刚度的特点7.3.2荷载标准组合作用下的短期刚度Bs“第二阶段”梁受力的特点：1）钢筋应变分布不均匀2）混凝土应变分布不均匀3）中和轴位置是变化的4）平均应变与平均受压区高度间的关系符合平截面假定平均曲率平均应变εsm、εcm进入第二阶段后混凝土受压区不能用初始弹性模量裂缝截面处钢筋和混凝土的应力钢筋应力混凝土应力将混凝土受压区曲线分布的应压力换算成平均压应力钢筋和混凝土的平均应变短期刚度的表达式参数η、ζ的确定裂缝截面内力臂系数混凝土平均应变综合系数短期刚度计算式7.3.3按荷载标准组合作用并考虑荷载长期作用影响的刚度B由于徐变等因素的影响，在荷载长期作用下，钢筋混凝土受弯构件将增大规范建议用荷载准永久组合作用下的挠度增大系数θ来考虑荷载长期