钢筋混凝土构件的变形、PPT课件

1、.,1,课程名称：,混凝土结构设计原理,课程性质：专业基础课,适用专业：土 木 工 程,所属单位：建筑与土木工程学院,2007年3月,.,2,第9章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性,本章基本要求 1.理解钢筋混凝土受弯构件截面弯曲刚度的概念；掌握受弯构件刚度的推导思路及其影响因素；理解参数、及的物理意义；掌握最小刚度原则及挠度计算。 2.掌握受弯构件裂缝的出现、分布及开展规律；理解平均裂缝间距、平均裂缝宽度、最大裂缝宽度间的关系；掌握构件裂缝宽度验算的方法。 3.掌握钢筋混凝土构件截面延性的概念及影响因素。 4.了解耐久性的概念及主要影响因素；理解混凝土碳化和钢筋锈蚀的条件、影

2、响因素及防治措施。,.,3,构件的裂缝宽度和挠度验算是属于正常使用极限状态。,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；,挠度和裂缝在验算时应采用荷载标准值、荷载准永久值和材 料强度的标准值；,由于构件的变形和裂缝都随时间而增大，因此在验算时应按 荷载效应的标准组合并考虑长期作用的影响。,.,4,由材料力学知，匀质弹性材料梁的跨中挠度为：,式中：=M/EI 是截面曲率；,S 是与荷载形式、支承条件有关的挠度系数；,EI=M/ 是梁的截面弯曲刚度，即使截面产生单位曲率需要施加的弯矩值。,.,5,截面弯曲刚度的特点：,匀质弹性梁，当梁的截面形状、尺寸和材料

3、已知时，EI为常数。,对于钢筋混凝土构件，由于非匀质非弹性，因此在梁受弯的全过程中，EI是变化的。,截面弯曲刚度不仅随荷载增大而减小，而且随荷载作用时间的增长而减小。 荷载短期效应组合下的抗弯刚度为短期刚度Bs； 荷载长期效应组合影响的抗弯刚度为长期刚度B。,.,6,例如：对于简支梁承受均布荷载作用时，其跨中挠度：,B,Bs 荷载短期效应组合下的抗弯刚度,Bl 荷载长期效应组合影响的抗弯刚度, 钢筋混凝土梁的挠度计算,.,7,1平均曲率,由平截面假定，可得平均曲率：,故短期刚度为：,式中： sm 、cm分别为纵向受拉钢筋重心处的平均拉应变和受压区边缘混凝土的平均压应变；,Mk为按荷载组合计算的

4、弯矩值；,r与平均中和轴相应的平均曲率半径。,.,8,3平均应变,3裂缝截面的应变,.,9,式中：sk 、sk分别为按荷载效应的标准组合计算 的裂缝截面处纵向受拉钢筋重心处的拉应力和拉应变；,ck 、ck分别为按荷载效应的标准组合计算的 裂缝截面处受压区边缘混凝土的压应力和压应变；,、c分别为裂缝间纵向受拉钢筋重心处的拉应 变不均匀系数和受压区边缘混凝土压应变不均匀系数；,裂缝截面处内力偶臂长度系数，取 =0.87；,受压区边缘混凝土平均应变综合系数。,.,10,4 短期刚度的计算公式,式中：rf受压翼缘的加强系数；,E钢筋和混凝土弹性模量的比值；,配筋率。,.,11, 短期刚度Bs的影响因素

5、,Mk越大，短期刚度Bs越小；,配筋率增大，短期刚度Bs略有增大；,有受拉翼缘或受压翼缘时，短期刚度Bs有所增大；,常用配筋率下，混凝土等级对Bs影响不大；,截面有效高度对提高Bs的作用最显著。,.,12,1 荷载长期作用下刚度降低的原因,混凝土的徐变；,裂缝间受拉混凝土的应力松弛，以及混凝土和钢筋的徐变滑移；,受拉混凝土退出工作及受压混凝土的塑性发展；,受拉和受压混凝土的收缩不一致，使梁发生翘曲。,.,13,2. 长期刚度 B的计算,Mk= Mq + (Mk Mq),产生随时间增大的挠度,产生短期的挠度,B,.,14,Mk 荷载短期效应组合算得的弯矩 (恒载活载) 标准值；,Mq 荷载效应的

6、准永久组合算得的弯矩 (恒载活载q) 标准值；, 挠度增大系数； = 2.0 0.4 /,Bs 短期刚度。,.,15,1. 最小刚度原则：,在简支梁全跨长范围内，都可按弯矩最大处的截面弯曲刚度，即最小的截面弯曲刚度，用材料力学方法中不考虑剪切变形影响的公式来计算挠度。,受弯构件在正常状态下，沿长度刚度是变化的。,.,16,.,17,2. 挠度的计算：,混凝土设计规范挠度验算公式：,式中：flim允许挠度值；,f 根据最小刚度原则采用的刚度B进行计算的 挠度，当跨间为同号弯矩时，有：,.,18,.,19,.,20,当c ftk，在某一薄弱环节第一条裂缝出现，由于钢筋和砼之间的粘结，砼应力逐渐增加

7、至 ft 出现第二批裂缝，一直到裂缝之间的距离近到不足以使粘结力传递至砼达到 ftk 裂缝出现完成。,1 裂缝的出现,2 裂缝的开展,当荷载继续增加到Ns，ss与sm相差越小，砼回缩。在一定区段由钢筋与砼应变差的累积量，即形成了裂缝宽度。,.,21,1. 裂缝宽度的计算理论：,认为在裂缝与钢筋相交处，钢筋与混凝土之间发生局部粘结破坏，裂缝的开展是由于钢筋与混凝土之间不再保持变形协调而出现相对滑移而形成的。,结论：,裂缝开展的宽度为一个裂缝间距内，钢筋伸长与混凝土伸长之差。,.,22,2. 裂缝宽度的一般计算公式：,规范在若干假定的基础上，根据裂缝出现机理，建立理论公式，然后按试验资料确定系数，

8、得到相应的裂缝宽度计算经验式，属于半理论半经验公式。,.,23,如图所示，平均裂缝宽度m等于构件裂缝区段内钢筋的平均伸长与相应水平处构件侧表面混凝土平均伸长的差值，即：,.,24,平均裂缝间距；,c 裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度的影响系数，取0.85；,计算截面处纵向受拉钢筋的拉应力；,.,25,3. 系数确定：,式中：, 与受力特性有关的系数,轴心受拉 =1.1,受弯、偏心受压、偏拉 =1.0,c 保护层厚度,.,26,d 钢筋直径, 纵向受拉钢筋的表面特征系数,光面 =1.1,变形 =1.0,te 截面的有效配筋率,te = As / Ate,T 形,.,27,.,28,sk 按荷载效应的标

9、准组合计算的混凝土构件裂缝截 面处纵向受拉钢筋的应力。,轴心受拉：,式中：Nk按荷载效应的标准组合计算的轴向拉应力。,受 弯：,式中：Mk按荷载效应的标准组合计算的弯矩值。,.,29,偏心受拉：,式中：e轴向拉力作用点至受压区或受拉较小边纵向 钢筋合力点的距离；,yc截面重心至受压或较小受拉边缘的距离。,偏心受压：,.,30,式中：eNk至受拉钢筋As合力点的距离；,当偏心受压构件的l0/h14时，还应考虑侧向挠度的影响，此时：,.,31,.,32,钢筋应力的不均匀系数：,物理意义：反映裂缝间受拉混凝土对纵向受拉钢筋应变的影 响程度。,当1.0时，取=1.0 ；,对直接承受重复荷载的构件，取=

10、1.0 。,.,33,确定最大裂缝宽度的方法：,最大裂缝宽度由平均宽度乘以“扩大系数”得到。,“扩大系数”由试验结果的统计分析并参照使用经验得到。,“扩大系数”的确定主要考虑以下两种情况：,在一定荷载组合下裂缝宽度的不均匀性；,在长期荷载作用下，由于混凝土收缩徐变等影响导致裂缝间受拉混凝土不断退出工作。,.,34,一般公式：,max = lm,荷载标准组合下的扩大系数,荷载长期效应裂缝扩大系数,平均裂缝宽度,混凝土设计规范最大裂缝宽度计算公式：,.,35,式中：c最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的 距离（mm）；,deq纵向受拉钢筋的等效直径（mm）；,ni 、di分别为受拉区第 i 种纵

11、向受拉钢筋的根数；,vi为第 i 种纵向受拉钢筋的相对粘结特性系数；,光圆钢筋：vi=0.7,带肋钢筋：vi=1.0,.,36,acr构件受力特征系数,混凝土设计规范最大裂缝宽度验算公式：,混凝土设计规范规定的允许最大裂缝宽度。,.,37,混凝土设计规范最大裂缝宽度限值：,确定依据,外观要求,耐久性要求（为主）,.,38,结构、构件或截面的延性是指从屈服开始到达到最大承载能力或达到以后而承载力还没有显著下降期间的变形能力。,目的： 有利于吸收和耗散地震能量，满足抗震方面的要求； 防止发生脆性破坏，确保生命财产安全； 在超静定结构中，更好适应地基不均匀沉降及温度变化等； 使超静定结构能充分地进行

12、内力重分布，并避免配筋疏密悬殊，便于施工。,.,39,.,40,2影响因素,.,41,.,42,影响偏心受压构件截面曲率延性系数的两个综合因素是和受弯构件相同的，其差别主要是偏心受压构件存在轴向压力，致使受压区的高度增大，截面曲率延性系数降低较多。规范规定，考虑地震作用，组合的框架柱，根据不同的抗震等级，轴压比限值为0709。,.,43,.,44,.,45,.,46,9.4.2混凝土的碳化,.,47,9.4.3钢筋的锈蚀,1.混凝土碳化至钢筋表面使氧化膜破坏是钢筋锈蚀的必要条件， 2.含氧水分侵入是钢筋锈蚀的充分条件。 防止钢筋锈蚀的主要措施有 （l）混凝土本身要降低水灰比，保证密实度，具有足

13、够的保护层厚度，严格控制含氯量。 （ 2）采用覆盖层，防止 CO2、 O。、 CI-的渗入。 （3）在海工结构、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。 （4）对钢筋采用阴极防护法。,.,48,9.4.4耐久性概念设计,以概念设计为主 1耐久性概念设计的目的和基本原则 耐久性概念设计的基本原则是根据结构的环境分类和设计工作寿命进行设计。 2混凝土结构使用环境分类 对混凝土结构使用环境进行分类，可以在设计时针对不同的环境类别，采取相应的措施，满足达到设计工作寿命的要求。,.,49,3混凝土结构设计的使用年限,不同结构的耐久性极限状态应赋予不同的定义，一般可分为三类：1）不允许钢筋锈蚀时，混凝土保护层完全碳化；2）允许钢筋锈蚀一定量值