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1、第十一章第十一章 混凝土结构使用性能研究混凝土结构使用性能研究 混凝土结构的基本原理 2 结构构件 的可靠性 本章的主要内容 具有足够的承载力和变形 能力 安全性 适用性 耐久性 在使用荷载下不产生过大 的裂缝和变形 在一定时期内维持其安全 性和适用性的能力 一 引言 3 施工期间产生的裂缝和使 用期间产生的裂缝 按裂缝的产生时间 龟裂 横向裂缝 与构件 轴线垂直 纵向裂缝 斜裂缝 八字裂缝 X形交 叉裂缝等 按裂缝的产生原因 非受力因素产生的裂缝和 受力因素产生的裂缝 按裂缝的形态 二 构件的裂缝控制 1 裂缝的分类 4 固体下沉 表面泌水而引起的 大风 高温使水分从混凝土表面快速蒸 发引起
2、的 龟裂 塑性裂缝 混凝土的收缩受到约束后 产生的裂缝 温度裂缝 大体积混凝土中由于混凝土水化作用产 生的水化热使内外混凝土产生温度差 约束收缩裂缝 施工期间的裂缝 二 构件的裂缝控制 2 裂缝的成因 5 因施工程序不当而 造成的受力裂缝 施工中的 受力裂缝 施工期间的裂缝 楼板 裂缝 二 构件的裂缝控制 2 裂缝的成因 6 使用期间的裂缝 钢筋锈蚀引起的裂缝 二 构件的裂缝控制 2 裂缝的成因 7 使用期间的裂缝 温度 气温 变化引起的裂缝 温度区段 气温升高时 T 二 构件的裂缝控制 2 裂缝的成因 8 使用期间的裂缝 地基不均匀沉降引起的裂缝 二 构件的裂缝控制 2 裂缝的成因 9 使用
3、期间的裂缝 外部环境引起的裂缝 冻融循环作用 碱骨料反应 盐类腐蚀 外部环境 酸类腐蚀 二 构件的裂缝控制 2 裂缝的成因 10 使用期间的裂缝 荷载引起的裂缝 斜裂缝 垂直裂缝 纵向裂缝 拉 弯 剪 扭 粘结等引起的裂缝 目前 只有在拉 弯 偏拉 偏压 状态下 混凝土横向裂缝宽度的计算理论比较成熟 这也是下面所要介绍的主要内容 二 构件的裂缝控制 2 裂缝的成因 11 严格要求不出现裂缝 一级 荷载效应标准组合下 短期效应 混凝土中不产生拉应力 二 构件的裂缝控制 3 正截面抗裂度验算 以GB50010为例 12 一般要求不出现裂缝 二级 荷载效应标准 短期 组合下混凝土中可有拉力但应小于混
4、凝土抗拉 强度 二 构件的裂缝控制 3 正截面抗裂度验算 以GB50010为例 13 允许出现裂缝 三级 允许出现裂缝 但应限制其宽度 见教材表11 2 二 构件的裂缝控制 3 正截面抗裂度验算 以GB50010为例 14 允许出现裂缝 三级 对于环境类别为二a类的预应力混凝土构件 荷载效应准永久组合下 长期效应 混凝土受拉边缘应力尚应满足 二 构件的裂缝控制 3 正截面抗裂度验算 以GB50010为例 混凝土结 构环境类 别详见教 材表11 1 15 混凝土的主应力 二 构件的裂缝控制 4 受弯构件斜截面抗裂度验算 以GB50010为例 16 混凝土的主拉应力 一级 二级 tp 0 85ft
5、k tp 0 95ftk 二 构件的裂缝控制 4 受弯构件斜截面抗裂度验算 以GB50010为例 17 混凝土的主压应力 一级 二级 cp 0 60fck 二 构件的裂缝控制 4 受弯构件斜截面抗裂度验算 以GB50010为例 18 先张法应考虑 传递长度内的 实际应力分布 ltr ltr pe 二 构件的裂缝控制 4 受弯构件斜截面抗裂度验算 以GB50010为例 19 以轴心受拉为例 C 基本假定就是 开裂后 裂缝处混凝 土退出工作 钢筋和混凝土之间发生 滑移 混凝土回缩至图中虚线的位置 裂缝宽度 裂缝间钢筋和混凝土之间的变形差值 先求出裂缝间距 三 横向受力裂缝宽度的计算 1 粘结滑移理
6、论 20 裂缝的间距 l l m s s sm c c cm As 粘结应力的 传递长度 裂缝数量 增加至一 定数量时 不再增加 但宽度 不断变化 三 横向受力裂缝宽度的计算 1 粘结滑移理论 21 裂缝的间距 m s s l l sm c c cm l s s As sAs c ft l s s As sAs m 三 横向受力裂缝宽度的计算 1 粘结滑移理论 22 裂缝的间距 m s s l l sm c c cm l s s As sAs c ft l s s As sAs m 裂缝的平 均间距 三 横向受力裂缝宽度的计算 1 粘结滑移理论 23 裂缝的间距 b h bf bf b h 0
7、 5h hf hf 为了和受弯 偏心受压 偏心 受拉构件相统一 定义 有效配筋率有效受 拉面积 于是 对轴拉 受弯 偏心受压 偏心受拉构件 平均裂缝间距的公式 可统一写成 三 横向受力裂缝宽度的计算 1 粘结滑移理论 24 裂缝的宽度 裂缝处钢筋的应变 C 设 称为裂缝间钢筋应力不均匀系数 则有 裂缝处钢筋的应力 三 横向受力裂缝宽度的计算 1 粘结滑移理论 25 认为混凝土开裂后 混凝土与钢筋之间无 相对滑移 裂缝的发展宽度与裂缝量测点 距最近一根钢筋表面的距离c直接相关 Broms 美 Base 英 等人通过试验得出 C 三 横向受力裂缝宽度的计算 2 无滑移理论 26 上述两种理论和实际
8、情况均有一定的差距 为此将二者结合起来 按下述公式进行 计算分析 C 各系数由试验分析确定 三 横向受力裂缝宽度的计算 3 粘结滑移与无滑移理论的结合 27 混凝土结构设计规范 GB50010 水工钢筋混凝土结构设计规范 所采用的方法 四 裂缝宽度的实用计算方法 1 半理论半经验的方法 28 平均裂缝间距 te 0 01时 取 te 0 01 c65时 取c 65 轴拉kl 1 1 其 它kl 1 0光圆 取0 7 变 形 取1 0 四 裂缝宽度的实用计算方法 1 半理论半经验的方法 29 平均裂缝宽度 轴拉 偏心受 拉kw 0 85 受 弯偏心受压 kw 0 77 四 裂缝宽度的实用计算方法
9、 1 半理论半经验的方法 按荷载准永久组合计算的钢 筋混凝土构件纵向受拉钢筋 应力或按荷载标准组合计算 的预应力混凝土构件纵向受 拉钢筋应力 30 钢筋混凝土构件 四 裂缝宽度的实用计算方法 1 半理论半经验的方法 31 预应力轴拉构件裂缝处钢筋的应力 和普通混凝土构件的方法基本相同 但应注意开裂荷载的计算方法 使混凝土中预应力为0时的拉力 c 0 Np0 先张法 非预应力钢筋的截面积 四 裂缝宽度的实用计算方法 1 半理论半经验的方法 32 预应力轴拉构件裂缝处钢筋的应力 使混凝土中预应力为0时的拉力 Np0 后张法 非预应力钢筋的截面积 四 裂缝宽度的实用计算方法 1 半理论半经验的方法
10、33 预应力轴拉构件裂缝处钢筋的应力 钢筋的应力 在Ns Np0的拉力作用下混凝土中产生裂 缝 非预应力钢筋的截面积预应力钢筋的截面积 N N N 预应力混凝土构件 使用荷载下不带裂缝 普通混凝土构件 使用荷载下常带裂缝 预应力钢筋 Np0 四 裂缝宽度的实用计算方法 1 半理论半经验的方法 34 预应力受弯构件裂缝处钢 筋的应力 和轴拉构件类 似 参见教材 中的相应内容 P PP 不考虑损失 的反拱值 不考虑自重有 效预应力引起 的反拱值 考虑自重的反拱值 下边缘的应力为0 开裂 进入塑性 承载力极限 四 裂缝宽度的实用计算方法 1 半理论半经验的方法 35 裂缝的最大宽度 由裂缝的统计特性
11、 按95 的保证率 考虑到长期荷载下 混凝土徐变影响导致裂缝继续扩大 取扩大系 数为1 5 四 裂缝宽度的实用计算方法 1 半理论半经验的方法 36 公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范 采用的方法 受拉钢筋的总周长 四 裂缝宽度的实用计算方法 2 以数理统计分析为基础的计算方法 37 C 由不同的 规范 根据 具体的情况确定 五 裂缝宽度的控制 38 钢筋混凝土纯弯段截面抗弯刚度的特点 M 0 1 2I II III 随着弯矩增大B不断降低 短期荷载效应时的挠度对应短期刚度Bs 长期荷载效应时的挠度对应长期刚度Bl 徐 变 裂缝的不断发展等等 恒 活 恒 活载中的恒载部分 与荷载形式 支承条件
12、有关的系数 六 受弯构件的变形与刚度 1 截面抗弯刚度的特点 39 解析刚度法 就平均应变而言符合平截面假定 短期荷 载效应 Mk Mk 六 受弯构件的变形与刚度 2 短期刚度Bs 40 解析刚度法 裂缝截面处的应力和应变 Mk As h0 sh0 1 c c 0h0 As s 平均应变 六 受弯构件的变形与刚度 2 短期刚度Bs 41 解析刚度法 GB50010采用的就是上述公式 且有 于是 六 受弯构件的变形与刚度 2 短期刚度Bs 42 恒 活中 恒 基本概念 fl Ml fs 活中 活 Ms 六 受弯构件的变形与刚度 3 荷载长期作用下的刚度 43 定义 变形系数法 六 受弯构件的变形
13、与刚度 3 荷载长期作用下的刚度 44 变形系数法 六 受弯构件的变形与刚度 3 荷载长期作用下的刚度 混凝土结构设计规范 GB50010 采用的即是变 形系数法 并规定 钢筋混凝土受弯构件的最大挠度 按荷载的准永久组合 预应力混凝土受弯构件的最大 挠度按荷载的标准组合 并均考虑荷载的长期作用的 影响进行计算 45 最小刚度原则 PP h l0 Bs M 由不同的 规范 根据 具体的情况确定 六 受弯构件的变形与刚度 4 受弯构件的挠度计算 46 参见教材中的相关内容 六 受弯构件的变形与刚度 5 基于计算弹性刚度的简化计算 47 参见教材中的相关内容 六 受弯构件的变形与刚度 6 预应力受弯构件的变形验算 48 谢谢
