《混凝土设计与施工 教学课件 ppt 作者 罗向荣 6 正常使用极限状态计算及短暂状况应力验算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土设计与施工 教学课件 ppt 作者 罗向荣 6 正常使用极限状态计算及短暂状况应力验算（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章 钢筋砼构件正常使用极限状态计算及短暂状况应力验算,重点：,掌握换算截面的定义及几何特性的计算 掌握正常使用极限状态裂缝宽度验算 掌握正常使用极限状态变形的验算,6.0 概 述,一、两种极限状态的区别,承载能力极限状态计算：,讨论构件在各种不同受力状态下的承载力计算，承载力计算是保证结构安全的首要条件，由此决定了构件的尺寸、材料、配筋及构造。,正常使用极限状态验算：,钢筋混凝土构件除了可能由于强度破坏或失稳等原因达到承载能力极限状态以外，还可能由于构件变形或裂缝过大等影响构件的适用性及耐久性，而达不到结构正常使用要求。因此，对于所有的钢筋混凝土构件都要求进行承载力计算，而对某些构件，还要
2、根据使用条件进行正常使用极限状态的验算，以保证在正常使用情况下的应力、裂缝和变形小于正常使用极限状态的限值。,二、正常使用极限状态验算的内容：,施工阶段的砼和钢筋应力验算。 使用阶段的变形。 使用阶段的最大裂缝宽度。,三、正常使用阶段的特点（与承载能力极限状态相比）,计算依据不同：承载能力极限状态是以破坏阶段（a）的状态为建立计算图式的基础；而使用阶段一般是指第阶段，即梁带裂缝工作阶段。,影响程度不同：与承载能力极限状态相比，超过正常使用极限状态所造成的后果（如人员伤亡和经济损失）的危害性和严重性相对要小一些、轻一些，因而可适当放宽对其可靠性的保证率的要求。,计算的内容不同： 承载能力极限状态
3、：包括截面设计和截面复核。 其计算决定了构件设计尺寸、材料、配筋数量及钢筋布置，以保证：0MdMu。 正常使用阶段：验算正常使用情况下裂缝宽度和变形小于规范规定的各项限值。,荷载效应及抗力的取值不同,承载能力极限状态：汽车荷载应计入冲击系数，作用（或荷载）效应及结构构件的抗力均应采用考虑了分项系数的设计值；在多种作用（或荷载）效应情况下，应将各效应设计值进行最不利组合，并根据参与组合的作用（或荷载）效应情况，取用不同的效应组合系数。,正常使用极限状态：汽车荷载应不计冲击系数，作用（或荷载）效应组合取用短期效应和长期效应的一种或几种组合。短期效应组合就是永久作用（结构自重）标准值与可变作用频遇值
4、效应的组合；长期效应组合则为永久作用标准值与可变作用准永久值效应的组合,6.1 换算截面,一、弹性分析设计法的基本原理 平截面假定 弹性体假定（压区砼近似按线性分布） 不考虑受拉区砼的抗拉作用，拉力全部由钢筋承担。,受弯构件的开裂截面 a)开裂截面 b)应力分布 c)开裂截面的计算图式,二、换算截面,定义： 将钢筋和混凝土两种材料组成的实际截面换算成为一种拉压性能相同的假想材料组成的均质截面即换算截面。,原截面,换算截面,换算截面,换算原则：换算前后合力的大小和作用点的位置不变。,三、开裂截面换算截面的几何特性 （一）单筋矩形截面,1.开裂截面的换算截面面积,2.换算截面对中性轴静矩,受压区,
5、受拉区,3. 开裂截面的换算截面惯性矩,4. 受压区高度,的形心轴，即,矩形截面：对于受弯构件，开裂截面的中性轴通过其换算截面,(即静矩相等)，得到,三、开裂截面换算截面的几何特性 （二）双单筋矩形截面,1.开裂截面的换算截面面积,2.换算截面对中性轴静矩,受压区,受拉区,3.开裂截面的换算截面惯性矩,4.受压区高度：,第一类T截面,第二类T截面,开裂状态下T形截面换算计算图式,T形截面：,时：表明中性轴位于T形截面的肋部。(由静矩相等可推出),换算截面受压区高度,换算截面惯性矩,四、全截面的换算截面,定义：砼全截面面积和钢筋的换算面积所组成的截面。,几何特性：,（一）单筋矩形截面 1.全截面
6、的换算截面面积,2.全截面换算截面受压区高度 3.全截面换算截面惯性矩,（二）T形截面，全截面换算截面的几何特性,全截面换算示意图 a)原截面 b)换算截面,对于钢筋混凝土受弯构件，公路桥规要求进行施工阶段的应力计算。 钢筋混凝土梁在施工阶段，持别是梁的运输、安装过程中，梁的支承条件、受力图式会发生变化。 公路桥规规定在进行施工阶段验算时，应根据可能出现的施工荷载进行内力组合，构件在吊装时。构件重力应乘以动力系数1.2或0.85，并可视构件具体情况适当增减。 当吊机行驶在桥梁上进行安装时，应该对已安装的构件进行验算，吊机应乘以1.15的荷载系数。如吊机所产生的效应设计值小于按持久状况承载能力极
7、限状态计算的荷载效应设计值时，可不进行验算。,6.3 钢筋砼受弯构件短暂状况应力验算,图6-3 施工阶段受力图,6.3 应力验算,一、应力限值,对于钢筋混凝土受弯构件，公桥规要求进行施工阶段的应力计算，并应根据可能出现的施工荷载进行内力组合；同时，受弯构件正截面应力应符合下列条件：,受压区混凝土边缘 纤维应力 ：,受拉钢筋应力：,fck,fsk,分别为标准值,二、应力计算,矩形截面梁正应力计算步骤:,计算砼受压区高度,计算开裂截面的换算截面惯性矩,计算截面应力,受压区混凝土边缘纤维：,受拉钢筋面积重心处：,由临时施工荷载标准值产生的弯矩值。,T形截面梁正应力计算步骤：,求x0（判别T型截面类别
8、，假设为第一类T形截面）,求Icr (公式不一样）,求截面应力（方法同上）,当施工阶段应力验算不满足时，应该调整施工方法，或者补充、调整某些钢筋。,一、裂缝的分类与成因 1. 分类,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,6.4 钢筋砼受弯构件裂缝宽度、变形验算,2. 成因,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
9、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,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,使用期间的裂缝-钢筋锈蚀引起的裂缝,使用期间的裂缝-温度（气温）变化引起的裂缝,使用期间的裂缝-地基不均匀沉降引起的裂缝,使用期间的裂缝-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,使用期间的裂缝-荷载引起的裂缝,拉、弯、剪、扭、粘结等引起的裂缝,目前，只有在拉、弯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,由作用效应引起的裂缝，（M、V、T以及拉力等）主要通过设计计算进行验算和构造措
10、施加以控制.,混凝土收缩引起的裂缝，往往发生在混凝土的结硬初期，因此需要有良好的初期养护条件和合适的混凝土配合比没计，所以在施工过程中、提出要严格控制混凝土的配合比、保证混凝土的养护条件和时间。同时公路桥规还规定，对于钢筋混凝土薄腹梁，应沿梁腹高的两侧设置直径为(610)mm的水平纵向钢筋并且具有规定的配筋率（0.001-0.002）以防止过宽收缩裂缝。,由外加变形或约束变形引起的裂缝，如混凝土收缩、温度变化、基础不均匀沉降等外加变形或约束变形引起开裂，主要通过采用构造措施和施工工艺加以控制。,钢筋锈蚀裂缝：由于保护层混凝土碳化，冬季施工时掺氯盐过多导致钢筋锈蚀所至。 采取构造措施（足够厚度的
11、砼保护层和保证砼的密实性，严格控制早凝剂的掺入量),二、影响裂缝宽度的主要因素,钢筋应力ss：最主要因素，最大裂缝宽度与ss呈线性关系。 钢筋直径d：在与钢筋应力大致相同的情况下，Wfmax随d的增加而增加， 配筋率：当d相同，钢筋应力大致相同的情况下， Wfmax随的增加而减小，当接近某一数值， Wfmax接近不变。,4、保护层厚度c：c越大， Wfmax越大，但钢筋锈蚀可能性越小，两种作用相互抵消。 5、钢筋外形：引入系数c1来考虑钢筋外形的影响。 6、荷载作用性质：短、长期、重复作用，引入系数c2。 7、构件受力性质的影响：引入系数c3。 8、混凝土强度等级，一般不用考虑,三、裂缝宽度的
12、实用计算方法,公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范采用的方法,受拉第i种普通钢筋根数,钢筋的直径，采用不同直径的钢筋时 取换算直径：,四、裂缝宽度的控制,裂缝的控制等级,严格要求不出现裂缝,一级,二级,三级,一般要求不出现裂缝,可以出现裂缝但要验算裂缝的宽度,由不同的规范根据具体的情况确定,五、受弯构件的变形与刚度 1. 截面抗弯刚度的特点,与荷载形式、支承条件有关的挠度系数,钢筋混凝土纯弯段截面抗弯刚度的特点 ：,*随着弯矩增大，刚度不断降低,适筋梁的M-关系曲线,为简化起见，把变刚度构件等效等刚度构件，采用结构力学方法，按在两端部弯矩作用下构件转角相等的原则，则可求得等刚度受弯构件的等效刚度B，即为开裂构件等效截面的抗弯刚度,构件截面等效示意图 a)构件弯曲裂缝 b)截面刚度变化 c)等效刚度的构件,2.等效刚度,3.受弯构件的挠度计算,公路桥规规定： 梁式桥主梁的最大挠度处： 梁式桥主梁的悬臂端：,4.预拱度的设置,需设置预拱度,小 结,运用换算截面法计算钢筋砼受弯构件在施工阶段的应力 影响裂缝宽度的主要因素及受弯构件最大裂缝宽度计算方法 受弯构件的挠度验算及预拱度设置,
