砼结构第9章钢筋混凝土构件的变形裂缝及混凝土结构的耐久性_精品文档.ppt

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第第9章章钢筋混凝土构件的变形、裂缝钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性及混凝土结构的耐久性9.0概述概述一一.变形和裂缝问题的性质：

变形和裂缝问题的性质：

正常使用极限状态正常使用极限状态（适用性）适用性）。

二二.变形和裂缝问题与承载力极限状态的关系：

前者必要时验算，变形和裂缝问题与承载力极限状态的关系：

前者必要时验算，承载力极限状态在任何情况下必须计算。

承载力极限状态在任何情况下必须计算。

三三.对正常使用极限状态可靠性的要求比对承载力极限状态可靠性对正常使用极限状态可靠性的要求比对承载力极限状态可靠性的要求低些，因此前者验算时取材料强度和荷载的标准值，后者计的要求低些，因此前者验算时取材料强度和荷载的标准值，后者计算时取取材料强度和荷载的设计值。

算时取取材料强度和荷载的设计值。

四四.为考虑抗震要求，结构应具备一定的延性。

为考虑抗震要求，结构应具备一定的延性。

五五.对结构应根据设计使用年限进行耐久性概念设计。

对结构应根据设计使用年限进行耐久性概念设计。

1河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克适用性主要从以下几个方面考虑适用性主要从以下几个方面考虑：

1）1）保证结构的使用功能要求；保证结构的使用功能要求；2）2）防止对结构构件产生不良影响；防止对结构构件产生不良影响；3）3）防止对非结构构件产生不良影响；防止对非结构构件产生不良影响；4）4）保证使用者的感觉在可接受的程度之内。

保证使用者的感觉在可接受的程度之内。

2河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克9.1钢筋混凝土受弯构件的挠度验算钢筋混凝土受弯构件的挠度验算零零.问题的提出问题的提出1.挠度验算的要求：

满足公式（挠度验算的要求：

满足公式（9-22）即）即f0.2h0时，取时，取hf=0.2h0。

13河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克砼结构基本原理第9章（4）短期刚度的计算式：

公式（）短期刚度的计算式：

公式（9-16）14河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克四四.受弯构件（长期）刚度受弯构件（长期）刚度1.荷载长期作用下刚度降低的原因：

徐变荷载长期作用下刚度降低的原因：

徐变2.（长期）刚度（长期）刚度：

长期刚度长期刚度B是指考虑荷载长期效应组合是指考虑荷载长期效应组合时的刚度值。

时的刚度值。

按公式（按公式（9-20）计算，其实质是将短期刚度修正）计算，其实质是将短期刚度修正（折减）后得到的。

（折减）后得到的。

规范规范建议采用建议采用荷载长期效应组合挠度增大的荷载长期效应组合挠度增大的影响系数影响系数来考虑荷载长期效应对刚度的影响。

来考虑荷载长期效应对刚度的影响。

长期刚度按下式计算：

长期刚度按下式计算：

Mq按荷载长期效应组合下计算的弯矩值，按荷载长期效应组合下计算的弯矩值，按永久荷载标准值与可变荷载准永久值计算。

按永久荷载标准值与可变荷载准永久值计算。

15河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克砼结构基本原理第9章五五.最小刚度原则与挠度计算最小刚度原则与挠度计算1.问题的提出：

问题的提出：

（1）前述刚度是指梁的平均刚度（或纯弯段）的计算方法，）前述刚度是指梁的平均刚度（或纯弯段）的计算方法，工程设计计算时如何使用此方法值得讨论。

工程设计计算时如何使用此方法值得讨论。

（2）前述刚度未考虑靠近支座处刚度减小的幅度（若仅考虑）前述刚度未考虑靠近支座处刚度减小的幅度（若仅考虑弯矩）要小些和剪切变形的影响（将减小刚度）。

弯矩）要小些和剪切变形的影响（将减小刚度）。

16河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克（受弯构件变形计算方法）（受弯构件变形计算方法）规范规范在挠度计算时采在挠度计算时采用了用了“最小刚度原则最小刚度原则”：

在同号弯矩区段采用最大在同号弯矩区段采用最大弯矩处的截面抗弯刚度弯矩处的截面抗弯刚度（即最小刚度即最小刚度）作为该区作为该区段的抗弯刚度，对不同号段的抗弯刚度，对不同号的弯矩区段，分别取最大的弯矩区段，分别取最大正弯矩和最大负弯矩截面正弯矩和最大负弯矩截面的刚度作为正负弯矩区段的刚度作为正负弯矩区段的刚度。

的刚度。

根据此刚度计算根据此刚度计算出的挠度最大。

出的挠度最大。

2.解决问题的办法：

采用最小刚度原则解决问题的办法：

采用最小刚度原则3.最小刚度原则最小刚度原则17河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克18河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克若验算结果若验算结果六、对受弯构件挠度验算的讨论六、对受弯构件挠度验算的讨论1.1.影响短期刚度的因素影响短期刚度的因素

（1）

（1）由计算公式（由计算公式（9-16）可知：

）可知：

增大截面高度是提高截增大截面高度是提高截面抗弯刚度、减小构件挠度的最有效措施；面抗弯刚度、减小构件挠度的最有效措施；

（2）

（2）若构件截面受到限制不能加大时，可考虑若构件截面受到限制不能加大时，可考虑增大纵向增大纵向受拉钢筋的配筋率或提高混凝土强度等级受拉钢筋的配筋率或提高混凝土强度等级，但作用并不，但作用并不显著；显著；（3）（3）在受压区配置一定数量的受压钢筋在受压区配置一定数量的受压钢筋；提高截面抗弯提高截面抗弯刚度刚度（44）MkMk2.配筋率对承载力和挠度的影响：

在适筋范围内，提高配筋率对承载力和挠度的影响：

在适筋范围内，提高配筋率能提高承载力，但提高刚度不明显，有时甚至加配筋率能提高承载力，但提高刚度不明显，有时甚至加大挠度，见图（大挠度，见图（9-9）；）；ff:

则如则如下下19河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克受弯构件变形验算按下列具体步骤进行：

受弯构件变形验算按下列具体步骤进行：

计算荷载短期效应组合值计算荷载短期效应组合值Mk和荷载长期效应组合值和荷载长期效应组合值Ml；按下列式子计算按下列式子计算:

计算短期刚度计算短期刚度Bs:

4.挠度计算步骤挠度计算步骤

（1）根据最小刚度原则确定所求刚度；）根据最小刚度原则确定所求刚度；

（2）代入材料力学公式计算挠度；）代入材料力学公式计算挠度；（3）满足公式（）满足公式（9-22）的要求。

）的要求。

20河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克受弯构件变形验算按下列步骤进行：

受弯构件变形验算按下列步骤进行：

计算长期刚度计算长期刚度B：

用用B代替材料力学公式代替材料力学公式中的中的EI，计计算出构件的最大挠度，并按式算出构件的最大挠度，并按式进进行验算。

行验算。

ff21河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克3.跨高比：

一般讲，跨度越大则挠度越大；梁高越大，挠度越小；跨高比：

一般讲，跨度越大则挠度越大；梁高越大，挠度越小；可选择适当的跨高比，可控制挠度；可选择适当的跨高比，可控制挠度；4.混凝土结构构件变形限值：

规范根据有关要求规定的具体数值，混凝土结构构件变形限值：

规范根据有关要求规定的具体数值，见附表见附表5-1。

22河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克砼结构基本原理第9章9.2钢筋混凝土构件裂缝宽度验算钢筋混凝土构件裂缝宽度验算一一.裂缝产生的原因裂缝产生的原因裂缝是工程结构中常见的一种作用效应，裂缝按其形成的原因可裂缝是工程结构中常见的一种作用效应，裂缝按其形成的原因可分为两大类：

一类是由荷载作用引起的裂缝；另一类是由变形因分为两大类：

一类是由荷载作用引起的裂缝；另一类是由变形因素引起的裂缝。

素引起的裂缝。

9.2.39.2.3裂缝特性裂缝特性从平均意义上讲，裂缝间距和宽度具有以下特性：

从平均意义上讲，裂缝间距和宽度具有以下特性：

裂裂缝缝宽宽度度与与裂裂缝缝间间距距密密切切相相关关。

裂裂缝缝间间距距大大裂裂缝缝宽宽度度也也大大。

裂裂缝缝间间距距小小，裂裂缝缝宽宽度度也也小小。

而而裂裂缝缝间间距距与与钢钢筋筋表表面面特特征征有有关关，变变形形钢钢筋筋裂裂缝缝密密而而窄窄，光光圆圆钢钢筋筋裂裂缝缝疏疏而而宽宽。

在在钢钢筋筋面面积积相相同同的的情情况况下下，钢钢筋筋直直径径细细根根数数多多，则裂缝密而窄，反之裂缝疏而宽；则裂缝密而窄，反之裂缝疏而宽；23河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克砼结构基本原理第9章二二.裂缝宽度验算的裂缝宽度验算的目的和要求目的和要求11）.目的目的当裂缝宽度较大时，一是会引起钢筋锈蚀，二是使结构刚度减当裂缝宽度较大时，一是会引起钢筋锈蚀，二是使结构刚度减少、变形增加，在使用从而影响结构的耐久性和正常使用，同少、变形增加，在使用从而影响结构的耐久性和正常使用，同时给人不安全感。

时给人不安全感。

22）.要求要求构件裂缝控制等级共分为三级：

一级为严格要求不出现裂缝，构件裂缝控制等级共分为三级：

一级为严格要求不出现裂缝，二级为一般要求不出现裂二级为一般要求不出现裂缝，三级为允许出现裂缝。

缝，三级为允许出现裂缝。

裂缝间距和宽度随受拉区混凝土有效面积增大而增裂缝间距和宽度随受拉区混凝土有效面积增大而增大，随混凝土保护层厚度增大而增大；大，随混凝土保护层厚度增大而增大；裂缝宽度随受拉钢筋用量增大而减小；裂缝宽度随受拉钢筋用量增大而减小；裂缝宽度与荷载作用时间长短有关。

裂缝宽度与荷载作用时间长短有关。

24河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克砼结构基本原理第9章三三.裂缝的出现、分布和开展裂缝的出现、分布和开展1.裂缝的出现：

混凝土达到其抗拉强度后产生塑性变形，达到其极限拉伸变形后即开裂缝的出现：

混凝土达到其抗拉强度后产生塑性变形，达到其极限拉伸变形后即开裂；理论上讲，混凝土抗拉强度是相等的，但是，由于混凝土材料的离散性，总存裂；理论上讲，混凝土抗拉强度是相等的，但是，由于混凝土材料的离散性，总存在某薄弱处，此处强度最低，因此在该处混凝土将首先开裂，如图在某薄弱处，此处强度最低，因此在该处混凝土将首先开裂，如图9-12（a）；）；25河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克2.裂缝的分布：

裂缝的分布：

裂缝截面处混凝土产生滑移并退出工作，钢筋应力裂缝截面处混凝土产生滑移并退出工作，钢筋应力突增；离开裂缝截面一段长度（称为突增；离开裂缝截面一段长度（称为“传递长度传递长度”）后，混凝土与后，混凝土与钢筋又能共同工作；当弯矩增大时，有可能在大于传递长度的部位钢筋又能共同工作；当弯矩增大时，有可能在大于传递长度的部位出现新的裂缝，直到裂缝出现新的裂缝，直到裂缝“出齐出齐”，一般讲，一般讲，受弯构件受拉区两条受弯构件受拉区两条裂缝之间的平均间距为裂缝之间的平均间距为1.5倍的传递长度，倍的传递长度，见图见图9-12（b）；）；3.裂缝的开展：

裂缝的开展：

由于裂缝截面处混凝土的不断回缩、钢筋的不断伸由于裂缝截面处混凝土的不断回缩、钢筋的不断伸长，裂缝宽度将加大长，裂缝宽度将加大；一般讲，受拉钢筋表面处混凝土的裂缝宽度；一般讲，受拉钢筋表面处混凝土的裂缝宽度大约为构件受拉区表面处混凝土裂缝跨度的大约为构件受拉区表面处混凝土裂缝跨度的1/51/3；4.根据上述原理可进行裂缝宽度的计算，由于考虑了混凝土与钢筋根据上述原理可进行裂缝宽度的计算，由于考虑了混凝土与钢筋的滑移，所以求出的的滑移，所以求出的裂缝宽度是指钢筋表面处的裂缝宽度是指钢筋表面处的，此即我国规范的，此即我国规范的基本计算原理。

基本计算原理。

5.我国规范的我国规范的思路思路：

平均裂缝间距平均裂缝间距平均裂缝宽度平均裂缝宽度最大裂缝宽度最大裂缝宽度26河北工程大学土木工程学院河北工程大学土木工程学院孙克孙克四四.平均裂缝间距平均裂缝间距1.根据试验有关系：

根据试验有关系：

平均裂缝间距平均裂缝间距=1.5传递长度传递长度；2.传递长度的求解：

由图传递长度的求解：

由图9-14，由脱离体的平衡条件可得到平均裂，由脱离体的平衡条件可得到平均裂缝间距的理论计算公式（缝间距的理论计算公式（9-27）；）；3.考虑钢筋外形和混凝土保护层的影响，可得到平均裂缝间距的经考虑钢