水工钢筋混凝土结构学课件第八章钢筋砼构件正常使用极限状态验算.ppt

1、第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 概 述 第八章第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算钢筋砼构件正常使用极限状态验算 第第节节 概概 述述 结构的极限状态分为两类：结构的极限状态分为两类：承载能力极限状态承载能力极限状态:结构或构件达到最大承载力或不适结构或构件达到最大承载力或不适应承载的过大变形。应承载的过大变形。v超过该极限状态，结构就不能满足预定的超过该极限状态，结构就不能满足预定的安全性安全性要求。要求。v对各种结构构件都应进行该极限状态设计。对各种结构构件都应进行该极限状态设计。v采用采用荷载设计值荷载设计值及及材料强度设计值材料强度设计值。v荷载效应采用荷载效应采用基

2、本组合基本组合及及偶然组合偶然组合。（二）正常使用极限状态（二）正常使用极限状态 超过该极限状态，结构就不满足预定的超过该极限状态，结构就不满足预定的适用性适用性和和耐久性耐久性要求。要求。v产生过大的变形，影响正常使用和外观；产生过大的变形，影响正常使用和外观；（不安全感、不能正常使用等）（不安全感、不能正常使用等）v产生过宽的裂缝，对耐久性有影响或者产生人们心理上不能接产生过宽的裂缝，对耐久性有影响或者产生人们心理上不能接受的感觉；受的感觉；（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）（钢筋锈蚀、不安全感、漏水等）v产生过大的振动影响使用。产生过大的振动影响使用。结构设计首先要满足承载能力的要求，以保证

3、结构安全使用；然结构设计首先要满足承载能力的要求，以保证结构安全使用；然后按正常使用极限状态进行校核，以保结构的适用性及耐久性。后按正常使用极限状态进行校核，以保结构的适用性及耐久性。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 概 述 三正常使用极限状态设计表达式三正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态验算的可靠度要求较低，正常使用极限状态验算的可靠度要求较低，一般要求一般要求=1.0=1.0 2.02.0。材料强度材料强度采用采用标准值而不用设计值，即材料标准值而不用设计值，即材料分项系数取为分项系数取为1.01.0。荷载荷载采用采用标准值而不用设计值，标准值而不用设计值，即荷载即荷

4、载分项分项系数系数G及及Q取为取为1.01.0。结构系数结构系数d及设计状况系数及设计状况系数也均取为也均取为1.01.0。按荷载效应的短期组合及长期组合分别验算。按荷载效应的短期组合及长期组合分别验算。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 概 述 （一）短期组合（一）短期组合0Ss(Gk，Qk，fk，ak)c1（二）长期组合（二）长期组合0Sl(Gk，Qk，fk，ak)c2 c1、c2结构的功能限构的功能限值（裂（裂缝宽度或度或挠度）；度）；Ss()、Sl()短期短期组合及合及长期期组合合时的功能函数；的功能函数；fk材料材料强强度的度的标准准值；可可变荷荷载标准准值的的长期期组合

5、系数，参合系数，参 照有关荷照有关荷载规范范规定及工程定及工程经验取用。取用。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 概 述第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.1 概 述正常使用极限状态正常使用极限状态：结构构件达到影响正常使用或耐久性能结构构件达到影响正常使用或耐久性能的某项规定限值。的某项规定限值。v正常使用极限状态验算可能成为设计中控制情况。正常使用极限状态验算可能成为设计中控制情况。v一般只对持久状况进行验算。一般只对持久状况进行验算。v验算内容：抗裂验算、裂缝宽度验算及变形验算。验算内容：抗裂验算、裂缝宽度验算及变形验算。抗裂验算范围：承受水压的轴拉、小偏拉及发生裂缝

6、后抗裂验算范围：承受水压的轴拉、小偏拉及发生裂缝后引起严重渗漏构件。引起严重渗漏构件。裂缝宽度验算范围：一般钢筋砼构件。裂缝宽度验算范围：一般钢筋砼构件。变形验算范围：严格限制变形的构件。变形验算范围：严格限制变形的构件。v最大裂缝宽度容许值根据环境类别及长、短期组合确定。最大裂缝宽度容许值根据环境类别及长、短期组合确定。v变形容许值根据构件类型及长、短期组合确定。变形容许值根据构件类型及长、短期组合确定。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 抗裂验算 第二节第二节 抗裂验算抗裂验算一一.轴心受拉构件轴心受拉构件钢筋与混凝土变形协调，即将开裂时钢筋与混凝土变形协调，即将开裂时，c=f

7、t；s=sES=tmaxEs =Es ft/Ec=E ft第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 抗裂验算 Ns、Nl由由荷荷载载标标准准值值按按荷荷载载效效应应短短期期组组合合及及长期组合长期组合计算的轴向力；计算的轴向力；ftk砼轴心抗拉强度标准值；砼轴心抗拉强度标准值；ct砼拉应力限制系数，砼拉应力限制系数，短短 期期 组组 合合，ct=0.85；长长 期期 组组 合合，ct=0.70；Ao换算截面面积，换算截面面积，Ao=Ac+EAs，E=Es/Ec；As为为钢钢筋筋截截面面面面积积；Ac为为砼砼截截面面面积。面积。为满足目标可靠指标要求，引进为满足目标可靠指标要求，引进拉应力

8、限制系数拉应力限制系数ct，ft 改用改用ftk:靠增加钢筋提高抗裂能力是不经济，不合理的。靠增加钢筋提高抗裂能力是不经济，不合理的。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 抗裂验算二二.受弯构件受弯构件v受弯构件正截面即将开裂时，应力处于第受弯构件正截面即将开裂时，应力处于第I阶段末。阶段末。v受拉区近似假定为梯形，塑化区占受拉区高度的一半。受拉区近似假定为梯形，塑化区占受拉区高度的一半。v利用平截面假定，根据力和力矩的平衡，求出利用平截面假定，根据力和力矩的平衡，求出Mcr。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 抗裂验算v更更方方便便的的是是在在保保持持Mcr相相等等的的

9、条条件件下下，将将受受拉拉区区梯梯形形应力图折换成直线分布应力图。应力图折换成直线分布应力图。v受拉边缘应力为受拉边缘应力为mft。m为截面抵抗矩的为截面抵抗矩的塑性系数塑性系数。v换算后可直接用弹性体的材料力学公式进行计算。换算后可直接用弹性体的材料力学公式进行计算。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 抗裂验算Ao=Ac+EAs+EAs v把钢筋换算为同位置的砼截面面积把钢筋换算为同位置的砼截面面积EAs和和EAs：W0换算截面换算截面A0对受拉边缘的弹性抵抗矩；对受拉边缘的弹性抵抗矩；y0换算截面重心轴至受压边缘的距离；换算截面重心轴至受压边缘的距离；I0换算截面对其重心轴的惯

10、性矩。换算截面对其重心轴的惯性矩。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 抗裂验算Ms，、，、Ml由荷载标准值按荷载效应短期组合及长期由荷载标准值按荷载效应短期组合及长期组合计算的弯矩值。组合计算的弯矩值。v为满足目标可靠指标的要求，引用拉应力限制系数为满足目标可靠指标的要求，引用拉应力限制系数ct，荷载和材料强度均取用标准值。荷载和材料强度均取用标准值。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 抗裂验算m是是受受拉拉区区为为梯梯形形的的应应力力图图形形，按按抗抗裂裂弯弯矩矩相相等等的的原原则则，折折算算成成直直线线应应力力图图形形时时，相相应应受受拉拉边边缘缘应应力比值。力比值

11、。m值值与与假假定定的的受受拉拉区区应应力力图图形形有有关关，各各种种截截面面的的m值见附录五表值见附录五表4。m值还与截面高度值还与截面高度h配筋率和受力状态有关。配筋率和受力状态有关。m值随值随h值的增大而减小。值的增大而减小。乘乘以以考考虑虑截截面面高高度度影影响响的的修修正正系系数数 ，其其值值不不 大大 于于 1.1。h以以 mm计计，当当 h3000mm，取取h=3000mm。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 抗裂验算双筋工字形换算截面特征值双筋工字形换算截面特征值第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 抗裂验算三三.偏心受拉构件偏心受拉构件把钢筋换算为砼截面

12、面积，将应力折换成直线分布，引把钢筋换算为砼截面面积，将应力折换成直线分布，引入入偏拉偏拉，采用迭加原理，用材料力学公式进行计算，采用迭加原理，用材料力学公式进行计算：第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 抗裂验算v随应变梯度加大，塑性影响系数加大。随应变梯度加大，塑性影响系数加大。v轴拉构件应变梯度为零，轴拉构件应变梯度为零，轴拉轴拉1。v偏拉偏拉随平均拉应力随平均拉应力的大小，按线性规律在的大小，按线性规律在1与与m之间变化。之间变化。v=0时时(受弯受弯)，偏拉偏拉m；=ft时时(轴拉轴拉)，偏拉偏拉1。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 抗裂验算eO轴向拉力的偏心

13、距，轴向拉力的偏心距，短期组合短期组合 ，长期组合，长期组合第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.2 抗裂验算四四.偏心受压构件偏心受压构件偏压偏压大于大于m，为简化计算并偏于安全取为简化计算并偏于安全取偏压偏压m：第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 裂缝开展宽度的验算第三节第三节 裂缝开展宽度的验算裂缝开展宽度的验算 一、裂缝的成因及对策一、裂缝的成因及对策砼结构中存在砼结构中存在拉应力拉应力是产生裂缝的必要条件。是产生裂缝的必要条件。主拉应力达到砼抗拉强度时，不立即产生裂缝；主拉应力达到砼抗拉强度时，不立即产生裂缝；当拉应变达到当拉应变达到极限拉应变极限拉应变 tu 时才

14、出现裂缝。时才出现裂缝。裂缝分裂缝分荷载和非荷载因素荷载和非荷载因素引起的两类引起的两类 。非非荷荷载载因因素素如如温温度度变变化化、砼砼收收缩缩、基基础础不不均均匀匀沉沉降降、塑塑性性坍坍落落、冰冰冻冻、钢钢筋筋锈锈蚀蚀及及碱碱一一骨骨料料化化学学反反应等都能引起裂缝。应等都能引起裂缝。水水工工钢钢筋筋砼砼结结构构中中，大大部部分分裂裂缝缝由由非非荷荷载载因因素素引引起起。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 裂缝开展宽度的验算 (一一)荷载作用引起的裂缝荷载作用引起的裂缝v裂缝宽度计算限于由弯裂缝宽度计算限于由弯矩、轴心拉力、偏心拉矩、轴心拉力、偏心拉(压压)力等引起的力等引起的

15、垂直裂缝（正垂直裂缝（正截面裂缝）截面裂缝）。v剪力或扭矩引起的剪力或扭矩引起的斜裂斜裂缝缝计算没有在规范中反映。计算没有在规范中反映。v其他原因引起裂缝没有其他原因引起裂缝没有简便方法计算。简便方法计算。v对策：对策：合理配筋，控制合理配筋，控制钢筋应力不过高，钢筋直钢筋应力不过高，钢筋直径不过粗。径不过粗。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 裂缝开展宽度的验算(二二)非荷载因素引起的裂缝非荷载因素引起的裂缝 1温度变化引起的裂缝温度变化引起的裂缝v 温温度度变变化化产产生生变变形形即即热热胀胀冷冷缩缩。变变形受到约束，就产生裂缝。形受到约束，就产生裂缝。v对对策策：设设伸伸缩缩

16、缝缝，减减小小约约束束，允允许许自由变形。自由变形。v大大体体积积砼砼，内内部部温温度度大大，外外周周温温度度低低，内外温差大，引起温度裂缝。，内外温差大，引起温度裂缝。v减减小小温温度度差差：分分层层分分块块浇浇筑筑，采采用用低低热热水水泥泥，埋埋置置块块石石，预预冷冷骨骨料料，预预埋冷却水管等。埋冷却水管等。第八章 钢筋砼构件正常使用极限状态验算 8.3 裂缝开展宽度的验算2砼收缩引起的裂缝砼收缩引起的裂缝v砼在空气中结硬产生收缩变形，产生收缩裂缝。砼在空气中结硬产生收缩变形，产生收缩裂缝。v对对策策：设设伸伸缩缩缝缝，降降低低水水灰灰比比，配配筋筋率率不不过过高高，设设置构造钢筋使收缩裂缝分布均匀，加强潮湿养护。置构造钢筋使收缩裂缝分布均匀，加强潮湿养护。3基础不均匀沉降引起的裂缝基础不均匀沉降引起的裂缝v对策：对策：构造措施及设沉降缝等。构造措施及设沉降缝等。4砼塑性坍落引起的裂缝砼塑性坍落引起的裂缝v对对策策：控控制制水水灰灰比比，采采用用适适量量减减水水剂剂，不不漏漏振振，不不过振，避免泌水现象，在砼终凝前抹面压光。过振，避免泌水现象，在砼终凝前抹面压光。第八章 钢筋砼构件