2021版混凝土结构设计原理第八章：钢筋混凝土构件的裂缝和变形

第八章混凝土结构基本原理主  页目  录上一章下一章帮  助2021-07-1414:29:31本章重点Ø分析受弯构件竖向弯曲裂缝的出现和开展过程；Ø  受弯构件裂缝宽度的验算；Ø  受弯构件截面刚度计算与变形验算。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第第88章章钢筋混凝土构件的裂缝、变钢筋混凝土构件的裂缝、变形和耐久性形和耐久性研制单位：湖南大学高等教育出版社高等教育电子音像出版社第八章混凝土结构基本原理主  页目  录上一章下一章帮  助2021-07-1414:29:32本章重点Ø分析受弯构件竖向弯曲裂缝的出现和开展过程；Ø  受弯构件裂缝宽度的验算；Ø  受弯构件截面刚度计算与变形验算。Ø  了解不同环境条件下结构耐久性对材      料的要求。第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:32§8.1概概述述v构件的裂缝宽度和挠度验算是属于正常使用极限状态。v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。裂缝荷载引起的裂缝：非荷载引起的裂缝：材料收缩、温度变化、混凝土碳化后引起钢筋锈蚀、地基不均匀沉降。(80%)与构件受力的受力特征有关。(20%)第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:32NkNkNkNkNkNke0e0Tk(a)(b)(c)(e)(d)TkMkMk图8-1荷载裂缝类型(a)轴心受拉(b)偏心受拉(c)偏心受压(d)受弯(e)受扭第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:32通常，裂缝宽度和挠度一般可分别用控制最大钢筋直径和最大跨高比来控制，只有在构件截面尺寸小，钢筋应力高时进行验算。§为防止温度应力过大引起的开裂，规定了伸缩缝之间的最大间距。§为防止由于钢筋周围砼过快的碳化失去对钢筋的保护作用，出现锈胀引起的沿钢筋纵向的裂缝，规定了钢筋的混凝土保护层的最小厚度。非荷载引起的裂缝第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:32v与承载能力极限状态设计相比，正常使用极限状态设计的目标可靠度可以相对较低。C——结构构件达到正常使用要求所规定的变形、应力、裂缝宽度和自振频率等的限值。v裂缝宽度和变形的验算表达式如下：S≤C…8－1S——正常使用极限状态荷载组合的效应设计值;式中第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:32…8－2荷载效应的标准组合为：…8－3荷载效应的准永久组合为：在进行荷载效应计算时，荷载组合有两种情况：第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:33§8.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算裂缝的控制等级分为三级，钢筋混凝土结构构件进行裂缝宽度的验算。8.2.1验算公式…8－4----按荷载准永久组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度；----最大裂缝宽度的限值。第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:338.2.2wmax的计算方法《规范》的思路：得到最大裂缝宽度wmax若干假定根据裂缝出现机理建立理论公式，计算出平均裂缝宽度wm按试验资料确定扩大系数第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:331.裂缝的出现和开展当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，砼应力逐渐增加至ftk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。出现：当荷载继续增加到Nk，在一个裂缝间距范围内由钢筋与砼应变差的累积量，即形成了裂缝宽度。开展：第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:332.平均裂缝宽度wm图8-2Ncr+N211Ncr+N分布ftksmss(b)(c)(d)(e)123ftkNkNk(a)裂缝宽度等于裂缝间距范围内钢筋和混凝土的变形差；v粘结–––滑移理论：第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:33我国《规范》是建立在粘结—滑移理论和无滑移理论的基础上，结合大量试验结果得到的半理论半经验公式。构件表面裂缝宽度主要是由钢筋周围的混凝土回缩形成的；v无滑移理论：图8-3第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:34式中：sm=sc–––0.85lcr+cmlcrlcr+smlcrmm(a)cscmsmssc分布s分布(c)(b)图8-4…8－5第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:34…8－6Ø平均裂缝间距lcr：cs–––最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离(mm)：当cs20时，取cs=20，当cs65时，取cs=65；deq–––纵向受拉钢筋的等效直径（mm）；式中：–––与受力特性有关的系数轴心受拉=1.1受弯、偏心受压=1.0偏拉=1.05第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:34i–––纵向受拉钢筋的表面特征系数光面=0.7变形=1.0hh/2bbfhfh/2hbbbfhfh/2hhfbfh/2hbhfbf(a)(b)(c)(d)te–––截面的有效配筋率，te=As/Ate图8-5ni–––第i种纵向受拉钢筋的根数；第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:34(0.21.0)…8－7Ø钢筋应力不均匀系数：Ate倒T形截面第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:34图8-60.87h0h0NqsqAsMqCsqAsee0eNqh0–asAsAsese0AsAsqAsCCcZsqAsNq(a)(b)(c)(d)CsqAssqAsØ裂缝截面处钢筋应力sq：第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:34…8－8轴心受拉：…8－9受弯：…8－10偏心受拉：…8－11偏心受压：第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:35As——受拉区纵向钢筋截面面积，对轴拉构件，As取全部纵向钢筋截面面积；对偏心受拉构件，As取受拉边较大的纵向钢筋截面面积；对受弯构件和偏心受压构件，As取受拉区纵向钢筋截面面积；e’——轴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；e——轴压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离z——纵向受拉钢筋合力点至截面受压区合力点之间的距离；ηs——使用阶段的轴向压力偏心距增大系数，当时，可取ηs=1.0；第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:35ys——截面重心至纵向受拉钢筋合力点的距离；——受压翼缘截面面积与腹板有效截面面积的比值；——受压区翼缘的宽度、高度；在（8-10）式中当时，取；——按荷载准永久组合计算的轴向力值、弯矩值。第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:35wmax=slwm偏心受拉轴心受拉cr=2.7cr=2.4受弯、偏压cr=1.93.最大裂缝宽度wmax扩大系数荷载长期效应裂缝扩大系数构件受力特征系数8－12wmax=0.85slcr第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:35裂缝宽度验算的注意事项：（1）对于直接承受吊车荷载但不需作疲劳验算的吊车梁，由于满载的概率很小，吊车最大荷载作用时间很短暂，所以计算出的最大裂缝宽度可乘以系数0.85。（2）对的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。（3）当时，应取。（4）按上述有关公式计算的最大裂缝宽度均指受拉钢筋截面重心水平处的构件侧表面裂缝宽度。要把它换算为构件底面的裂缝宽度，须乘系数。（5）前述的裂缝宽度计算公式只适用于外荷载产生的正截面裂缝。（6）不能为了满足裂缝控制的要求而任意减小保护层厚度。第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:358.2.3减小裂缝宽度的措施Ø优先选择变形钢筋；Ø选择直径较小的钢筋；Ø增加钢筋用量。当计算裂缝宽度超过裂缝宽度的限值时，从最大裂缝计算公式可知，常见的减小裂缝宽度的措施有：第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:35钢筋混凝土梁的挠度与弯矩的关系是非线性的。§8.3受弯构件挠度计算受弯构件挠度计算图8-7BEI(a)Maf0(b)EIBEI(B)M0第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:35Bs–––荷载准永久组合下的受弯构件的短期刚度B–––按荷载准永久组合并考虑荷载长期作用影响的抗弯刚度B–––钢筋混凝土梁的挠度计算对于简支梁承受均布荷载作用时，其跨中挠度：用材料力学的公式：第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:351.短期刚度Bs的计算rMsocoaacsash0Msbblcr图8-8…8－16式中：第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:36–––挠度增大系数。=2.00.4'/Bs–––短期刚度按式(8-16)计算。…8－172.长期刚度B的计算式中：第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:363.最小刚度原则：•受弯构件在正常使用状态下，刚度沿长度是变化的。•取同一弯矩符号区段内最小刚度作为等刚度，按材力的方法计算。B1minBBminMBminMlmaxBAgk+qk(a)(b)－+gk+qkBminBmin(a)(b)图8-9图8-10第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:364.挠度的计算的步骤•计算出荷载效应标准组合下的弯矩Mk和准永久组合下的弯矩Mq。•计算短期刚度Bs。•计算长期刚度B•将算得的B代替结构力学位移公式中的弹性刚度EI，计算结构构件由荷载产生的最大挠度•验算挠度•提高刚度的有效措施h0•或A's增加'第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:36混凝土的耐久性是指在正常维护的条件下，在预计的使用时期内，在指定的工作环境中保证结构满足既定功能要求。§8.4耐久性设计耐久性设计耐久性设计涉及面广，影响因素多，主要考虑以下几个方面：（1）确定结构所处的环境类别；（2）提出对混凝土材料的耐久性基本要求；（3）确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度；（4）不同环境条件下的耐久性技术措施；（5）提出结构使用阶段的检测与维护要求。第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:36影响混凝土耐久性的因素很多，有内部和外部二个方面。外部因素主要是环境条件，包括温度、湿度、CO2含量、侵蚀性介质等。对工作环境分类可使设计者针对不同的环境种类采用相应的对策。§8.4（一）结构工作环境分类（一）结构工作环境分类混凝土结构的环境类别混凝土结构的环境类别环境类别条件一室内干燥环境；无侵蚀性静水浸没环境二a室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境；非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；严寒和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境第八章混凝土结构基本原理主页目录上一章下一章帮助2021-07-1414:29:36§8.4环境类别条件二b干湿交替环境；水位频繁变动环境；严寒和寒冷地区的露天环境；严寒和寒冷地区冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境三a严寒和寒冷地区冬季水位变动区环境；受除冰盐影响环境；海风环境三b盐渍土环境；受除