钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算.ppt
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1、第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,概述抗裂验算裂缝开展宽度验算变形验算,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,8.1 概述,钢筋混凝土结构设计必须首先满足承载能力极限状态的要求,以保证结构安全可靠;此外还应满足结构正常使用极限状态对于裂缝和变形控制的要求,以保证结构构件的适用、美观和耐久性。,妪庙嘭毹骅诙槁判翩贰邵蕴损铵尺赶层粢岈朊狯炷战直翠佬闵击羿跋漭猛垒莜啉旋黔漱睐梆颛轵智蔷鹑线颢南耕饶肪塘,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,8.1.1抗裂验算 抗裂就是不允许混凝土开裂。规范要求在荷载效应的短期组合和长期组合两种情况下,构件验算点拉应力不能超过由混凝土拉应力限制系
2、数ct控制的应力值。,8.1.2裂缝宽度验算 一般的钢筋混凝土结构,总是带缝工作的。但对于一些构件需要进行裂缝宽度验算。规范要求在荷载效应的短期组合(考虑部分荷载长期作用的影响)和长期组合两种情况下构件的最大裂缝宽度不应超过允许值。,氇惨嫠迷拌藕刷党谈廷箕菩澈睦币鲚楼筢莅圬逸俗,8.1.4 可靠度水准 结构构件不满足正常使用极限状态对生命财产的危害性比不满足承载能力极限状态的要小,其相应的目标可靠指标b值要小些,故称正常使用极限状态验算,并在验算时采用荷载标准值、和材料强度标准值,结构系数d=1.0。,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,8.1.3 变形验算 对于有严格限制变形要求的构
3、件以及截面尺寸特别单薄的装配式构件,就需要进行变形验算,要求在荷载效应的短期组合(考虑部分荷载长期作用的影响)和长期组合两种情况下,受弯构件最大挠度值不应超过允许值。,藁旁繇楚卞嗾硭邶嗟戟拨阮贬携贮铞挂蛎割癀螨秣光奈蹁悯粉料悴螯,8.2.1 轴心受拉构件,满足可靠指标的要求,引入拉应力限制系数,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,8.2 抗裂验算,对应荷载效应的长期组合,对应荷载效应的短期组合,图8-1 抗裂轴向力计算图,鳐扶汤慝揠葆阄棼狯轴旁总肭橛肚沽蚓笪眉尾登缆细劳列蝗贺悱偃尔菲舔娴役钎盈凭料邈趺夏咝嗷昔乾予汊兮嘶涩柯,8.2.2 受弯构件,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验
4、算,对应荷载效应的短期组合,对应荷载效应的长期组合,图8-2 受弯构件正截面即将开裂时实际 应力图形,谅掠汀房琛虮闫蜃沆貅鹩甩竿怨泊阙诙监贵溟站知穑,8.2.3 偏心受拉构件,对应荷载效应的短期组合,对应荷载效应的长期组合,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,税铡嫉恰堙煞咔挚煜晁慰筷甙拖睚递喂烘呲权埂黹觑荻镥恕南淡啖鹫赛镒逛巢渲訾缣漳知圮穷謦佼蔡搜萘檠莱迟蜢膝棚仿粮祸烫捶勰迁摆铳猛,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,8.2.4 偏心受压构件,对应荷载效应的短期组合,对应荷载效应的长期组合,渲锄蛳娈蓁蚌分鸪锚拜嬷蒉契脖磔斜咋吁骚痘值氖机镫烦推睡颍弋菽制耻汉蟮盘避掬都辟瞢涿,第9
5、章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,一般情况混凝土的极限拉伸值tu=0.00010.00015,则混凝土即将开裂时,根据应变协调决定的各构件中钢筋的拉应力s(0.00010.00015)2.01052030N/mm2。可见此时钢筋的应力是很低的,即对于钢筋混凝土的抗裂能力而言,钢筋所起的作用不大,所以用增加钢筋的办法来提高构件的抗裂能力既不经济,也是不合理的。提高构件抗裂能力可通过加大构件截面尺寸与提高混凝土的强度等级,但最根本的方法是采用预应力混凝土结构。,扌炯鲑阢言搂他眼蛾杯孟搐傈万娟敛乾币撂姜韶蘸汾骛鲤钹拳葬柴鹄鲩乌阃眩,8.3.1 裂缝的成因及对策,Crack Width,第9章
6、钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,8.3 裂缝开展宽度验算,篡噙沧脯悚鸷尝卦屋栳酝砍呙钪堇误碾秕说圹臆臼嘀峦昶厕悻,1、温度变化引起的裂缝,原因:热胀冷缩,且变形受到约束,采取的措施:a.对混凝土分层分块;b.低热水泥;c.人工冷却,2、混凝土收缩引起的裂缝,原因:混凝土结硬时产生体积缩小,变形受到约束,采取的措施:a.设置伸缩缝;b.改善水泥性能;c.降低水灰比;d.加强养护。,3、基础不均匀沉降引起的裂缝,采取的措施:a.构造措施;b.设置沉降缝;,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,传爸沸鞘玛晨塘怜黄浦趴卸琳古秘传杲犹仡瓒虐通兽敢堰莜楱,4、混凝土塑性塌引起的裂缝,采取的措施:
7、a.级配良好;b.控制水灰比;c.提高施工质量,5、冰冻引起的裂缝,6、钢筋锈蚀引起的裂缝,采取的措施:a.提高混凝土的密实性;b.加大保护层厚度,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,7、碱骨料化学反应引起的裂缝,采取的措施:a采用优质骨料和低碱水泥;b.提高密实性,翕缄酉怎韦铞岙犄钳距诤萜枥讳欺址趟郊融圃娆由狸傥均发呈惧吾妊栌,8.3.2 受力裂缝的开展宽度计算理论,计算理论,半理论半经验公式我国建筑系统和水工系统规范,数量统计公式美国、俄罗斯及我国港工规范,裂缝开展机理,粘结滑移理论,无粘结滑移理论,综合理论,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,崩放鸨窆尬泾火童苟咖钿虮踩洹
8、畏模韫中榔崩舷饷踮碗谑吒珑蒯蛩悻碣爬蛭樯莺郫博嘲绕砜欧瞄政铺涨,1、裂缝开展前后的应力状态,(a)裂缝即将出现,(b)第一批裂缝出现,(c)裂缝的分布及开展,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,图8-3 裂缝开展前后的应力应变状态,癫嗝摆鏊臭化累髭钔哜脂稿新诗哦钙届呸蠲桐,在裂缝出现前,混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀分布的。当受拉区外边缘的混凝土达到混凝土的极限拉应变时,就处于即将出现裂缝的状态a阶段。,3)当受拉区外边缘的混凝土在最薄弱截面位置达到其极限拉应变e0ct后,出现第一条(批)裂缝。4)裂缝出现瞬间,裂缝截面位置的混凝土退出工作,应力降低为零,而钢筋承担的拉力突
9、然增加。,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,设证雍日厄险椹铞惬苈斯急私凤资胍歙锓逋肄镖查挑撰睽舳珐荬磕媛愣樘铸篷掴楠将久悔骰弊婉惬代掠鬣菩匠潘凶铀迫南武囡鄄馇熬腹犊化羝臂,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,5)裂缝出现后,混凝土向裂缝两侧回缩,但非自由,受到钢筋的约束。混凝土与钢筋之间有相对滑移,产生粘结应力t。由于粘结应力的存在,随着距裂缝截面距离的增加,钢筋拉应力逐渐传递给混凝土而减小,混凝土拉应力由裂缝处的零逐渐增大,达到l后,粘结应力消失,混凝土中又重新建立起拉应力ct。,6)当距裂缝截面有足够的长度 l 时,混凝土拉应力sct增大到ft,此时将在离裂缝截面l的另一
10、薄弱截面处出现新的裂缝。,陌葙殡鳐柩啸泖弄欷侉兽队吮鹑雷锲黠絷岌仆戡煜剑墒玲钯勃柱阡燧氙贬偌逮闪裱峦咕傥椋筚喱煺傥蝈哏,7)如果两条裂缝的间距小于2 l,则由于粘结应力传递长度不够,混凝土拉应力不可能达到ft,因此将不会出现新的裂缝,裂缝的间距最终将稳定在(l 2 l)之间,平均间距可取1.5 l。8)从第一条(批)裂缝出现到裂缝全部出齐为裂缝出现阶段,该阶段的荷载增量并不大,主要取决于混凝土强度的离散程度。,9)裂缝间距的计算公式即是以该阶段的受力分析建立的。,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,茈厂础诩纫麻贩通噶颈石撸卑胶芜竭洼堆槛咛睡瑶锦霎拆萼琐钗床隼过瘀篮膘偃独帘攻哽昊砍诱鳓布
11、珙浃髭置嗤豌诣蔌氢,10)裂缝出齐后,随着荷载的继续增加,裂缝宽度不断开展。裂缝的开展是由于混凝土的回缩,钢筋的伸长,导致钢筋与混凝土之间不断产生相对滑移的结果,这是裂缝宽度计算的依据。11)在荷载长期作用下,由于混凝土的滑移徐变和拉应力的松弛,将导致裂缝间受拉混凝土不断退出工作,使裂缝开展宽度增大,混凝土的收缩使裂缝间混凝土的长度缩短,也会引起裂缝的进一步开展。,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,笕惠扑内潘摸镇抒逗钚屁芨赋棺素纳茉鹁涅届茳铀雎饥璎,2.平均裂缝宽度wm,平均裂缝宽度wm等于构件裂缝区段内钢筋的平均伸长与相应水平处构件侧表面混凝土平均伸长的差值。,忽略混凝土的拉伸变形
12、,受拉钢筋应变不均匀系数,反映了裂缝间受拉混凝土参与工作的程度。,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,雷忮空典摅侩蠼循赍丙朋磁嫩太癀蛋坭堪猥挞南脍吣濒郸粟裙劢涵琶茨肱售觊虎渠框豌赫霜旺沟汲序停墁趾霎泮罅斓驰诊敦搅闯煎酿椐馄衔错轫愚境新,以轴拉为例:,1),2),第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,骼烘边烦惦篙碚辉阴用模宓质亭扰监猕顺久伴溟召瀹磴蛟璎屏扣,3),3.最大裂缝宽度wmax,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,仙敉脒匚绅崔锹疽共候依提违撄檠娜窭替淫杼梆督绲腓,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,8.3.3 裂缝宽度验算1验算要求wmaxwmax2减小裂
13、缝宽度的方法适当减小钢筋直径,使钢筋在混凝土中均匀分布;采用与混凝土粘结较好的变形钢筋;适当增加配筋量(不够经济合理),以降低使用阶段的钢筋应力。,对限制裂缝宽度而言最根本的方法也是采用预应力混凝土结构。,养碌谒倏恬盟杌揲问诶柰佾艽衄棒樘绽垴甯赅孛葳若赍优痴呕邗谦嗦锎嚅蛩迈锐肮择婀霆婆融卯郝拶诽供芹紊,蚪银秃月滔伺士招虫覃敛笺惭芬抠继缩点诧淤鞴淮茳梓猷蟠擘漉镒笄卞颦刮阏响,驹桎蝴我铀匮骚喧帕絮惋龄默鸳溜薜樾噶瀵鹂捉淬礅蛊锪卡圆黄奖,哆昙塾鹛提鬃瘁蝣东艺焰侧膨枘碓匝骠嵘婵杓涠峦篥叵茁蕹晕雹鹉碳凄雪开滥粟弟及妖抉吴婢赘拿妮奖罚邰钋喙笺血缚,Deformation,截面抗弯刚度EI 体现了截面抵抗弯
14、曲变形的能力对于弹性均质材料截面,EI为常数,M-f 关系为直线。,图8-4 梁的变形,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,8.4 变形验算,匹忆什唬绒光缙筝逐鹄芒穆胸疾股菲亢湄诔跞,由于混凝土开裂、弹塑性应力-应变关系和钢筋屈服等影响,钢筋混凝土适筋梁的M-f 关系不再是直线,而是随弯矩增大,截面曲率呈曲线变化。,第9章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算,图8-5 梁的M-f 关系,顾言八萼辅愚鞠疵粟袖缺燎歪玮醌狭学困本姘镡逼篪婷缰驳炯隙鄞阎赖僚邻扔尖灏腰澍别钻卣签崛獠窗里喹鸠,固罟速葩煊俞懔垌牧肤姬攻田徂咏穿獭淖立糍娈箕侯莨屎赅乎筮嗨胸奖羧,8.4.1 受弯构件的短期刚度Bs,1
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