第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性§9.0概述一.變形和裂縫問題的性質：正常使用極限狀態(tài)。二.變形和裂縫問題與承載力極限狀態(tài)的關系：前者必要時驗算，承載力極限狀態(tài)在任何情況下必須計算。三.對正常使用極限狀態(tài)可靠性的要求比對承載力極限狀態(tài)可靠性的要求低些，因此前者驗算時取材料強度和荷載的標準值，后者計算時取取材料強度和荷載的設計值。四.為考慮抗震要求，結構應具備一定的延性。五.對結構應根據設計使用年限進行耐久性概念設計。潮馱瑤環(huán)盅粉卸渦礦秀名炮卒憋互牢挎戌妻前柒計擬挺賽邦沃淡森屁炙囑第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性1§9.1鋼筋混凝土受彎構件的撓度驗算零.問題的提出1.撓度驗算的要求：滿足公式〔9-22〕，即荷載產生的撓度應小于或等于規(guī)定的撓度〔限值〕；2.試驗結果發(fā)現：鋼筋混凝土受彎構件的實際撓度大于按材料力學計算出的撓度；3.理論和試驗指出：鋼筋混凝土受彎構件的實際截面剛度比彈性剛度減??；4.假設仍然應用材料力學的公式形式計算實際撓度，那么應對彈性剛度加以修正；5.基于以上原因，構件的撓度計算轉化為對其剛度的計算。熾龔愧真賄峨僧郴褒婦必天輕瓷誠釜腿柬邏授憊奴懶孟被雛館倚濁娩有伸第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性2一.截面彎曲剛度的概念及定義對于均布荷載下的簡支梁，由材料力學可知其跨中最大撓度為：上式中，S=5/48，是與荷載形式和支撐條件有關的撓度系數；M是最大彎矩。由材料力學可知：當荷載形式和支撐條件不變時，彎矩也不變。因此撓度的增大，只可能是EI減小。定義：EI為受彎構件截面的抗彎剛度，并用B表示，即B=EI。討論：當不考慮材料的彈塑性時〔即混凝土未裂時〕，B用材料力學方法計算；否那么重新建立其計算方法。樓鋇鴉欣劫魂糙糠奮寬婪要旗校輻鴕儒拭己疏駱紹鯨僚狽鷗達看幅勝碼肚第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性3二.短期剛度鋼筋混凝土構件剛度減小的程度與荷載的大小和作用的時間有關，可分為短期荷載下的剛度和長期荷載下的剛度。1.剛度在荷載短期作用下降低的原因：模量E的降低和裂縫的出現導致有效高度h的降低。2.短期剛度的計算〔1〕由圖9-2可知：裂縫出現后中和軸成為波浪線，曲率沿軸線不同，由平均應變平截面假定和該圖可導出公式〔9-2〕；由公式〔9-1〕可導出公式〔9-3〕；〔2〕由圖9-3〔即受彎構件適筋正截面第II階段應力圖〕并引入假設干參數后可導出短期剛度計算的一般公式〔9-10〕。溢犢鄭征棕距榷屯舊佐勞貍臼仿熔殲塹污袁痢假幌免蛆覆摔械捌僥中炎悸第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性4三.假設干參數的表達式及短期剛度的計算式1.裂縫截面處內力臂長度系數近似取0.87，即公式〔9-11〕；2.裂縫間受拉鋼筋應變不均勻系數〔參考圖9-4〕〔1〕的定義：裂縫間鋼筋的平均應變與裂縫截面處鋼筋的應變的比值；〔2〕的物理意義：反映裂縫間混凝土參與受拉〔工作〕的程度；顯然有關系：，當接近0時表示混凝土參與受拉的程度較大；當接近1時表示混凝土參與受拉的程度較小且即將完全退出工作；〔3〕的計算公式：公式〔9-13〕〔4〕短期剛度的計算式：公式〔9-16〕堅撐蘆貧坐呻輻嫁曳度展衣該輝而朵圾峨瘸茅傷鱉譴鈣部壽劉捆焰丟小腸第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性5四.受彎構件〔長期〕剛度1.荷載長期作用下剛度降低的原因：徐變2.〔長期〕剛度：按公式〔9-20〕計算，其實質是將短期剛度修正〔折減〕后得到的。五.最小剛度原那么與撓度計算1.問題的提出：〔1〕前述剛度是指梁的平均剛度〔或純彎段〕的計算方法，工程設計計算時如何使用此方法值得討論?！?〕前述剛度未考慮靠近支座處剛度減小的幅度〔假設僅考慮彎矩〕要小些和剪切變形的影響〔將減小剛度〕。

婿墓窩鞭桅舷袱稀遏妙徽慌墨燭蹦很峻班貼燒骸衙戴央職猙母細痊洼挪擾第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性62.解決問題的方法：采用最小剛度原那么3.最小剛度原那么：在同號彎矩段中，認為彎矩值最大截面處的剛度最小，根據此剛度計算出的撓度最大。4.撓度計算步驟〔1〕根據最小剛度原那么確定所求剛度；〔2〕代入材料力學公式計算撓度；〔3〕滿足公式〔9-22〕的要求。六.對受彎構件撓度驗算的討論1.由計算公式〔9-16〕可知：截面有效高度的影響最大；2.配筋率對承載力和撓度的影響：在適筋范圍內，提高配筋率能提高承載力，但提高剛度不明顯，有時甚至加大撓度，見圖〔9-9〕；襲炊藹嫉壺坪眺嘿罕擇晾船歌必服癌刻泣餡務義素誦賠爺久昏痔炳骯蹭骯第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性73.跨高比：一般講，跨度越大那么撓度越大；梁高越大，撓度越??；可選擇適當的跨高比，可控制撓度；4.混凝土結構構件變形限值：標準根據有關要求規(guī)定的具體數值，見附表5-1。§9.2鋼筋混凝土構件裂縫寬度驗算一.裂縫的出現、分布和開展1.裂縫的出現：混凝土到達其抗拉強度后產生塑性變形，到達其極限拉伸變形后即開裂；理論上講，混凝土抗拉強度是相等的，但是，由于混凝土材料的離散性，總存在某薄弱處，此處強度最低，因此在該處混凝土將首先開裂，如圖9-12〔a〕；醞庸炯羞昆走室菱沽庭容洶墨朱切席倘說群秸姐址瞎行憑頒作珊駛胃健蟬第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性82.裂縫的分布：裂縫截面處混凝土產生滑移并退出工作，鋼筋應力突增；離開裂縫截面一段長度〔稱為“傳遞長度〞〕后，混凝土與鋼筋又能共同工作；當彎矩增大時，有可能在大于傳遞長度的部位出現新的裂縫，直到裂縫“出齊〞，一般講，受彎構件受拉區(qū)兩條裂縫之間的平均間距為1.5倍的傳遞長度，見圖9-12〔b〕；3.裂縫的開展：由于裂縫截面處混凝土的不斷回縮、鋼筋的不斷伸長，裂縫寬度將加大；一般講，受拉鋼筋外表處混凝土的裂縫寬度大約為構件受拉區(qū)外表處混凝土裂縫跨度的1/5~1/3；4.根據上述原理可進行裂縫寬度的計算，由于考慮了混凝土與鋼筋的滑移，所以求出的裂縫寬度是指鋼筋外表處的，此即我國標準的根本計算原理。5.我國標準的思路：平均裂縫間距平均裂縫寬度最大裂縫寬度癸錐汛滁裝瑣酥遜妓購茅跺锨評莫噶喪佐褐拭功天諱譬裂蒸塢臘矢律涉賣第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性9二.平均裂縫間距1.根據試驗有關系：平均裂縫間距=1.5傳遞長度；2.傳遞長度的求解：由圖9-14，由脫離體的平衡條件可得到平均裂縫間距的理論計算公式〔9-27〕；3.考慮鋼筋外形和混凝土保護層的影響，可得到平均裂縫間距的經驗公式〔9-29〕；三.平均裂縫寬度1.平均裂縫寬度計算式〔1〕計算原理：平均裂縫寬度=平均裂縫間距范圍內鋼筋的伸長減去同一縱向纖維處混凝土的伸長，見圖9-15；〔2〕根據上述原理可導出表達式〔9-30〕；至狠酋宙向鄙久婁淹軋獨丘深虎炊滔窮銀饅撓糯歹錫霞信潛煙哇紊拌鰓日第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性10〔3〕根據試驗，對公式〔9-30〕修正后可得經驗公式〔9-32〕，此式與裂縫截面處鋼筋應力、等因素有關。2.裂縫截面處的鋼筋應力計算對于受彎構件，裂縫截面處鋼筋的應力可根據適筋梁第II階段的應力圖形求得，即公式〔9-33〕，其余構件裂縫截面處的鋼筋應力可同理計算，如公式〔9-34〕〔軸拉構件〕、〔9-35〕〔偏拉構件〕和〔9-36〕〔偏壓構件〕。四.最大裂縫寬度及其驗算1.確定最大裂縫寬度的方法〔1〕原那么：最大裂縫寬度=擴大系數*平均裂縫寬度〔2〕擴大系數考慮了裂縫寬度不均勻性、應力松弛和徐變。隊言難撒致龍灌侈餅鎬捎虱撤叮甄載竊偷蹈匣廂肝伴咯攪謄王在魚梁矩狀第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性112.最大裂縫寬度的計算〔1〕根據試驗結果分析可得計算公式為〔9-40〕式；〔2〕式中各符號的意義見書上的說明；〔3〕公式〔9-40〕求得的最大裂縫寬度具有95%的保證率。3.最大裂縫寬度的驗算條件〔1〕按公式〔9-40〕求得的最大裂縫寬度小于或等于裂縫寬度限制數值，即公式〔9-41〕；〔2〕分析公式〔9-40〕可知，減小裂縫寬度的主要措施〔在已滿足承載力要求的前提下〕是減小鋼筋的直徑；〔3〕不需要進行裂縫寬度驗算的鋼筋直徑可查有關表格。4.最大裂縫寬度的限制數值見附表5-3，一般為0.2~0.3mm。榴踞鎮(zhèn)年給整獎淳學俗被亦森繳行粘烴卑楞鍛樣領助諱黔良云礬扳膘濃鄒第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性12§9.3混凝土構件的延性一.延性概念1.延性的根本定義：構件從鋼筋〔或構件、截面〕屈服至到達承載力極限狀態(tài)期間的變形能力。2.要求構件具備延性的目的〔1〕吸能、抗震；〔2〕防止脆性破壞；〔3〕適應非直接荷載的作用〔如地基不均勻沉降和溫差〕；〔4〕使超靜定結構能充分發(fā)生內力重分布；3.延性的描述指標：延性系數版豪碟援緣桐靴銻掩燕恥喚恤躲事砧宙系鐵寢富酷濕賤茁著菇讓六姆洗迷第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性13二.受彎構件的截面曲率延性系數1.受彎構件截面曲率延性系數表達式〔1〕受彎構件的延性用曲率延性系數表達；〔2〕曲率延性系數的物理意義：截面到達承載力極限狀態(tài)時的曲率與截面受拉鋼筋開始屈服的曲率之比；〔3〕根據平截面假定和上述兩種狀態(tài)的應力圖形可推出截面曲率延性系數為公式〔9-44〕。2.影響因素〔1〕縱向受拉鋼筋配筋率增大，延性系數減小，如圖9-19；〔2〕受壓鋼筋配筋率或混凝土極限壓應變增大，延性系數增大；〔3〕混凝土強度提高且采用軟鋼，延性系數提高?；喜毎泊a黑攝拼突俐霓瓷舞亮搖蓄酷執(zhí)濤捆鴛楊答豁守貿到巒組檀鑼第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性143.提高截面曲率延性系數的主要措施〔1〕限制縱向受拉鋼筋的配筋率；〔2〕規(guī)定受壓和受拉鋼筋的最小比例；〔3〕在彎矩較大處加密箍筋。三.偏心受壓構件截面曲率延性的分析1.軸向壓力的存在降低截面曲率延性系數；2.軸壓比越大，延性系數越?。?.配箍率增加，延性系數加大，如圖9-20?！?.3混凝土結構的耐久性一.耐久性的概念與主要影響因素1.結構的耐久性：正常維護下，結構在設計周期內無需維修加固。剿濁耕兔梅勇乘屑鑒綸屎刨霜趕隔緯嵌團燕衫步撤繭涪梳藐婉唉漳瞳透第第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性152.影響耐久性能的主要因素〔1〕內部因素：混凝土的強度、密實性、水泥用量、水灰比、化學成分、外加劑和保護層厚度等；〔2〕外部因素：溫度和濕度等。二.混凝土的碳化1.碳化的根本情況〔1〕碳化對混凝土無害，但對鋼筋有銹蝕作用；〔2〕空氣中二氧化碳濃度高會加速碳化；〔3〕水灰比大會加速碳化；2.減小碳化的措施規(guī)定水灰比限值和保護層厚度、提高密實性和抗?jié)B性等?；j勿糖羅棘琶芳貨映杏魁伶貫綠匝窮鍛誣懊脊桂蜜駕榆綢褂鄰趕工齲政完第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性第9章鋼筋混凝土構件的變形、裂縫及混凝土結構的耐久性16三.鋼筋的銹蝕〔自學〕四.耐久性設計的概念我國結構設計標準中首次列入耐久性設計條文。1.耐久性概念設計的目的和根本原那么〔1〕設計目的：確保結構在正常使用情況下具備既定的功能?！?〕根本原那么：根據環(huán)境類別和設計工作壽命進行設計。2.混凝土結構使用環(huán)境類別我國分為五類，見附表5-2。3.混凝土結構設計的使用年限〔1〕一般為50或100年；〔2〕可根據業(yè)主要求確定。佩楓呸已誘頰念磷蓄晶互空漢俐突級粹匙漣