1、,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,概 述 在概述中將說(shuō)明下面5個(gè)問(wèn)題： 正常使用極限狀態(tài)重要性 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分類 正常使用極限狀態(tài)可靠度小于承載能力極限狀態(tài) 抗裂驗(yàn)算與裂縫寬度驗(yàn)算之間的關(guān)系 要求抗裂的構(gòu)件（絕大多數(shù)構(gòu)件帶裂縫工作）,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,1、正常使用極限狀態(tài)重要性: 從鋼筋混凝土設(shè)計(jì)理論看正常使用極限狀態(tài)重要性。 鋼筋混凝土設(shè)計(jì)理論經(jīng)歷了三個(gè)階段： 容許應(yīng)力法 破損階段法 極限狀態(tài)法,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,容許應(yīng)力法的缺陷 假定

2、混凝土為線性材料不符合實(shí)際。 容許應(yīng)力取值依靠經(jīng)驗(yàn)，曾多次提高。 無(wú)法用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否可靠。 無(wú)法得到總的可靠度概念。 無(wú)法得到正常使用時(shí)的狀態(tài)，如裂縫寬度與變形。 破損階段法的缺陷 無(wú)法了解正常使用階段是否滿足要求，裂縫與變形。,極限狀態(tài)法： 分承載能力與正常使用二種極限狀態(tài)： 承載能力極限狀態(tài)破損階段法 正常使用極限狀態(tài)抗裂與裂縫寬度、變形,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,從設(shè)計(jì)的控制條件看正常使用極限狀態(tài)重要性。 一般，先進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算，確定鋼筋用量；然后進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算。 以受彎構(gòu)件為例： 承載能力：正截面抗彎：縱向受力鋼筋 斜截面抗剪

3、：箍筋、彎起鋼筋 斜截面抗彎：有彎起鋼筋時(shí)，抵抗彎矩圖 正常使用：抗裂設(shè)計(jì)：抗裂驗(yàn)算 限裂設(shè)計(jì)：裂縫寬度 抗裂或限裂設(shè)計(jì)：變形驗(yàn)算,8.1 概 述,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,但對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)，正常使用極限狀態(tài)往往是控制狀態(tài)。舉例：,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,底塊與中間塊： 雙面雙向25200； 上塊： 豎

4、向：20200 水平：15200,但對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)，正常使用極限狀態(tài)往往是控制狀態(tài)。舉例： 引水隧洞襯砌：在巖石上開(kāi)挖，襯砌是防止?jié)B漏，減小水阻力。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,2、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為兩類： 承載能力極限狀態(tài)： 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載力或不適應(yīng)承載的過(guò)大變形。 超過(guò)該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性要求。 對(duì)各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件都應(yīng)進(jìn)行該極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。 采用荷載設(shè)計(jì)值及材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 荷載效應(yīng)采用基本組合及偶然組合。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,正常使用極

5、限狀態(tài)： 結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到影響正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。 采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值及材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。 荷載效應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)組合。 一般只對(duì)持久狀況進(jìn)行驗(yàn)算。 驗(yàn)算內(nèi)容：抗裂驗(yàn)算、裂縫寬度驗(yàn)算及變形驗(yàn)算。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,抗裂驗(yàn)算范圍： 承受水壓的軸拉、小偏拉構(gòu)件 發(fā)生裂縫后引起嚴(yán)重滲漏構(gòu)件。 裂縫寬度驗(yàn)算范圍： 一般鋼筋混凝土構(gòu)件。絕大多數(shù)構(gòu)件是帶裂縫工作的。 變形驗(yàn)算范圍： 嚴(yán)格限制變形的構(gòu)件。如： 吊車梁，撓度過(guò)大時(shí)會(huì)妨礙吊車正常行駛； 閘門(mén)頂梁，變形過(guò)大時(shí)會(huì)使閘門(mén)頂梁與胸墻底梁之間止水失效。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,裂

6、縫寬度驗(yàn)算的目的： 一般的鋼筋混凝土構(gòu)件總是帶裂縫工作的。但過(guò)寬的裂縫會(huì)產(chǎn)生下列不利影響： 心理：過(guò)寬的裂縫影響外觀，并使人心理上產(chǎn)生不安全感； 耐久性：在裂縫處，縮短了混凝土碳化到達(dá)鋼筋表面的時(shí)間，導(dǎo)致鋼筋提早銹蝕，影響結(jié)構(gòu)的耐久性； 裂縫面水壓：當(dāng)水頭較大時(shí)，滲入裂縫的水壓會(huì)使裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。 因此，而裂縫寬度驗(yàn)算，根據(jù)使用要求使裂縫寬度小于相應(yīng)的限值。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,裂縫寬度限值的確定： 裂縫寬度限值理應(yīng)根據(jù)下列因素取值： 結(jié)構(gòu)的功能要求 環(huán)境條件對(duì)鋼筋的腐蝕影響 鋼筋種類對(duì)腐蝕的敏感性 荷載作用時(shí)間 目前，混凝土規(guī)范規(guī)范考慮裂縫寬度限值的影

7、響因素各有側(cè)重，具體規(guī)定并不完全一致。 DL/T5057-2009、SL191-2008根據(jù)環(huán)境類別，規(guī)定了最大裂縫寬度限值，如附錄五表1所列。,3、正常使用極限狀態(tài)可靠度小于承載能力極限狀態(tài) 承載能力極限狀態(tài)：計(jì)算 正常使用極限狀態(tài)：驗(yàn)算 原因是： 正常使用極限狀態(tài)是在承載能力得到保證前提的驗(yàn)算。正常使用極限狀態(tài)不滿足所造成的危害小于承載能力極限狀態(tài)。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,表現(xiàn)在： 承載能力 正常使用 荷載：設(shè)計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)值 強(qiáng)度：設(shè)計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)值 結(jié)構(gòu)系數(shù)：1.2 無(wú) （DL） 設(shè)計(jì)狀況系數(shù)： 1.0、0.95 無(wú) （DL） 重要性系數(shù)： 1.1、1.0、0

8、.90 相同 （DL） 安全系數(shù)： 1.35、1.20、1.15 無(wú) （SL）,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,4、抗裂驗(yàn)算與裂縫寬度驗(yàn)算之間的關(guān)系 抗裂公式與裂縫寬度公式并不配套。 一個(gè)構(gòu)件能滿足抗裂驗(yàn)算，但裂縫寬度計(jì)算值也許會(huì)很大。 對(duì)一般的抗裂構(gòu)件，滿足抗裂驗(yàn)算后，不必進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。 對(duì)特別重要的抗裂構(gòu)件，滿足抗裂縫驗(yàn)算后，還須進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。所謂“雙控”。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.1 概 述,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,8.1 抗裂驗(yàn)算,8.1.1 軸心受拉構(gòu)件 即將開(kāi)裂時(shí):c=ft ； s=s

9、Es =cEs = cEcEs / Ec =E ft,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,為滿足目標(biāo)可靠指標(biāo)要求，引進(jìn)拉應(yīng)力限制系數(shù)ct， ft 改用 ftk :,Nk由荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的軸向力； ftk混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值； ct混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)，對(duì)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組 組合，ct=0.85； Ao換算截面面積，Ao=Ac + EAs， E= Es /Ec；,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,混凝土即將開(kāi)裂時(shí)鋼筋的拉應(yīng)力2030N/mm2，可見(jiàn)此時(shí)的鋼筋應(yīng)力是很低的。用增加鋼筋面積的方法來(lái)提高構(gòu)件的抗裂能力是極不合理的。 提高構(gòu)件抗裂

10、能力的措施主要有： 加大構(gòu)件截面尺寸 提高混凝土抗拉強(qiáng)度 在局部混凝土中摻入鋼纖維 最根本的方法則是采用預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,8.1.2 受彎構(gòu)件,受彎構(gòu)件正截面即將開(kāi)裂時(shí)，應(yīng)力處于第I階段末。 受拉區(qū)近似假定為梯形，塑化區(qū)占受拉區(qū)高度的一半。 利用平截面假定，根據(jù)力和力矩的平衡，求出Mcr。,實(shí)際的應(yīng)力與應(yīng)變圖形,假定的應(yīng)力圖形,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,更方便的是在保持Mcr相等的條件下，將受拉區(qū)梯形應(yīng)力圖折換成直線分布應(yīng)力圖。換算后可直接用彈性體的材料力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算。,受彎構(gòu)件抗裂驗(yàn)算方法 應(yīng)

11、用材料力學(xué)公式 材力公式適用于均質(zhì)、線性材料。為能利用材力公式先進(jìn)行二方面工作： 將鋼筋與混凝土二種材料的構(gòu)件轉(zhuǎn)化成均質(zhì)材料。將鋼筋轉(zhuǎn)化成位置上E 倍的混凝土。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,根據(jù)開(kāi)裂彎矩不變的原則，引入塑性影響系數(shù)，將非線性應(yīng)力圖形簡(jiǎn)化成線性應(yīng)力圖形。,8.2 抗裂驗(yàn)算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,根據(jù)平衡，得極限方程：,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,將抗拉強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值，引入拉應(yīng)力限制系數(shù)，來(lái)考慮可靠度。,Mk按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的彎矩值。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗

12、裂驗(yàn)算,m值與假定的受拉區(qū)應(yīng)力圖形有關(guān)，各種截面的m值見(jiàn)附錄五表4。 m值還與截面高度h有關(guān)。 根據(jù)h值的不同，對(duì)m值進(jìn)行修正，乘以考慮截面高度影響的修正系數(shù)，其值不大于1.1。,式中：h以mm計(jì)，當(dāng)h3000mm，取h=3000mm。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,工字形換算截面特征值,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,單筋工字形換算截面特征值也可按下式計(jì)算：,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,8.1.3 偏心受拉構(gòu)件 把鋼筋換算為混凝土截面面積，引入偏心受拉構(gòu)件的截面抵抗矩塑性系數(shù)，用材料力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)

13、算 ：,Mk按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的彎矩值； Nk按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的彎矩值。,關(guān)鍵：,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,應(yīng)變梯度定義：應(yīng)變隨截面高度的變化率。 軸拉構(gòu)件應(yīng)變梯度為零，軸拉1，而受彎構(gòu)件m1。說(shuō)明隨應(yīng)變梯度加大，塑性影響系數(shù)加大。 應(yīng)變梯度：軸拉構(gòu)件偏拉構(gòu)件受彎構(gòu)件 塑性影響系數(shù)：1 軸拉 m,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,假定： 偏拉隨截面平均拉應(yīng)力的大小，按線性規(guī)律在1與m之間變化。 =0時(shí)（受彎），偏拉=m；=ft時(shí)（軸拉），偏拉=1。（用設(shè)計(jì)表達(dá)式表達(dá)相當(dāng)于ct ft ）,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)

14、驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,，e0軸向拉力的偏心距。,?。?則：,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,8.1.4 偏心受壓構(gòu)件,關(guān)鍵：,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,偏壓大于m，為簡(jiǎn)化計(jì)算并偏于安全取偏壓m。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,SL191-2008規(guī)范與DL/T5057-2009規(guī)范的抗裂驗(yàn)算公式形式相同。 荷載效應(yīng)（ Mk 、Mk ）計(jì)算方法不同的 。 在SL191-2008規(guī)范的正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式中，不考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。 （ Mk 、Mk ）就是荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的內(nèi)力總和。 DL/T5

15、057-2009規(guī)范的正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式中，考慮了結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 。（ Mk 、Mk ）就是荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的內(nèi)力總和與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的乘積。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,因而，兩本規(guī)范所得結(jié)論會(huì)有所差異。 從概念上講，將具有不同重要性的結(jié)構(gòu)對(duì)正常使用限值要求的不同，放在荷載效應(yīng)中來(lái)體現(xiàn)不盡合理。 如能放在限值上（如拉應(yīng)力限制系數(shù)的大小、裂縫寬度限值的大小與撓度的大小）來(lái)體現(xiàn)更為合理。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,例題： 某壓力水管系4級(jí)水工建筑物，其內(nèi)半徑r=500mm，管壁厚100mm，采用C25混凝土和HRB335

16、鋼筋；水管內(nèi)水壓力標(biāo)準(zhǔn)值pk= 0.4kN/mm2，試配置受力鋼筋并進(jìn)行抗裂驗(yàn)算。 該壓力水管自重所引起的環(huán)向內(nèi)力可忽略不計(jì)，由附錄二表2、表3、表5、表6查得： Ec=2.8104N/mm2 fy= 300N/mm2 Es=2.0105N/mm2 ftk=1.78N/mm2。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,按SL191-2008規(guī)范 配筋計(jì)算 4級(jí)水工建筑物 ，K=1.15。 壓力水管承受內(nèi)水壓力時(shí)為軸心受拉構(gòu)件，單位長(zhǎng)度（1.0m）上的軸力設(shè)計(jì)值：,管壁內(nèi)、外層各配,10/12200，As=958mm2。,圖8-7 管壁配筋圖,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用

17、極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,按SL191-2008規(guī)范 抗裂驗(yàn)算,不滿足抗裂要求，但差額僅4%， 工程上也可以認(rèn)為滿足要求。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,按DL/T5057-2009規(guī)范 配筋計(jì)算 4級(jí)水工建筑物 ，0=0.9。d1.20、Q 1.20。 單位長(zhǎng)度（1.0m）上的軸力設(shè)計(jì)值：,管壁內(nèi)、外層各配,10/12200，As=958mm2。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,按DL/T5057-2009規(guī)范 抗裂驗(yàn)算,滿足抗裂要求,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使

18、用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,正常使用極限狀態(tài)是否考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，工程界有爭(zhēng)論。 有人認(rèn)為：抗裂或裂縫寬度驗(yàn)算主要與所處的環(huán)境條件有關(guān)，撓度變形只與人的感覺(jué)和機(jī)器使用要求有關(guān)，與結(jié)構(gòu)的安全級(jí)別無(wú)關(guān)。 在國(guó)際主流混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及我國(guó)國(guó)標(biāo)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）中，在正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)，都不考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.2 抗裂驗(yàn)算,荷載標(biāo)準(zhǔn)值是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)可能遇到的最大值，在DL/T5057-2009規(guī)范中，對(duì)級(jí)安全級(jí)別的構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算時(shí)將荷載效應(yīng)乘了0.9，就相當(dāng)實(shí)際承受荷載小于標(biāo)準(zhǔn)值。 有人認(rèn)為是不合

19、適的，保證率過(guò)低。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,8.2 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,8.2.1 裂縫的成因及對(duì)策 混凝土結(jié)構(gòu)中存在拉應(yīng)力是產(chǎn)生裂縫的必要條件。 主拉應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，不立即產(chǎn)生裂縫；當(dāng)拉應(yīng)變達(dá)到極限拉應(yīng)變時(shí)才出現(xiàn)裂縫。 裂縫分荷載和非荷載因素引起的兩類。 非荷載因素如溫度變化、混凝土收縮、基礎(chǔ)不均勻沉降、塑性坍落、冰凍、鋼筋銹蝕及堿一骨料化學(xué)反應(yīng)等都能引起裂縫。 水工混凝土結(jié)構(gòu)中，大部分裂縫由非荷載因素引起。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,能用公式計(jì)算的裂縫寬度僅于： 荷載作用引起的裂縫； 桿

20、系結(jié)構(gòu)； 彎矩、軸心拉力、偏心拉（壓）力等引起的垂直裂縫（正截面裂縫）。 下列情況的裂縫的寬度是無(wú)法計(jì)算的： 非荷載作用引起的裂縫； 非桿系結(jié)構(gòu)； 剪力或扭矩引起的斜裂縫。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,一、荷載作用引起的裂縫 對(duì)策： 合理配筋，控制鋼筋應(yīng)力不過(guò)高，鋼筋直徑不過(guò)粗，裂縫寬度不致過(guò)寬。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,二、非荷載因素引起的裂縫 1溫度變化引起的裂縫 溫度變化產(chǎn)生變形，即熱脹冷縮。變形受到約束，就產(chǎn)生裂縫。 大體積混凝土，內(nèi)部溫度大，外周溫度低，內(nèi)外溫差大，引起溫度裂縫。,第八章 鋼筋

21、混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,對(duì)策： 對(duì)框架結(jié)構(gòu)，設(shè)伸縮縫，減小約束，允許自由變形。 對(duì)非桿系結(jié)構(gòu) 減小溫度差：分層分塊澆筑，采用低熱水泥，埋置塊石，預(yù)冷骨料，預(yù)埋冷卻水管等。,盡量選用線脹系數(shù)小的骨料 混凝土的線脹系數(shù)取決骨料的品種，不同骨料的混凝土的線脹系數(shù)相差很大。 石英巖混凝土 11*10-6 砂巖混凝土 10*10-6 花崗巖混凝土 9*10-6 石灰?guī)r混凝土 7*10-6,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,盡量降低約束系數(shù)R 控制上下層混凝土澆筑間隙。當(dāng)間隙過(guò)大時(shí)，下層混凝土結(jié)硬，對(duì)上層混凝土約束增大，將加大上層混

22、凝土的溫度應(yīng)力。 適當(dāng)分塊澆筑。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,采用低熱膨脹型水泥 膨脹型水泥的自身體積變形是膨脹的，可抵消混凝土降溫時(shí)的收縮變形。 g 的曲線應(yīng)是單調(diào)膨脹型，最好在齡期360天左右才穩(wěn)定。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,2混凝土收縮引起的裂縫 混凝土在空氣中結(jié)硬產(chǎn)生收縮變形，產(chǎn)生收縮裂縫。 對(duì)策： 設(shè)伸縮縫； 降低水灰比； 配筋率不過(guò)高； 設(shè)置構(gòu)造鋼筋使收縮裂縫分布均勻； 加強(qiáng)潮濕養(yǎng)護(hù)。 3基礎(chǔ)不均勻沉降引起的裂縫 對(duì)策：

23、構(gòu)造措施及設(shè)沉降縫等。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,4混凝土塑性坍落引起的裂縫 對(duì)策： 采用適量減水劑、控制水灰比； 不漏振，不過(guò)振，避免泌水現(xiàn)象，在混凝土終凝前抹面壓光。,5冰凍引起的裂縫 水在結(jié)冰時(shí)體積增加，孔道中水結(jié)冰會(huì)使混凝土脹裂。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,6鋼筋銹蝕引起的裂縫 鋼筋銹蝕是電化學(xué)反應(yīng)，鋼筋生銹體積膨脹，產(chǎn)生順筋裂縫，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層剝落，影響結(jié)構(gòu)耐久性。 對(duì)策： 提高混凝土的密實(shí)度和抗?jié)B性； 適當(dāng)?shù)丶哟蟊Ｗo(hù)層厚度。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度

24、的驗(yàn)算,鋼筋銹蝕過(guò)程,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,鋼筋銹蝕過(guò)程,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,7堿一骨料化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫 混凝土孔隙中水泥的堿性溶液與活性骨料(含活性SiO2)化學(xué)反應(yīng)生成堿一硅酸凝膠，遇水膨脹，使混凝土脹裂。 對(duì)策： 選擇低含堿量的水泥； 結(jié)構(gòu)的水下部分不宜（或不應(yīng)）采用活性骨料 ； 提高混凝土的密實(shí)度； 采用較低的水灰比 。,8.2.2 裂縫寬度控制驗(yàn)算方法的分類 1、只列出裂縫寬度計(jì)算公式 設(shè)計(jì)規(guī)范中列出了裂縫寬度計(jì)算公式和裂縫寬度限值，要求裂縫寬度計(jì)算值不得大于所規(guī)定的限值。 在過(guò)去

25、較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，大部分設(shè)計(jì)規(guī)范都采用這種方法。我國(guó)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、1995年的ACI規(guī)范、日本2002年規(guī)范和前蘇聯(lián)1987年的規(guī)范都屬于這一類。,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,2、只列出構(gòu)造要求 無(wú)裂縫寬度計(jì)算公式與限值，只規(guī)定了以限裂為目的的構(gòu)造要求； 原因：裂縫是溫度、收縮和外力荷載綜合作用下產(chǎn)生的，計(jì)算得到的裂縫寬度并不符合工程實(shí)際。 趨勢(shì)：目前對(duì)于裂縫控制的趨勢(shì)是主要著眼于配筋構(gòu)造要求，而不是過(guò)分看重公式計(jì)算。,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,以限裂為目的的配筋構(gòu)造要求包括： 鋼筋間距要求 受拉鋼筋最

26、小配筋率 限制高強(qiáng)鋼筋使用等 處于一般環(huán)境條件下的構(gòu)件，只要滿足了這些構(gòu)造要求，裂縫寬度就自然滿足了正常使用的要求。 但對(duì)處于高侵蝕性環(huán)境或需要防止?jié)B水，對(duì)限裂有更高要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這類規(guī)范仍規(guī)定裂縫控制要做專門(mén)研究。 美國(guó)2002年的ACI規(guī)范、美國(guó)2003年的水工混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范和英國(guó)1997年的規(guī)范屬于這一類。,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,3、同時(shí)列出裂縫寬度公式與構(gòu)造要求 規(guī)范既給出了裂縫寬度計(jì)算公式，又規(guī)定了以限裂為目的的構(gòu)造要求。 如2002年的歐洲規(guī)范，它一方面給出了裂縫寬度計(jì)算公式和裂縫寬度限值，另一方面規(guī)定在某些情況下可不作裂縫寬度驗(yàn)

27、算。 如承受彎矩的薄板，在滿足最小配筋率、鋼筋直徑和間距等規(guī)定后就可不進(jìn)行裂縫寬度計(jì)算。,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,4、同時(shí)列出裂縫寬度公式和鋼筋應(yīng)力計(jì)算方法 如：現(xiàn)行水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 對(duì)一般構(gòu)件給出了外力荷載作用下的裂縫寬度計(jì)算公式，要求裂縫寬度計(jì)算值不得大于所規(guī)定的裂縫寬度限值； 對(duì)無(wú)法求得裂縫寬度的非桿件體系結(jié)構(gòu)，除建議按鋼筋混凝土有限單元法計(jì)算裂縫開(kāi)展寬度外，同時(shí)給出了鋼筋應(yīng)力的計(jì)算方法，要求鋼筋應(yīng)力計(jì)算值不得大于所規(guī)定的鋼筋應(yīng)力限值，用來(lái)間接控制裂縫寬度。,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.

28、2.3 裂縫寬度計(jì)算理論概述 數(shù)理統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)公式 通過(guò)對(duì)大量試驗(yàn)資料的分析，選出影響裂縫寬度的主要參數(shù)，進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)后得出。 半理論半經(jīng)驗(yàn)公式 為我國(guó)規(guī)范采用，從力學(xué)模型出發(fā)推導(dǎo)出理論計(jì)算公式，用試驗(yàn)資料確定公式中系數(shù)。理論又可分為三類： 粘結(jié)滑移理論 無(wú)滑移理論 綜合理論,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,粘結(jié)滑移理論 裂縫開(kāi)展是由于鋼筋和混凝土之間不再保持變形協(xié)調(diào)而出現(xiàn)相對(duì)滑移造成的。 在一個(gè)裂縫區(qū)段（裂縫間距l(xiāng)cr）內(nèi)，鋼筋與混凝土伸長(zhǎng)之差是裂縫開(kāi)展寬度，lcr越大，越大。 lc

29、r取決于鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力大小及分布。,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,粘結(jié)滑移理論 影響裂縫寬度的因素除鋼筋應(yīng)力s外，主要是鋼筋直徑 d 與配筋率的比值。 混凝土表面的裂縫寬度與內(nèi)部鋼筋表面處是一樣的。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,無(wú)粘結(jié)滑移理論 假定裂縫開(kāi)展后，混凝土截面在局部范圍內(nèi)不再保持為平面，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力不破壞，相對(duì)滑移忽略不計(jì)。 表面裂縫寬度是受從鋼筋到構(gòu)件表面的應(yīng)變梯度控制的，與保護(hù)層厚度c 大小有關(guān)。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,綜合理論 建立在前兩種理論基礎(chǔ)上，既考慮保護(hù)層厚

30、度c的影響，也考慮鋼筋可能出現(xiàn)的滑移。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,裂縫出現(xiàn)前，拉區(qū)鋼筋與混凝土共同受力。沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向，各截面受力相同。,8.2.4 裂縫開(kāi)展機(jī)理及計(jì)算理論簡(jiǎn)介 一、裂縫開(kāi)展前后的應(yīng)力狀態(tài) 根據(jù)粘結(jié)滑移理論對(duì)純彎區(qū)段的裂縫加以討論。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,混凝土拉應(yīng)力達(dá)到抗拉強(qiáng)度時(shí)，最弱截面出現(xiàn)第一條裂縫。 裂縫截面混凝土不再承受拉力，轉(zhuǎn)由鋼筋承擔(dān)，裂縫截面鋼筋應(yīng)力突增。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,距裂縫截面有足夠的長(zhǎng)度時(shí)，混凝土拉應(yīng)力增

31、大到 ft，將出現(xiàn)新的裂縫。 荷載增加，應(yīng)力大于混凝土實(shí)際抗拉強(qiáng)度的地方又出現(xiàn)第二條裂縫。,受粘結(jié)作用影響，混凝土不能自由回縮到無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。距裂縫越遠(yuǎn)，混凝土承擔(dān)的拉應(yīng)力越大，鋼筋拉應(yīng)力越小。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,裂縫出現(xiàn)后，沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向，鋼筋與混凝土的應(yīng)力隨裂縫位置變化，中和軸隨裂縫位置呈波浪形起伏。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,由于混凝土質(zhì)量不均，裂縫間距有疏有密。 最大間距可為平均間距的1.32倍。 荷載超過(guò)開(kāi)裂荷載50以上時(shí)，裂縫間距才趨于穩(wěn)定。 裂縫開(kāi)展寬度有大有小，實(shí)際設(shè)計(jì)考慮的是最大

32、寬度。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,二、平均裂縫寬度m 荷載達(dá)到抗裂彎矩Mcr時(shí)，出現(xiàn)第一條裂縫。 裂縫截面混凝土拉應(yīng)力為零，鋼筋應(yīng)力突增。 應(yīng)力達(dá)到 ft 處，發(fā)生第二條裂縫。 把問(wèn)題理想化，材料強(qiáng)度是均勻的，則： 裂縫是等間距的，同時(shí)發(fā)生的； 荷載增加只加大裂縫寬度，不產(chǎn)生新的裂縫； 各條裂縫寬度，在同一荷載下相等。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,鋼筋重心處裂縫寬度m等于兩條相鄰裂縫之間鋼筋與混凝土伸長(zhǎng)之差：,sm、cm分別為裂縫間鋼筋及混凝土的平均應(yīng)變； lcr裂縫間距。 混凝土的拉伸變形極小，略去不計(jì)

33、：,平均裂縫寬度的計(jì)算：,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,裂縫截面鋼筋應(yīng)變s最大，非裂縫截面鋼筋應(yīng)變減小，鋼筋的平均應(yīng)變sm比裂縫截面鋼筋應(yīng)變s小。 用受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)表示裂縫間因混凝土承受拉力對(duì)鋼筋應(yīng)變的影響，=sm/s。,裂縫寬度主要取決于裂縫截面鋼筋應(yīng)力s，裂縫間距 lcr 和鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)也是兩個(gè)重要的參數(shù)。,則：,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,1 s值：,以軸拉構(gòu)件為例來(lái)說(shuō)明：,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,

34、8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,即： 粘結(jié)滑移理論推求出的 lcr 與鋼筋直徑 d 及有效配筋率teAsAte有關(guān)。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,無(wú)滑移理論認(rèn)為保護(hù)層厚度 c 是影響構(gòu)件表面裂縫寬度的主要因素。 事實(shí)上： 混凝土保護(hù)層厚度越大，外表面混凝土達(dá)到抗拉強(qiáng)度的位置離開(kāi)已有裂縫的距離也越大，即裂縫間距將增大。 試驗(yàn)證明，當(dāng)保護(hù)層厚度從15mm增加到30mm時(shí)，平均裂縫間距增加40%。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,綜合理論既考慮 c

35、的影響，也考慮 d 及te的影響。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,3值 =sm/s，反映裂縫間受拉混凝土參與工作的程度。 1。 越小，混凝土參與承受拉力的程度越大； 越大，混凝土承受拉力的程度越小， 1， 混凝土脫離工作。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,3值 影響的因素除鋼筋應(yīng)力外，還與混凝土抗拉強(qiáng)度、配筋率、鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能、荷載作用的時(shí)間和性質(zhì)等有關(guān)。 準(zhǔn)確計(jì)算十分復(fù)雜，根據(jù)試驗(yàn)資料給出半理論半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式:,試驗(yàn)常數(shù)。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,三、最大

36、裂縫寬度max 混凝土質(zhì)量不均勻，裂縫間距有疏有密，寬度有大有小； 應(yīng)用最大寬度來(lái)衡量是否超過(guò)允許值； 荷載長(zhǎng)期作用下裂縫寬度有所增長(zhǎng)； 最大裂縫寬度值可由平均裂縫寬度乘以一個(gè)擴(kuò)大系數(shù)得到，擴(kuò)大系數(shù)考慮了： 裂縫寬度的隨機(jī)性；即： 荷載的長(zhǎng)期作用； 鋼筋品種； 構(gòu)件受力特征等。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,8.2.5 水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范裂縫寬度控制驗(yàn)算方法 一、設(shè)計(jì)計(jì)算原則 桿系構(gòu)件：按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算得到的構(gòu)件正截面最大裂縫寬度 max 應(yīng)小于限值 lin 。 非桿系結(jié)構(gòu)：可通過(guò)控制鋼筋應(yīng)力s 的方法間接控制裂縫寬度，按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算

37、得到的鋼筋應(yīng)力sk宜不大于相應(yīng)限值。 重要的非桿系結(jié)構(gòu)：采用鋼筋混凝土非線性有限單元法。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件已滿足抗裂驗(yàn)算要求時(shí)，可不再進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。 已滿足抗裂驗(yàn)算的構(gòu)件，裂縫寬度計(jì)算值仍會(huì)大于裂縫寬度限值。這個(gè)矛盾是由于抗裂計(jì)算公式與裂縫寬度計(jì)算公式是由兩個(gè)不同設(shè)計(jì)概念、不同力學(xué)模型建立的，兩個(gè)公式之間并不銜接 。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,有主張對(duì)一些重要結(jié)構(gòu)，即使已滿足抗裂要求，還需同時(shí)提出限制裂縫寬度的要求。 有主張認(rèn)為對(duì)重要結(jié)構(gòu)，如果考慮到抗裂可靠性不高，妥善

38、的方法是在計(jì)算中降低混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)。 在抗裂條件下，裂縫寬度計(jì)算公式已不再適用，因?yàn)榱芽p寬度計(jì)算公式是在荷載作用下構(gòu)件必然開(kāi)裂的前提條件下導(dǎo)出的。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,作為折衷，SL191-2008規(guī)范規(guī)定： 對(duì)于重要的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，經(jīng)論證確有必要時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度控制驗(yàn)算； 但當(dāng)取ct=0.55進(jìn)行抗裂驗(yàn)算并能滿足抗裂驗(yàn)算要求時(shí)，則可不再進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。 DL5057-2009也有同樣的規(guī)定。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,考慮構(gòu)件受力特征和荷載長(zhǎng)期作用的綜合影響系數(shù)。 受彎構(gòu)件和偏

39、心受壓構(gòu)件： =2.1； 偏心受拉構(gòu)件： =2.4； 軸心受拉構(gòu)件： =2.7。,二、構(gòu)件最大裂縫寬度計(jì)算公式 1、SL191-2008規(guī)范,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,c 最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)邊緣的距離（mm），若c65mm ，取c = 65mm。 d 受拉鋼筋直徑(mm)。用不同直徑時(shí)，改用換算直徑4Asu, u為鋼筋總周長(zhǎng)。 te縱向受拉鋼筋的有效配筋率 ,teAsAte ； Ate有效受拉混凝土截面面積； sk 按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的構(gòu)件縱向受拉鋼筋應(yīng)力 （N/mm2）,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度

40、的驗(yàn)算,Ate有效受拉混凝土截面面積； 受彎、偏拉及大偏壓構(gòu)件： Ate 2ab，a為As重心至截面受拉邊緣的距離，b為矩形截面的寬度。 有受拉翼緣的倒T形及工形截面，b為受拉翼緣寬度。,全截面受拉的偏拉構(gòu)件： 取拉應(yīng)力較大一側(cè)鋼筋的相應(yīng)有效受拉混凝土截面面積。,軸拉構(gòu)件： 取2als，ls為沿截面周邊配置的受拉鋼筋重心連線的總長(zhǎng)度。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,As拉區(qū)縱向鋼筋截面面積。 受彎、偏拉及大偏壓構(gòu)件： 取拉區(qū)縱筋面積。 全截面受拉的偏拉構(gòu)件： 取拉應(yīng)力大一側(cè)的鋼筋面積。 軸拉構(gòu)件： 取全部縱筋面積。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀

41、態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,sk 縱向受拉鋼筋應(yīng)力 軸拉構(gòu)件構(gòu)件,Nk按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到軸向拉力值。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,Mk按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的彎矩值。,受彎構(gòu)件構(gòu)件 假定裂縫截面的受壓區(qū)混凝土處于彈性階段，應(yīng)力圖形為三角形分布，受拉區(qū)混凝土作用忽略不計(jì)。 取z=0.87h0。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,應(yīng)用裂縫寬度公式應(yīng)注意下列幾個(gè)問(wèn)題： 只能用于常見(jiàn)的梁、柱一類構(gòu)件，用于厚板巳不太合適，更不能用于非桿件體系的塊體結(jié)構(gòu)。 該公式只適用于外力荷載不隨結(jié)構(gòu)變形而改變其數(shù)值的情況，不適用

42、于彈性地基上的梁、板以及圍巖中的隧洞襯砌結(jié)構(gòu)。為什么？ 只能用于配置帶肋鋼筋的構(gòu)件。 考慮到鋼筋表面形狀對(duì)裂縫寬度的影響，并結(jié)合我國(guó)鋼材生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，SL191-2008規(guī)范明確規(guī)定，需控制裂縫寬度的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不應(yīng)采用光圓鋼筋。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,應(yīng)用裂縫寬度公式應(yīng)注意下列幾個(gè)問(wèn)題： 裂縫寬度驗(yàn)算時(shí)，荷載效應(yīng)是取用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值（最大值）計(jì)算得到的。 對(duì)于按照不經(jīng)常出現(xiàn)的荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的各種構(gòu)件， 可乘0.85。 不能用減薄保護(hù)層厚度的辦法來(lái)滿足裂縫寬度的驗(yàn)算要求。 耐久性要求?；炷帘Ｗo(hù)層厚度必須保證不小于規(guī)定的最小厚度。 偏壓構(gòu)件當(dāng)e

43、0h00.55時(shí)，裂縫寬度小，不必驗(yàn)算。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,2、DL/T5057-2009規(guī)范： 與SL191-2008規(guī)范形式上有所不同，保留了受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)、裂縫間距用公式分段表示。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,cr考慮構(gòu)件受力特征的系數(shù)。 受彎構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件： cr =1.9； 偏心受拉構(gòu)件： cr =2.15； 軸心受拉構(gòu)件： cr =2.45。 0鋼筋的初始應(yīng)力 。 長(zhǎng)期處于水下的結(jié)構(gòu)，允許采用020N/mm2 ； 干燥環(huán)境中的結(jié)構(gòu) ， 00。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用

44、極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算, 裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)。 若 0.2，取 =0.2； 直接承受重復(fù)荷載的構(gòu)件：取 =1.0 。,sk計(jì)算公式也與SL191-2008規(guī)范相同 。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算, 考慮鋼筋表面形狀的系數(shù) 。 帶肋鋼筋： =1.0； 光圓鋼筋： =1.4。,c 最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)邊緣的距離（mm）。 若c20mm ，取c=20mm； 若c150mm ，取c=150mm。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,注意： 裂縫寬度計(jì)算，兩本規(guī)范除公式不同外，荷載

45、效應(yīng)的計(jì)算方法也是不同的。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,三、非桿件體系鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫寬度驗(yàn)算方法 對(duì)非桿件體系結(jié)構(gòu)，規(guī)范規(guī)定可通過(guò)限制鋼筋應(yīng)力的辦法來(lái)間接控制結(jié)構(gòu)的裂縫寬度。 1、SL191-2008規(guī)范 一般情況下：,s考慮環(huán)境影響和荷載長(zhǎng)期作用的綜合影響系數(shù); s=0.50.7，對(duì)一類環(huán)境取大值， 對(duì)四類環(huán)境取小值。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,重要結(jié)構(gòu)： 宜采用非線性鋼筋混凝土有限元方法直接求得裂縫寬度與配筋的關(guān)系，以確定合適的配筋方案。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫

46、開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,2、DL/T5057-2009規(guī)范 與SL191-2008規(guī)范區(qū)別在于： 規(guī)定特別重要的非桿件體系結(jié)構(gòu)的裂縫控制分為按耐久性（防滲等）要求控制和按結(jié)構(gòu)內(nèi)部整體性要求控制兩種。 前一種只需進(jìn)行表面裂縫寬度的驗(yàn)算； 后一種則還需進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫寬度及裂縫延伸范圍的驗(yàn)算。 其它與SL191-2008規(guī)范相似。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,四、裂縫控制措施 現(xiàn)有的裂縫寬度計(jì)算公式有很大的局限性： 現(xiàn)有裂縫寬度公式僅適用于： 外荷載產(chǎn)生 梁、柱類構(gòu)件 正截面裂縫 縱向受力鋼筋側(cè)表面的裂縫寬度 裂縫寬度計(jì)算模式的不統(tǒng)一，使得不同規(guī)范的裂縫寬度計(jì)算

47、值有較大的差異。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,裂縫寬度公式不能反映工程結(jié)構(gòu)實(shí)際的裂縫開(kāi)展性態(tài)。限制鋼筋應(yīng)力的驗(yàn)算則更是一種比較粗略的設(shè)計(jì)方法。 水工混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法尚沒(méi)有完美解決。 目前裂縫寬度的驗(yàn)算有淡化計(jì)算公式，側(cè)重配筋構(gòu)造措施的趨勢(shì)。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,當(dāng)不滿足上述要求？ 影響裂縫寬度的主要因素是鋼筋應(yīng)力，可采?。?可改用較小直徑的帶肋鋼筋； 減小鋼筋間距； 適當(dāng)增加受拉區(qū)縱向鋼筋截面面積等。 混凝土強(qiáng)度對(duì)裂縫寬度無(wú)顯著影響。 普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，不宜采用高強(qiáng)鋼筋。 混凝土保護(hù)層越厚，裂縫寬度越

48、大，鋼筋不易銹蝕。 解決荷載裂縫問(wèn)題的最有效方法是采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。,8.3 裂縫開(kāi)展寬度的驗(yàn)算,設(shè)計(jì)時(shí)要求：,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,砌澆筑前計(jì)算網(wǎng)格,澆筑后計(jì)算網(wǎng)格,襯砌網(wǎng)格,整體式方案剖面尺寸,基礎(chǔ)寬度為45m，分塊施工 為連接底板鋼筋，在拉應(yīng)力較小處設(shè)置寬槽，寬槽寬度取為1.5m。右墻后填土。,4.2 計(jì)算模型 模擬了施工的過(guò)程，分二個(gè)模型計(jì)算：,底板寬槽未回填,4.2 計(jì)算模型 模擬了施工的過(guò)程，分二個(gè)模型計(jì)算：,底板寬槽回填,201m時(shí)主廊道右上角開(kāi)裂； 203m水位時(shí)底板左側(cè)與貼角交界處開(kāi)裂 207m水位時(shí)主廊道左下角出現(xiàn)裂縫 209m水位時(shí)裂縫貫穿。,2

49、15m水位時(shí)裂縫分布,表面最大裂縫0.33mm，大于裂縫寬度限值。 未布置鋼筋部位裂縫很寬，最大達(dá)到0.57mm。 裂縫延伸很長(zhǎng)，最長(zhǎng)的裂縫長(zhǎng)度達(dá)到8.7m。 因此N4-3-1配筋不能滿足要求。,8.4 變 形 驗(yàn) 算,8.3 變 形 驗(yàn) 算,8.3.1 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度試驗(yàn) 材料力學(xué)勻質(zhì)彈性材料梁，撓度計(jì)算公式：,l0、EI梁的計(jì)算跨度和截面抗彎剛度。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,抗彎剛度EI 體現(xiàn)了截面抵抗彎曲變形的能力，勻質(zhì)彈性材料EI為常數(shù)，M- f 關(guān)系為直線。 由于混凝土開(kāi)裂、彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和鋼筋屈服等影響，鋼筋混凝土適筋梁的M

50、- f 關(guān)系不再是直線。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,裂縫出現(xiàn)前， M- f接近直線。 出現(xiàn)裂縫后，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)A。 混凝土塑性發(fā)展，變形模量降低；截面開(kāi)裂，抗彎剛度降低。 鋼筋屈服，出現(xiàn)第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)C，截面剛度急劇降低。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,鋼筋混凝土梁，用抗彎剛度 B 代替 EI ，B 隨 M 增大而減小。 剛度 B 確定后可用材料力學(xué)公式計(jì)算梁的撓度。這樣求撓度的問(wèn)題就變成了求剛度的問(wèn)題了。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,8.3.2 受彎構(gòu)件的短期抗彎剛度Bs 1、

51、不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 實(shí)際撓度比按彈性體算得的數(shù)值大。 混凝土受拉發(fā)生塑性，實(shí)際彈模降低，截面未削弱，I值不受影響。 將剛度EI修正可反映不出現(xiàn)裂縫的鋼筋混凝土梁工作情況。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,剛度 EI 用 Bs 值代替：,Bs不出現(xiàn)裂縫的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的短期剛度； Ec混凝土的彈模； I0換算截面對(duì)其重心軸的慣性矩； 0.85考慮混凝土出現(xiàn)塑性時(shí)彈模降低的系數(shù)。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,2、出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 先根據(jù)大量實(shí)測(cè)撓度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，由材料力學(xué)中梁的撓度計(jì)算公式反算出構(gòu)件的實(shí)際抗彎剛度，再以E為主

52、要參數(shù)進(jìn)行回歸分析 ，Bs與E為線性關(guān)系。 矩形、T形及工形截面構(gòu)件的短期剛度：,縱向拉筋的配筋率； f受壓翼緣面積與腹板有效面積的比值； f受拉翼緣面積與腹板有效面積的比值。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,8.3.3 受彎構(gòu)件的抗彎剛度B 長(zhǎng)期荷載下，壓區(qū)混凝土徐變使撓度隨時(shí)間增大。 混凝土收縮引起撓度增大。如圖： 受壓區(qū)未配鋼筋，混凝土可以較自由地收縮，即梁的上部縮短。 受拉區(qū)混凝土的收縮受到鋼筋的約束，使混凝土受拉，甚至可能出現(xiàn)裂縫。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,考慮荷載長(zhǎng)期作用對(duì)梁撓度影響的方法: 考慮混凝土

53、徐變及收縮的影響計(jì)算長(zhǎng)期剛度，或直接計(jì)算荷載長(zhǎng)期作用產(chǎn)生的撓度增長(zhǎng)和由收縮引起的翹曲； 試驗(yàn)結(jié)果確定荷載長(zhǎng)期作用的撓度增大系數(shù)，采用值計(jì)算長(zhǎng)期剛度。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,規(guī)范采用第種方法。值按下式計(jì)算,、為受壓筋和受拉筋的配筋率。 (As/bho，As/bho) 0，=2.0；，1.6； 為中間值，按直線內(nèi)插。 翼緣位于拉區(qū)的倒T形截面，撓度增大系數(shù)乘以1.2。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,Bs短期剛度； Mk、Ml分別為由荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合及長(zhǎng)期組合計(jì)算的 彎矩值 ； 考慮荷載長(zhǎng)期作用對(duì)撓度增大的影響系數(shù)。

54、,荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮部分荷載長(zhǎng)期作用影響的矩形、T形及I形截面受彎構(gòu)件抗彎剛度 B：,一般情況下：,參考JTG D62-2004的規(guī)定，取：,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,8.3.4 受彎構(gòu)件的撓度計(jì)算 將B代替EI，撓度值按材料力學(xué)公式求得。撓度計(jì)算值不應(yīng)超過(guò)附錄五表3規(guī)定的允許值。,f 按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合對(duì)應(yīng)的剛度B進(jìn)行計(jì)算求得的 撓度值 。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,撓度允許值 flim 的確定： 主要從以下幾個(gè)方面考慮： 保證結(jié)構(gòu)的使用功能要求。過(guò)大的變形將影響甚至喪失結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用功能，如支承精密儀器設(shè)

55、備的梁板結(jié)構(gòu)撓度過(guò)大，難以使儀器保持水平；屋面結(jié)構(gòu)撓度過(guò)大會(huì)造成積水產(chǎn)生滲漏；吊車梁和橋梁的過(guò)大變形會(huì)妨礙吊車和車輛的正常運(yùn)行等。 防止對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。支承在磚墻上的梁端產(chǎn)生過(guò)大轉(zhuǎn)角，使支承面積減小、支承反力偏心增大，引起墻體開(kāi)裂。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,防止對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響。結(jié)構(gòu)變形過(guò)大會(huì)使門(mén)窗等不能正常開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致隔墻、天花板的開(kāi)裂或損壞。 保證使用者的感覺(jué)在可接受的程度之內(nèi)。過(guò)大振動(dòng)、變形會(huì)引起使用者的不適或不安全感。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,撓度計(jì)算時(shí)剛度的確定： 由于彎矩沿梁長(zhǎng)是變化的，抗彎剛度沿梁長(zhǎng)也是

56、變化的。但按變剛度梁來(lái)計(jì)算撓度變形很麻煩。 規(guī)范為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，取同號(hào)彎矩區(qū)段的最大彎矩截面處的最小剛度Bmin，按等剛度梁來(lái)計(jì)算。,“最小剛度剛度原則”,8.4 變 形 驗(yàn) 算,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,簡(jiǎn)支梁取跨中截面的剛度，即按跨中截面取； 懸臂梁按支座截面取； 等截面連續(xù)構(gòu)件，取跨中和支座截面剛度的平均值。,8.4 變 形 驗(yàn) 算,一端簡(jiǎn)支一端固定梁成為變剛度Bs1和Bs2的梁，需確定反彎點(diǎn)的位置，采用分段積分的方法求該梁的撓度，計(jì)算復(fù)雜。 為方便計(jì)算，取跨中和支座截面剛度的均值作為該梁的剛度，視為等剛度梁，用材料力學(xué)公式求出梁的撓度。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限

57、狀態(tài)驗(yàn)算,8.4 變 形 驗(yàn) 算,撓度不滿足，則： 增加截面尺寸 提高混凝土強(qiáng)度等級(jí) 增加配筋量 選用合理的截面（如T形或工形等） 都可提高構(gòu)件的剛度。 合理有效的措施是增大截面的高度。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,三峽升船機(jī)結(jié)構(gòu)布置,三峽升船機(jī)主體建筑平面布置圖,8.4 耐 久性要求,8.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性要求,8.4.1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的概念 耐久性是指結(jié)構(gòu)在指定的工作環(huán)境中，正常使用和維護(hù)條件下，隨時(shí)間變化而仍能滿足預(yù)定功能要求的能力。,正常維護(hù)： 是指結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中僅需一般維護(hù)（包括構(gòu)件表面涂刷等）而不進(jìn)行花費(fèi)過(guò)高的大修； 指定的工作環(huán)境： 是指建筑物所在地區(qū)的自然環(huán)境及工業(yè)生產(chǎn)形成的環(huán)境。,第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,導(dǎo)致水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的原因主要有： 混凝土的低強(qiáng)度風(fēng)化； 堿骨料反映； 滲漏溶