11 第十一章 混凝土構(gòu)件的使用性能

1、第十一章 混凝土構(gòu)件的使用性能,同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程系顧祥林,混凝土結(jié)構(gòu)基本原理,一、引言,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠性,本章的主要內(nèi)容,,具有足夠的承載力和變形能力,,,安全性,適用性,耐久性,,在使用荷載下不產(chǎn)生過大的裂縫和變形,,在一定時(shí)期內(nèi)維持其安全性和適用性的能力,二、構(gòu)件的裂縫控制 1. 裂縫的分類,,施工期間產(chǎn)生的裂縫和使用期間產(chǎn)生的裂縫,按裂縫的產(chǎn)生時(shí)間,,,龜裂、橫向裂縫（與構(gòu)件軸線垂直）、縱向裂縫、斜裂縫、八字裂縫

2、、X形交叉裂縫等,按裂縫的產(chǎn)生原因,非受力因素產(chǎn)生的裂縫和受力因素產(chǎn)生的裂縫,按裂縫的形態(tài),二、構(gòu)件的裂縫控制2. 裂縫的成因,,固體下沉，表面泌水而引起的。大風(fēng)、高溫使水分從混凝土表面快速蒸發(fā)引起的（龜裂）。,塑性裂縫,,,混凝土的收縮受到約束后產(chǎn)生的裂縫,溫度裂縫,大體積混凝土中由于混凝土水化作用產(chǎn)生的水化熱使內(nèi)外混凝土產(chǎn)生溫度差。,約束收縮裂縫,施工期間的裂縫,,,二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,,因施工程序不當(dāng)而

3、造成的受力裂縫,施工中的受力裂縫,施工期間的裂縫,二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,使用期間的裂縫----鋼筋銹蝕引起的裂縫,二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,使用期間的裂縫----溫度（氣溫）變化引起的裂縫,二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,使用期間的裂縫----地基不均勻沉降引起的裂縫,二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,使用期間的裂縫----外部環(huán)境引起的裂縫,,凍融循環(huán)作用,堿骨料反應(yīng),鹽類腐蝕,外

4、部環(huán)境,酸類腐蝕,二、構(gòu)件的裂縫控制 2. 裂縫的成因,使用期間的裂縫----荷載引起的裂縫,拉、彎、剪、扭、粘結(jié)等引起的裂縫,目前，只有在拉、彎狀態(tài)下混凝土橫向裂縫寬度的計(jì)算理論比較成熟。這也是下面所要介紹的主要內(nèi)容,二、構(gòu)件的裂縫控制 3.正截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例）,嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫（一級(jí)）,,荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下（短期效應(yīng)）混凝土中不產(chǎn)生拉應(yīng)力,,二、構(gòu)件的裂縫控制 3.正截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例

5、）,一般要求不出現(xiàn)裂縫（二級(jí)）,,荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下（長(zhǎng)期效應(yīng)）混凝土中不產(chǎn)生拉應(yīng)力，荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)（短期）組合下混凝土中可有拉力但應(yīng)小于混凝土抗拉強(qiáng)度,,,二、構(gòu)件的裂縫控制 3.正截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例）,允許出現(xiàn)裂縫（三級(jí)）,允許出現(xiàn)裂縫，但應(yīng)限制其寬度，見教材表11-1,,二、構(gòu)件的裂縫控制 4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例）,混凝土的主應(yīng)力,,,二、構(gòu)件的裂縫控制 4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度

6、驗(yàn)算（以GB50010為例）,混凝土的主拉應(yīng)力,,,,一級(jí),二級(jí),,σtp≤0.85ftk,σtp≤0.95ftk,二、構(gòu)件的裂縫控制 4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例）,混凝土的主壓應(yīng)力,,,一級(jí),二級(jí),,σcp≤0.60fck,二、構(gòu)件的裂縫控制 4.受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（以GB50010為例）,先張法應(yīng)考慮傳遞長(zhǎng)度內(nèi)的實(shí)際應(yīng)力分布,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論,以軸心受拉為例,*基本

7、假定就是：開裂后，裂縫處混凝土退出工作，鋼筋和混凝土之間發(fā)生滑移，混凝土回縮至圖中虛線的位置,*裂縫寬度=裂縫間鋼筋和混凝土之間的變形差值,,先求出裂縫間距,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論,裂縫的間距,,,,粘結(jié)應(yīng)力的傳遞長(zhǎng)度,裂縫數(shù)量增加至一定數(shù)量時(shí)不再增加，但寬度不斷變化,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論,裂縫的間距,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論,裂縫的間距,三、橫向受力裂

8、縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論,裂縫的間距,為了和受彎構(gòu)件相統(tǒng)一，定義：,,,有效配筋率,有效受拉面積,于是，對(duì)軸拉和受彎構(gòu)件，平均裂縫間距的公式可統(tǒng)一寫成：,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 1. 粘結(jié)滑移理論,裂縫的寬度,,裂縫處鋼筋的應(yīng)變,設(shè) 稱為裂縫間鋼筋應(yīng)力不均勻系數(shù)，則有,,裂縫處鋼筋的應(yīng)力,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 2. 無(wú)滑移理論,認(rèn)為混凝土開裂后，混凝土與鋼筋之

9、間無(wú)相對(duì)滑移，裂縫的發(fā)展寬度與裂縫量測(cè)點(diǎn)距最近一根鋼筋表面的距離c直接相關(guān)。,*Broms（美）Base（英）等人通過試驗(yàn)得出：,三、橫向受力裂縫寬度的計(jì)算 3. 粘接滑移與無(wú)滑移理論的結(jié)合,上述兩種理論和實(shí)際情況均有一定的差距，為此將二者結(jié)合起來(lái)，按下述公式進(jìn)行計(jì)算分析：,各系數(shù)由試驗(yàn)分析確定,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010）,《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》,,所采用的

10、方法,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,平均裂縫間距,,?te<0.01時(shí)，取?te=0.01,,c65時(shí)，取c=65,,受彎kl=1.0；軸拉kl=1.1,,,光圓，取0.7；變形，取1.0,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,平均裂縫寬度,,kw=0.85,,,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,預(yù)應(yīng)力軸拉構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)力,和普通混凝土構(gòu)件的方法基本相同，但應(yīng)引

11、起開裂荷載的計(jì)算方法,使混凝土中預(yù)應(yīng)力為0時(shí)的拉力,先張法,,非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,預(yù)應(yīng)力軸拉構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)力,使混凝土中預(yù)應(yīng)力為0時(shí)的拉力,后張法,,非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,預(yù)應(yīng)力軸拉構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)力,鋼筋的應(yīng)力,在Ns-Np0的拉力作用下混凝土中產(chǎn)生裂縫,,非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積,,預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積,四、裂縫寬度的實(shí)

12、用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件裂縫處鋼筋的應(yīng)力,和軸拉構(gòu)件類似，參見教材中的相應(yīng)內(nèi)容！,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 1. 半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法,裂縫的最大寬度,由裂縫的統(tǒng)計(jì)特性，按95%的保證率,考慮到長(zhǎng)期荷載下，混凝土徐變影響導(dǎo)致裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，取擴(kuò)大系數(shù)為1.5,,四、裂縫寬度的實(shí)用計(jì)算方法 2. 以數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析為基礎(chǔ)的計(jì)算方法,《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》采用的方法,,,,,受拉鋼筋的總周長(zhǎng),五、

13、裂縫寬度的控制,,由不同的《規(guī)范》根據(jù)具體的情況確定,六、受彎構(gòu)件的變形與剛度1. 截面抗彎剛度的特點(diǎn),鋼筋混凝土純彎段截面抗彎剛度的特點(diǎn) ：,*隨著彎矩增大B不斷降低,*短期荷載效應(yīng)時(shí)的撓度對(duì)應(yīng)短期剛度Bs,*長(zhǎng)期荷載效應(yīng)時(shí)的撓度對(duì)應(yīng)長(zhǎng)期剛度Bl(徐變、裂縫的不斷發(fā)展等等),,恒+活,,恒+活載中的恒載部分,,與荷載形式、支承條件有關(guān)的系數(shù),六、受彎構(gòu)件的變形與剛度2. 短期剛度Bs,解析剛度法,就平均應(yīng)變而言符合平截面假定,

14、短期荷載效應(yīng),,六、受彎構(gòu)件的變形與剛度2. 短期剛度Bs,解析剛度法,裂縫截面處的應(yīng)力和應(yīng)變,,平均應(yīng)變,六、受彎構(gòu)件的變形與剛度2. 短期剛度Bs,解析剛度法,GB50010采用的就是上述公式，且有 ，于是：,六、受彎構(gòu)件的變形與剛度3. 荷載長(zhǎng)期作用下的剛度,恒+活中“恒”,基本概念,,Ml,,活中“活”,,Ms,,+,六、受彎構(gòu)件的變形與剛度3. 荷載長(zhǎng)期作用下的剛度,