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第九章混凝土构件的变形和裂缝宽度计算.ppt

第九章混凝土构件的变形和裂缝宽度计算

艾尔小茜茜 2018-09-13 评分 0 浏览量 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《第九章混凝土构件的变形和裂缝宽度计算ppt》,可适用于工程科技领域,主题内容包含第九章混凝土构件的变形及裂缝宽度验算钢筋混凝土受弯构件的挠度验算截面弯曲刚度的概念及其定义材料力学中匀质弹性材料梁的跨中挠度为式中S与荷载类型和支承符等。

第九章混凝土构件的变形及裂缝宽度验算钢筋混凝土受弯构件的挠度验算截面弯曲刚度的概念及其定义材料力学中匀质弹性材料梁的跨中挠度为式中S与荷载类型和支承条件有关的系数EI梁截面的抗弯刚度。由于是匀质弹性材料所以当梁截面的尺寸确定后其抗弯刚度即可确定且为常量挠度f与M成线性关系。对钢筋混凝土构件由于材料的非弹性性质和受拉区裂缝的开展梁的抗弯刚度不是常数而是变化的其主要特点如下:随荷载的增加而减少即M越大抗弯刚度越小。验算变形时截面抗弯刚度选择在曲线第Ⅱ阶段(带裂缝工作阶段)确定随配筋率ρ的降低而减少。对于截面尺寸和材料都相问的适筋梁ρ小变形大些截面抗弯刚度小些沿构件跨度弯矩在变化截面刚度也在变化即使在纯弯段刚度也不尽相同裂缝截面处的小些裂缝间截面的大些随加载时间的增长而减小。构件在长期荷载作用下变形会加大在变形验算中除了要考虑短期效应组合还应考虑荷载的长期效应的影响故有长期刚度Bs和短期刚度Bl。短期刚度Bs钢筋的弹性模量Es和混凝土Ec弹性模量的比值ρ纵向受拉钢筋的配筋率ψ钢筋应变不均匀系数是裂缝之间钢筋的平均应变与裂缝截面钢筋应变之比它反映了裂缝间混凝土受拉对纵向钢筋应变的影响程度。ψ愈小裂缝间混凝土协助钢筋抗拉作用愈强。该系数按下列公式计算并规定ψ有效受拉混凝土面积。对受弯构件近似取长期刚度Bl长期刚度Bl是指考虑荷载长期效应组合时的刚度值。在荷载的长期作用下由于受压区混凝土的徐变以及受拉区混凝土不断退出工作即钢筋与混凝土间粘结滑移徐变、混凝土收缩致使构件截面抗弯刚度降低变形增大故计算挠度时必须采用长期刚度Bl。《规范》建议采用荷载长期效应组合挠度增大的影响系数θ来考虑荷载长期效应对刚度的影响。长期刚度按下式计算:式中Mq按荷载长期效应组合下计算的弯矩值即按永久荷载标准值与可变荷载准永久值计算。此处反映了在受压区配置受压钢筋对混凝土受压徐变和收缩起到一定约束作用能够减少构件在长期荷载作用下的变形。上述θ适用于一般情况下的矩形、T形、工字形截面梁θ值与温湿度有关对干燥地区θ值应酌情增加%~%。对翼缘位于受拉区的T形截面θ值应增加%。受弯构件变形验算()变形验算目的与要求其主要从以下几个方面考虑:保证结构的使用功能要求防止对结构构件产生不良影响防止对非结构构件产生不良影响保证使用者的感觉在可接受的程度之内。因此对受弯构件在使用阶段产生的最大变形值f必须加以限制即受弯构件变形验算目的主要是用以满足适用性。ff其中f为挠度变形限值。混凝土结构构件变形和裂缝宽度验算属于正常使用极限状态的验算与承载能力极限状态计算相比正常使用极限状态验算具有以下二个特点:考虑到结构超过正常使用极限状态对生命财产的危害远比超过承载能力极限状态的要小因此其目标可靠指标β值要小一些故《规范》规定变形及裂缝宽度验算均采用荷载标准值和材料强度的标准值。由于可变荷载作用时间的长短对变形和裂缝宽度的大小有影响故验算变形和裂缝宽度时应按荷载短期效应组合值并考虑荷载长期效应的影响进行。受弯构件变形计算方法为了简化计算《规范》在挠度计算时采用了“最小刚度原则”即:在同号弯矩区段采用最大弯矩处的截面抗弯刚度(即最小刚度)作为该区段的抗弯刚度对不同号的弯矩区段分别取最大正弯矩和最大负弯矩截面的刚度作为正负弯矩区段的刚度。理论上讲按Bmin计算会使挠度值偏大,但实际情况并不是这样。因为在剪跨区段还存在着剪切变形甚至出现斜裂缝它们都会使梁的挠度增大而这是在计算中没有考虑到的这两方面的影响大致可以相互抵消亦即在梁的挠度计算中除了弯曲变形的影响外还包含了剪切变形的影响。受弯构件变形验算按下列步骤进行:用Bl代替材料力学位移公式中的EI计算出构件的最大挠度并按式进行验算。ff混凝土构件裂缝宽度计算裂缝产生的原因裂缝是工程结构中常见的一种作用效应裂缝按其形成的原因可分为两大类:一类是由荷载作用引起的裂缝另一类是由变形因素引起的裂缝如温度变化、材料收缩以及地基不均匀沉降引起的裂缝由于变形因素引起的裂缝计算因素很多不易准确把握故此处裂缝宽度计算的裂缝主要是指荷载原因引起的裂缝。一级和二级抗裂要求的构件一般要采用预应力而普通的钢筋混凝土构件抗裂要求为三级阶段都是带裂缝工作的。当裂缝宽度较大时一是会引起钢筋锈蚀二是使结构刚度减少、变形增加在使用从而影响结构的耐久性和正常使用同时给人不安全感。因此对允许出现裂缝的钢筋混凝土构件裂缝宽度必须加以限制要求使用阶段最大裂缝宽度小于允许裂缝宽度。即裂缝特性由于混凝土的不均匀性、荷载的可变性以及截面尺寸偏差等因素的影响裂缝的出现、分布和开展宽度具有很大的随机性。但它们又具有一定的规律从平均意义上讲裂缝间距和宽度具有以下特性:裂缝宽度与裂缝间距密切相关。裂缝间距大裂缝宽度也大。裂缝间距小裂缝宽度也小。而裂缝间距与钢筋表面特征有关变形钢筋裂缝密而窄光圆钢筋裂缝疏而宽。在钢筋面积相同的情况下钢筋直径细根数多则裂缝密而窄反之裂缝疏而宽裂缝间距和宽度随受拉区混凝土有效面积增大而增大随混凝土保护层厚度增大而增大裂缝宽度随受拉钢筋用量增大而减小裂缝宽度与荷载作用时间长短有关。裂缝宽度的计算  )最大裂缝宽度计算方法《规范》采用了一个半理论半经验的方法即根据裂缝出现和开展的机理先确定具有一定规律性的平均裂缝间距和平均裂缝宽度然后对平均裂缝宽度乘以根据统计求得的扩大系数来确定最大裂缝宽度ωmax。对“扩大系数”主要考虑两种情况一是荷载短期效应组合下裂缝宽度的不均匀性二是荷载长期效应组合的影响下最大裂缝宽度会进一步加大。《规范》要求计算的ωmax具有%的保证率。各种构件正截面最大裂缝宽度计算公式为:c混凝土保护层厚度当c<mm时取c=mmdeq纵向受拉钢筋的等效直径(mm)。)裂缝截面处钢筋应力σsk的计算偏心受压构件。偏心受压构件σsk按下式计算:裂缝宽度的验算是在满足构件承载力前提下进行的因而截面尺寸、配筋率等均已确定验算中可能会出现裂缝宽度不能满足《规范》要求的情况此时可采取的措施是选择直径较小的钢筋或宜采用变形钢筋必要时还可适当增加配筋率。由公式可知Wmax主要与钢筋应力σsk有效配筋率ρte及钢筋直径有关根据σskρte及d三者的关系《规范》给出了钢筋混凝土构件不需作裂缝宽度验算的最大钢筋直径图表通常裂缝宽度的控制在实际工程中是用控制钢筋最大直径来满足。混凝土构件的延性延性概念  结构、构件或截面延性是指从屈服开始到达到最大承载力或达到以后而承载力还没有显著下降期间的变形能力。即延性是反映构件的后期变形能力。  “后期”是指从钢筋开始屈服进入破坏阶段直到最大承载能力(或下降到最大承载能力的%)时的整个过程。延性要求的目的:满足抗震方面的要求防止脆性破坏在超静定结构中适应外界的变化使超静定结构能充分的进行内力重分布。截面的延性的计算及影响因素截面的延性用延性系数来表达计算时采用平截面假设。延性系数表达式:混凝土结构的耐久性耐久性是指结构在设计使用年限内在正常维护条件下不需要进行大修和加固满足而满足正常使用和安全功能要求的能力。耐久性的概念及其影响因素耐久性设计依据主要是结构的环境类别、设计使用年限及考虑对混凝土材料的基本要求。混凝土的碳化及钢筋的锈蚀是影响混凝土结构耐久性的最主要的综合因素。碳化是混凝土中性化的形式是指大气中的二氧化碳(CO)不断向混凝土内部扩散并与其中的碱性物质发生反应使混凝土的PH值降低。碳化对混凝土本身无害其主要是当碳化至钢筋表面氧化膜被破坏形成钢筋锈蚀的必要条件同时含氧水份侵入形成钢筋锈蚀的充分条件从而加剧混凝土开裂导致结构破坏。碳化影响因素有:环境因素和材料本身的性质。凝土的碳化从构件表面开始向内发展到保护层完全碳化所需要的时间与碳化速度、混凝土保护层厚度、混凝土密实性以及覆盖层情况等因素有关。混凝土的碳化及钢筋的锈蚀减小碳化措施有:合理设计混凝土的配合比提高混凝土的密实度、抗渗性规定钢筋保护层的最小厚度采用覆盖面层。钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键问题,它是一个电化学过程因此锈蚀主要取决于氧气通过混凝土保护层向钢筋表面的阴极的扩散速度而这种扩散速度主要取决于混凝土的密实度。氧气和水份是钢筋锈蚀必要条件。防止钢筋锈蚀措施有:增加混凝土的密实性和混凝土的保护层厚度采用涂面层、钢筋阻锈剂、涂层钢筋、对钢筋采用阴极防护法等。耐久性设计耐久性设计的目的及基本原则耐久性概念设计的目的是指在规定的设计使用年限内在正常维护下必须保持适合于使用满足既定功能的要求。耐久性概念设计的基本原则是根据结构的环境类别和设计使用年限进行设计。规定最小保护层厚度满足混凝土的基本要求控制最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量以及最大碱含量。裂缝控制:一级:严格要求不出现裂缝的构件二级:一般要求不出现裂缝的构件三级:允许出现裂缝的构件。其他措施对环境较差的构件宜采用可更换或易更换的构件对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件宜采用带肋环氧涂层钢筋预应力钢筋应有防护措施。采用有利提高耐久性的高强混凝土。保证耐久性的措施

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