钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性

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ψ>1.0时,取1.0
在试验中量测这些值,就可求出η。
Ate—有效受拉面积,图9-6。
3. ζ——受压边缘混凝土平均应变综合系数
为了简化计算,直接给出:
(9-15)
最后的Bs的计算公式:
(9-16)
纯弯段内平均截面弯曲刚度
9.1.4 受弯构件的截面刚度B——考虑荷载长期作用的影响
考虑荷载长期作用的影响 后,截面弯曲刚度将降低,构件挠度将增大。
得:
解:(1)本题的关键:将多孔板截面换算成工字形截面。 换算条件:ⅰ. 形心位置不变; ⅱ. 面积不变; ⅲ. 对形心轴的惯性矩不变。
解出bh,hh
本题:
9.2 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算 9.2.1 裂缝的出现、分布和开展 以轴心受拉构件为例 由此看来: 首批裂缝在混凝土抗拉强度较薄弱的截面产生,其次的裂缝将在裂缝间距≥2L的区段上产生,哪里最薄弱,哪里先出现裂缝。 但裂缝间距不会小于L,即稳定后的裂缝间距为:L~2L。
实际工程中:0.5~0.7Mu。
9.1.2 短期刚度Bs
(1)不考虑徐变影响 短期刚度
(2)引用平截面假定 指平均应变

∴有
计算短期刚度的思路:
由定义知:
由平截面假定知:

(9-3)
∴ 导出εcm、εsm的计算公式,即可获得Bs的计算公式。
影响因素及其讨论:
(1) 为什么?
(2) 为什么?
【例题9-5】。。。。。。
【例题9-6】。。。。。。
9.3 钢筋混凝土截面延性
9.3.1 延性的概念
材料与截面
受拉
受压
脆性的
有延性的
构件截面
受弯正截面
受压正截面
材料
延性:
指从屈服开始到最大承载能力之间的变形能力,或达到最大承载能力还没有显著下降时(一般取85%)。
延性的度量:
(1)
(2)图9-20反映的情况
[n],0.7~0.9
轴压比
λs对fc°的提高作用不十分显著,但对破坏阶段的应变影响较大。当λs较高时,下降段平缓,混凝土极限压应变值增大,使截面曲率延性系数提高。
含箍特征值
体积配箍率
图9-20 配箍率对棱柱体试件σ-ε曲线的影响
我国《混凝土结构设计规范》对混凝土框架柱设计的要求:
。。。。。。
9.4.4 耐久性设计
耐久性设计的目的
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。
方法
将混凝土结构按使用环境不同分类
【例题9-1】已知在教学楼楼盖中,一矩形截面简支梁,b*h=200*500mm,配置4D16(HRB400级)受力钢筋,混凝土C20,保护层厚度C=25mm,L0=5.6m,承受均布荷载,其中永久荷载(包括自重在内)标准值gk=12.4kN/m,楼面活荷载标准值qk=8kN/m,楼面活荷载的准永久值系数ψq=0.5。试验算其挠度。
ⅰ. 徐变;
ⅱ. 裂缝间受拉混凝土不断退出工作;
ⅲ. 裂缝向上发展,引起的钢筋和混凝土应力的变化;
ⅳ. 收缩变形。
荷载长期作用下刚度降低的原因,P.218
考虑荷载长期作用的影响 后的截面刚度B
ⅰ. 荷载的标准组合,短期效应,Mk
ⅱ. 荷载的频遇组合
ⅲ. 荷载的准永久组合,长期效应,Mq
挠度计算时考虑的荷载效应
本题挠度验算时钢筋的应力水平
本题短期刚度和长期刚度的比值
解:注意问题,和本题的结论。
【例题9-2】已知图9-11(a)所示八孔空心板,混凝土C20,配置9D6HPB235(Ⅰ级)受力钢筋,保护层厚C=10mm,计算跨度L0=3.04m,承受荷载标准组合Mk=4.47kN-M,荷载准永久组合Mq=2.91kN-M,flim=L0/200,试验算挠度是否满足。
(3)L的大小与:
ⅰ.
Δ=钢筋的伸长-混凝土的伸长
钢筋的伸长-混凝土的伸长=0
ⅱ.
裂缝从里到外一样宽
裂缝从里到外不一样宽
ⅲ.
Δ和C无关
Δ和C有关
(4)裂缝宽度的形成:
配筋率有关——
钢筋表面积大小有关——
粘结强度有关——混凝土等级,钢筋表面性状,保护层厚度等。
粘结无滑移理论
裂缝宽度计算的思路
某一条具体的裂缝出现的部位是随机的,其裂缝宽度也是随机的。
但平均裂缝间距和平均裂缝宽度具有一定的规律性,且两者之间有一定的关联性。
这样,计算裂缝宽度的思路与方法就可以确定为:
(3)用Wm估计Wmax。例如:
k为估计系数
9.2.2 平均裂缝间距
混凝土梁截面弯曲刚度
9.1 混凝土受弯构件的挠度计算 源自材力: 9.1.1 截面弯曲刚度的概念及定义

混凝土梁截面弯曲刚度的主要特点 随M的增大而减小,OA段取: 随配筋率ρ的降低而减小; 沿梁的跨度是变化的; 随加荷时间的增长而减小。
正常使用极限状态的荷载水平
承载能力极限状态
由可变荷载效应控制的组合
(1)
在裂缝处截开,取隔离体,得:
(2)确定平均裂缝宽度Wm和Lm的关系;
(1)求平均裂缝间距:Lm;
(2)
得:
ρte为按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率
取钢筋隔离体,建立平衡条件:
(9-28)
最后规范提出的公式:
(9-29)
等效直径
9.2.3 平均裂缝宽度
(9-34) (9-35) 偏心受压 (9-36)
由永久荷载效应控制的组合
1.2;1.4
1.35;1.4*ψc
在民用建筑工程中,认为平均≈1.25恒载标准值
正常使用极限状态
荷载的标准组合
荷载的准永久组合
≈恒载标准值
荷载的频遇组合
∴从荷载规范确定的数值看,两者的荷载水平相差1.2~1.4倍。或者,正常使用极限状态的荷载水平是设计荷载的0.833~0.71Mu。
不了解或不重视结构耐久性问题而产生的工程问题: (1)钢结构的维护费用; (2)韩国一栋商业大楼突然倒塌——使用海砂; (3)苏州河上一座桥,在清晨被一艘过路渔船的桅杆碰垮。
影响耐久性能的主要因素
内部因素:混凝土强度,密实性,水泥用量,水灰比,氯离子,碱含量。
(1)
(2)
延性系数
延性的作用:
1.延缓结构破坏,有预告; 2.在超静定结构中有积极的作用; 3.可吸收和耗散能量,对提高结构抗震性能有利。
有人提出,构件的延性几乎和构件的强度同等重要。
受弯构件截面曲率延性系数 采用平截面假定,则: ∴ 或 (9-44) 。。。。。。 (9-48)
(1)
(2)柱端箍筋加密区,
加密区长度:
加密区箍筋的数量:
用λs控制
§9.4 混凝土结构的耐久性
9.4.1 耐久性的概念与主要影响因素
钢结构的寿命
防锈漆
混凝土结构的寿命
(1)混凝土的寿命
(2)钢筋的寿命——用混凝土维护
混凝土结构的耐久性
指在设计工作寿命期内,在正常维护下,保持适合于使用,而不需要进行维修加固的能力。
2. 连续梁的挠度计算
“当构件上存在正、负弯矩时,可分别取同号弯矩区段内 处截面的最小刚度计算挠度” B的计算位置,详P.220
(1)Mk的大小;
(2)ρ;
(3)截面形状。即有无受拉翼缘、受压翼缘;
(4)在常用配筋率ρ=1%~2%的情况下,提高混凝土强度等级对提高Bs作用不大;
第九章 钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性
回顾
结构的基本功能
安全性 适用性 耐久性
怎样度量结构完成预定功能?
极限状态
承载能力极限状态 正常使用极限状态
前述内容都是构件的承载能力极限状态,或称强度计算。
本章讨论的内容
挠度计算的思路 与荷载形式、支承条件有关,例如:
1. 影响BS的因素
经验跨高比的由来。
4. 混凝土结构构件的变形限值
如图9-10所述问题。
3. 跨高比
(1)保证建筑的使用功能要求;
(2)防止对结构构件产生不良影响;
(3)防止对非结构构件产生不良影响;
(4)保证人们的感觉在可接受程度内。
例如:楼板的平整度,吊车梁的挠度。
例如:门、窗;幕墙。
(3)
怎样使εcu增大?
(4)
混凝土强度等级提高
钢筋强度变化有限
在设计中比较容易控制的因素,或设计者需要注意的: 1) εcu 2) x
1) , 2) 3)在M较大的区段适当加密箍筋。 9.3.2 偏压构件截面曲率延性的分析 若为弹性 提高截面曲率延性系数的主要措施:
(5)当配筋率和材料给定时,截面的h0对Bs作用最显著。
2. 配筋率对承载力和挠度的影响
图9-9,非常有用的结论: (1)配筋率增大,对提高梁的承载力影响大。 (2)配筋率增大,对提高梁的弯曲刚度不明显。
此影响是通过ψ来体现,即:
ρ增大,Bs也略有增大。
9.1.6 对受弯构件挠度验算的讨论
(9-16)
考虑荷载长期作用影响的挠度增大系数。
考虑荷载长期作用影响后的刚度。

短期荷载的挠度
长期荷载的挠度
由上式可得:
标准组合产生的M
准永久组合产生的M
(9-20)
且 θ在一些特殊情况下的调整,P.219。 9.1.5 最小刚度原则与挠度计算 1. 简支梁的挠度计算 采用最小刚度Bmin,由此计算的挠度会不会偏大?不会,因为计算中虽然将弯曲挠度算大,但没有考虑剪切变形对挠度的影响,两者抵消使得最终挠度比较接近实际情况。
εsm (9-8) εcm 钢筋拉应变不均匀系数 裂缝截面的钢筋应变 (9-9) 裂缝截面处受压边缘混凝土压应变 受压边缘混凝土压应变不均匀系数 1
对于Ⅰ字形截面:
由∑X=0,得: 图9-3 第Ⅱ阶段裂缝截面的应力图 =Mk 受压翼缘的加强系数 (9-7) ∴
(9-9b)

——受压翼缘混凝土平均应变综合系数
9.4.2 混凝土的碳化
碳化对混凝土本身无害,其主要问题是当碳化至钢筋表面时,将会破坏氧化膜,使钢筋有锈蚀的危险。此外,还会加剧混凝土的收缩,导致混凝土开裂。这些均给混凝土的耐久性带来不利影响。
碳化是混凝土由碱性向中性过渡。
外部因素:温度,湿度,CO2含量,侵蚀性介质。
9.4.3 钢筋的锈蚀
(或钢筋面积增大)
【例题9-3】已知某屋架下弦按轴心受拉构件设计,截面尺寸为200mm×160mm,保护层厚度c=25mm,配置4D16,HRB400级钢筋,混凝土强度等级为C40,荷载效应的标准组合的轴向拉力Nk=142kN,wlim=0.2mm。试验算最大裂缝宽度。
解:。。。。。。
【例题9-4】。。。。。。
计算 受弯构件 轴心受拉 偏心受拉 (9-33)
裂缝间钢筋的平均应变
裂缝间的混凝土平均应变
平均裂缝宽度Wm (9-32)
9.2.4 最大裂缝宽度及其验算
(9-40)
(mm)
用试验、数理统计的方法得出Wmax的计算公式
τl长期荷载影响
τ平均裂缝宽度的增大系数
规范提出的公式
构件受力特征系数,轴心受拉2.7,偏拉2.4,受弯、偏压2.1。
Bs
(9-10)
9.1.3 参数η、ψ和ζ的表达式
1. η——裂缝截面处内力臂长度系数
η与Mk°的关系不大,但与配筋率及截面形状有关,经理论分析,对常用的混凝土强度等级及配筋率,可近似取:
(9-11)
2. ψ——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数
(9-13)
计算时,ψ<0.2时,取0.2
给出的是具有95%保证率的相对最大裂缝宽度。
最大裂缝宽度验算
详规范,0.2~0.3mm,一般0.3mm。
有关wmax的几个概念
(1) ,
,即:钢筋直径减小,裂缝宽度减小。
(2) ,
,即:配筋率增大,裂缝宽度减小。
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