刚度变形计算(长期刚度与短期刚度)

2、受压区边缘混凝土平均应变综合系数
根据试验实测受压边缘混凝土的压应变，可以得到系数 的试验值。 在短期弯矩Mk=（0.5~0.7）Mu范围，系数 的变化很小，仅与配筋率
有关。《规范》根据试验结果分析给出
E 0.2 6 E

1 3.5 f
f

(bf b)hf bh0
ck

Mk
wxhbh02
sk

Mk
As hh0
x h0
hh 0
c wc
C
sAs
c
cc


c
c Ec
c
Mk
wxh Ecbh02


Mk Ecbh02
s
s

sk
Es
Mk h Es As h0


Mk Bs

s c
h0


Mk Ecbh02
wxhbh02
sk

Mk
As hh0
x h0
hh0
c wc
C
sAs
c


c

ck

c
ck Ec
s
sk
sk
Es
3、平衡关系：根据裂缝截面的应力分布
Mk C hh0 w ck x h0 b hh0 Mk T hh0 sk As hh0



耐久性—

裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低， 影响使用寿命
外观感觉
变形和裂缝宽度的计算
对于超过正常使用极限状态的情况，由于其对生命财产的危害 性比超过承载力极限状态要小，因此相应的可靠度水平可比承载 力极限状态低一些。 正常使用极限状态的计算表达式为，
S C
GB50010-2002中采用的荷载组合包括： （1）标准组合 （2）准永久组合
本章主要对梁的挠度、构件的最大裂缝宽度进行分析计算， 应保证它们在规范的规定范围内。
9.2 受弯构件的变形验算
一、变形限值
f ≤[f]
[f]为挠度变形限值。主要从以下几个方面考虑： 1、保证结构的使用功能要求。结构构件产生过大的变形将影响
甚至丧失其使用功能，如支承精密仪器设备的梁板结构挠度 过大，将难以使仪器保持水平；屋面结构挠度过大会造成积 水而产生渗漏；吊车梁和桥梁的过大变形会妨碍吊车和车辆 的正常运行等。
2、悬臂构件的挠度限值按表中相应数值乘以系数 2.0 取用。
二、钢筋混凝土梁抗弯刚度的特点
f
均布：f

5 ql4
384 EI

5 Ml2
48
EI

集中： f

1 Pl 3 48 EI
1 Ml 2 12 EI


f C M l2 EI
EI M

截面抗弯刚度EI 体现了截面抵抗弯曲变形的能力，同时也反映 了截面弯矩与曲率之间的物理关系。
的应变分布具有以下特征：
三、荷载标准组合下的短期刚度
由于挠度是反映跨长范围内的综合效应，因此，可以采用平均 曲率。 中和轴位置处的平均曲率如下面的公式所示。
s c
h0
Bs

Ms

材料力学中曲率与弯矩关系的推导
M
EI

y
E
E
M y
I
几何关系 物理关系 平衡关系
变形和裂缝宽度的计算
第9章 变形和裂缝宽度的计算
Deformation and Crack Width of RC Beam 9.1 概 述
安全性— 承载能力极限状态



影响正常使用：如吊车、精密仪器
结构的 功能 —

适用性—

对其它结构构件的影响 振动、变形过大 对非结构构件的影响：门窗开关，隔墙开裂等 心理承受：不安全感，振动噪声
M
y Ey EI
1、几何关系： s c
h0
2、物理关系：
s

s
Es
，
c
c Ec
3、平衡关系：根据裂缝截面的应力分布
Mk C hh0 w ck x h0 b hh0 Mk T hh0 sk As hh0
ck

Mk
对于钢梁，由于是匀质材料，可以按照结构力学的方法计算挠 度。但是，对于钢筋混凝土梁，情况要复杂得多。
一方面，钢筋混凝土梁为非匀质非弹性材料，抗弯刚度确定比 较复杂；另一方面，混凝土具有收缩、徐变的特点，会使得长 期抗弯刚度会减小（也就是说，要考虑荷载的长期影响）。所 以，钢筋混凝土梁的挠度，应该由长期刚度求得。
h
h0
Mk Es Ash0
Bs

Es As h02
E
h
E

Es Ec
只要确定了参数h、 和，则可以计算出Bs 。
参数h、 和的讨论
1、开裂截面的内力臂系数h
试验和理论分析表明，在短期弯矩Mk=（0.5~0.7）Mu范围，裂缝
截面的相对受压区高度x 变化很小，内力臂的变化也不大。对常用的 混凝土强度和配筋情况，h 值在0.83~0.93之间波动。《规范》为简化 计算，取h=0.87。
受压翼缘加强系数
利用
f
(bf b)hf bh0
h'f 0.2h0 。
表 11.1 受弯构件的挠度限值
构件类型 吊车梁：手动吊车
电动吊车
挠度限值（以计算跨度 l0 计算）
l0/500 l0/600
屋盖、楼盖及楼梯构件：
当 l0≤7m 时
l0/200(l0/250)
当 7m≤l0≤9m 时
l0/250(l0/300)
当 l0 > 9m 时
l0/300(l0/400)
注：1、表中括号内数值适用于使用上对挠度有较高要求的构件；
长期刚度与短期刚度存在一定的联系。下面先来研究短期刚度。
三、荷载标准组合下的短期刚度
混凝土开裂前，刚度可取为0.85EcI0 。由于混凝土开裂、弹塑性
应力-应变关系和钢筋屈服等影响，钢筋混凝土适筋梁的M- 关
系不再是直线。
M
EcI0
M EcI0
My
0.85EcI0
Ms
Fra Baidu bibliotek
Mcr
Bs
Mcr


短期弯矩Msk一般处于第Ⅱ阶段，刚度计算需要研究构件带裂 缝时的工作情况。该阶段裂缝基本等间距分布，钢筋和混凝土
2、防止对结构构件产生不良影响。如支承在砖墙上的梁端产生 过大转角，将使支承面积减小、支承反力偏心增大，并会引 起墙体开裂。
3、防止对非结构构件产生不良影响。结构变形过大会使门窗等 不能正常开关，也会导致隔墙、天花板的开裂或损坏。
4、保证使用者的感觉在可接受的程度之内。过大振动、变形 会引起使用者的不适或不安全感。