混凝土结构设计原理课件正常使用极限状态验算及耐久性设计
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数理统计的经验公式：通过大量的试验资料分析，找出影响裂缝宽
度的主要参数，建立数理统计公式。
裂缝宽度计算模式
粘结滑移理论
该理论认为：裂缝的开展是由于钢筋和混凝土之间变形不再协调，出现相对 滑移，裂缝开展宽度为一个裂缝间距范围内钢筋与混凝土伸长值之差。
无滑移理论
该理论认为：构件表面裂 缝宽度主要是由开裂截面 的应变梯度所控制，即裂 缝宽度随离开钢筋距离的 增大而增加，钢筋与混凝 土之间无相对滑移，钢筋 表面处裂缝宽度为零，混 凝土保护层厚度是影响裂 缝宽度的主要因素。
使用功能的要求 建筑外观的要求 耐久性的要求
对不同裂缝的控制处理方法
对变形引起的裂缝：目前计算理论中没有或无法考虑，主要是通过 构造措施予以控制。
对荷载引起的裂缝：竖向裂缝、弯剪（扭）斜裂缝、粘结裂缝 （1）对截面正应力引起的竖向裂缝：通过验算加以控制，本章内容。 （2）对弯剪（扭）斜裂缝、粘结裂缝：目前研究不多，没有成熟的公 式，但若满足斜截面承载力并配置了符合计算及构造要求的腹筋，斜 裂缝的宽度一般不会太大。
9.2.2 裂缝的控制等级
裂缝的控制等级主要是根据耐久性要求确定的，与结构的功能要求、环境 条件对钢筋锈蚀的影响、钢筋种类对腐蚀的敏感性和荷载作用时间有关。
《混凝土结构设计规范》对荷载作用下正截面裂缝的控制要求
一级: 严格要求不出现裂缝的构件 按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。
耐久性是通过满足耐久性规定与规范限值(如混凝土保 护层最小厚度、最低混凝土强度等级等)实现的。混凝土结 构应根据使用环境类别和设计使用年限进行耐久性设计。
9.1 概述
结构构件不满足正常使用极限状态的危害性要比不满
足承载能力极限状态的危害性小，其相应的可靠指标β值
相对要求较小，故裂缝宽度及变形的计算采用荷载标准值 （或准永久值）和材料强度的标准值。
安全性是通过承载力的计算和构造措施来保证的， 前面几章对拉、压、弯、剪、扭及其复合受力状态的承 载力计算公式和相应的构造措施做了系统介绍。
9.1 概述
适用性
是指不需要对结构进行维修（或少量维修）和加固 的情况下继续正常使用的性能。如不产生影响使用的过大 挠度或振幅，不产生让使用者感到不安的裂缝等。
最大裂缝宽度的验算 本
受弯构件挠度的验算
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
章 主
结构的耐久性 要
内
容
结构的适用性 结构的耐久性
9.1 概述
结构设计的 功能要求
安全性
适用 性
耐久性
承载能力极限状态 正常使用极限状态
变形 抗裂 裂缝宽度
9.1 概述 安全性
是结构在设计使用期限内，应能承受正常施工、正常 使用时可能出现的各种作用的能力。在作用（如地震）或 偶然事件（如爆炸）发生时及发生后，结构能保持整体稳 定，不致发生连续倒塌。
9.3.1 裂缝的出现、分布和开展过程
受弯构件纯弯段的垂直裂缝开展过程
9.3.1 裂缝的出现、分布和开展过程
受弯构件纯弯段的垂直裂缝开展过程
a
c
<Mcr a
c <Mcr Mcr
Mcr
ftk
sc
ss
ss1
★ 裂缝出现前，混凝土和钢筋的应力、应变沿构件长度基本均匀分布； ★ 由于混凝土实际抗拉强度分布的不均匀性，其实际抗拉强度呈曲线分布；
★ 当混凝土的拉应力达到抗拉强度时，首先会在构件最薄弱截面位置出现第 一条（批）裂缝。
综合理论
将前两种理论结合，既考虑钢筋和混凝土之间可 能出现的相对滑移，又考虑混凝土保护层厚度和 钢筋有效约束区对裂缝宽度的影响。更为合理。
裂缝宽度计算模式
裂缝宽度计算模式
裂缝宽度计算模式
半理论半经验公式
数理统计的经验公式
粘结滑移理论
无滑移理论
前两种理论的结合
我国《混凝土结构设计规范》提出的裂缝宽度计算公式主要 以粘结滑移理论为基础，同时也考虑了混凝土保护层厚度及 钢筋约束区的影响。
结构的适用性是通过正常使用极限状态的验算来满 足的，包括裂缝和变形的验算。通过计算使裂缝宽度和变 形不超过规范规定的限值。
9.1 概述 耐久性
是指在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，结 构构件在规定期限内保持其适用性和安全性的能力。如混 凝土不发生严重风化、腐蚀、脱落，钢筋不发生锈蚀，混 凝土与钢筋的粘结锚固的削弱。核心是钢筋的锈蚀。
裂缝的分类 裂缝的成因 裂缝控制目的和要求
9.2.1 裂缝的分类与成因
裂缝按成因分类
荷载作用引起的裂缝 温度变化引起的裂缝 混凝土收缩引起的裂缝 钢筋锈蚀引起的裂缝 冻融循环作用等引起的裂缝 碱骨料反应引起的裂缝 地基的不均匀沉降引起的裂缝
荷载引起 变形引起
9.2.1 裂缝的分类与成因
裂缝控制的目的
平均裂缝间距的计算 平均裂缝宽度的计算 最大裂缝宽度的计算
裂缝宽度计算模式
裂缝宽度计算模式
裂缝宽度计算模式
半理论半经验公式
数理统计的经验公式
粘结滑移理论
无滑移理论
前两种理论的结合
半理论半经验公式：从分析裂缝开展的机理着手，根据某一力学模型
推导出理论计算公式，再利用试验数据确定公式中的某些系数。
构件的变形及裂缝宽度都随时间而增大，对于正常使用 极限状态，应按荷载效应的标准组合及准永久组合、并考虑 长期作用的影响分别加以验算。
正常使用极限状态验算的特点
目的：保证结构的适用性和耐久性。 内容：抗裂验算；
裂缝宽度验算； 受弯构件变形验算； 结构耐久性设计。 可靠度水准：目标可靠指标比承载能力极限状态低。 设计特点 （1）可靠指标可适当降低； （2）这种设计为验算而非计算 ； （3）荷载取标准值或准永久值，材料强度取标准值； （4）考虑荷载效应的长期影响； （5）裂缝宽度和变形验算取第Ⅱ阶段的应力图形。
二级: 一般要求不出现裂缝的构件 按荷载标准组合时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土轴 心抗拉强度标准值。
三级: 允许出现裂缝的构件 对钢筋混凝土构件，按荷载准永久组合并考虑长期作用影响计算时；
对预应力混凝土构件，按荷载标准组合并考虑长期作用影响计算时，构件 的最大裂缝宽度不应超过规定的最大裂缝宽度限值。对二a类环境的预应 力混凝土构件，尚应按荷载准永久组合计算，且构件受拉边缘混凝土的拉 应力不应大于混凝土的抗拉强度标准值。
度的主要参数，建立数理统计公式。
裂缝宽度计算模式
粘结滑移理论
该理论认为：裂缝的开展是由于钢筋和混凝土之间变形不再协调，出现相对 滑移，裂缝开展宽度为一个裂缝间距范围内钢筋与混凝土伸长值之差。
无滑移理论
该理论认为：构件表面裂 缝宽度主要是由开裂截面 的应变梯度所控制，即裂 缝宽度随离开钢筋距离的 增大而增加，钢筋与混凝 土之间无相对滑移，钢筋 表面处裂缝宽度为零，混 凝土保护层厚度是影响裂 缝宽度的主要因素。
使用功能的要求 建筑外观的要求 耐久性的要求
对不同裂缝的控制处理方法
对变形引起的裂缝：目前计算理论中没有或无法考虑，主要是通过 构造措施予以控制。
对荷载引起的裂缝：竖向裂缝、弯剪（扭）斜裂缝、粘结裂缝 （1）对截面正应力引起的竖向裂缝：通过验算加以控制，本章内容。 （2）对弯剪（扭）斜裂缝、粘结裂缝：目前研究不多，没有成熟的公 式，但若满足斜截面承载力并配置了符合计算及构造要求的腹筋，斜 裂缝的宽度一般不会太大。
9.2.2 裂缝的控制等级
裂缝的控制等级主要是根据耐久性要求确定的，与结构的功能要求、环境 条件对钢筋锈蚀的影响、钢筋种类对腐蚀的敏感性和荷载作用时间有关。
《混凝土结构设计规范》对荷载作用下正截面裂缝的控制要求
一级: 严格要求不出现裂缝的构件 按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。
耐久性是通过满足耐久性规定与规范限值(如混凝土保 护层最小厚度、最低混凝土强度等级等)实现的。混凝土结 构应根据使用环境类别和设计使用年限进行耐久性设计。
9.1 概述
结构构件不满足正常使用极限状态的危害性要比不满
足承载能力极限状态的危害性小，其相应的可靠指标β值
相对要求较小，故裂缝宽度及变形的计算采用荷载标准值 （或准永久值）和材料强度的标准值。
安全性是通过承载力的计算和构造措施来保证的， 前面几章对拉、压、弯、剪、扭及其复合受力状态的承 载力计算公式和相应的构造措施做了系统介绍。
9.1 概述
适用性
是指不需要对结构进行维修（或少量维修）和加固 的情况下继续正常使用的性能。如不产生影响使用的过大 挠度或振幅，不产生让使用者感到不安的裂缝等。
最大裂缝宽度的验算 本
受弯构件挠度的验算
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
章 主
结构的耐久性 要
内
容
结构的适用性 结构的耐久性
9.1 概述
结构设计的 功能要求
安全性
适用 性
耐久性
承载能力极限状态 正常使用极限状态
变形 抗裂 裂缝宽度
9.1 概述 安全性
是结构在设计使用期限内，应能承受正常施工、正常 使用时可能出现的各种作用的能力。在作用（如地震）或 偶然事件（如爆炸）发生时及发生后，结构能保持整体稳 定，不致发生连续倒塌。
9.3.1 裂缝的出现、分布和开展过程
受弯构件纯弯段的垂直裂缝开展过程
9.3.1 裂缝的出现、分布和开展过程
受弯构件纯弯段的垂直裂缝开展过程
a
c
<Mcr a
c <Mcr Mcr
Mcr
ftk
sc
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ss1
★ 裂缝出现前，混凝土和钢筋的应力、应变沿构件长度基本均匀分布； ★ 由于混凝土实际抗拉强度分布的不均匀性，其实际抗拉强度呈曲线分布；
★ 当混凝土的拉应力达到抗拉强度时，首先会在构件最薄弱截面位置出现第 一条（批）裂缝。
综合理论
将前两种理论结合，既考虑钢筋和混凝土之间可 能出现的相对滑移，又考虑混凝土保护层厚度和 钢筋有效约束区对裂缝宽度的影响。更为合理。
裂缝宽度计算模式
裂缝宽度计算模式
裂缝宽度计算模式
半理论半经验公式
数理统计的经验公式
粘结滑移理论
无滑移理论
前两种理论的结合
我国《混凝土结构设计规范》提出的裂缝宽度计算公式主要 以粘结滑移理论为基础，同时也考虑了混凝土保护层厚度及 钢筋约束区的影响。
结构的适用性是通过正常使用极限状态的验算来满 足的，包括裂缝和变形的验算。通过计算使裂缝宽度和变 形不超过规范规定的限值。
9.1 概述 耐久性
是指在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，结 构构件在规定期限内保持其适用性和安全性的能力。如混 凝土不发生严重风化、腐蚀、脱落，钢筋不发生锈蚀，混 凝土与钢筋的粘结锚固的削弱。核心是钢筋的锈蚀。
裂缝的分类 裂缝的成因 裂缝控制目的和要求
9.2.1 裂缝的分类与成因
裂缝按成因分类
荷载作用引起的裂缝 温度变化引起的裂缝 混凝土收缩引起的裂缝 钢筋锈蚀引起的裂缝 冻融循环作用等引起的裂缝 碱骨料反应引起的裂缝 地基的不均匀沉降引起的裂缝
荷载引起 变形引起
9.2.1 裂缝的分类与成因
裂缝控制的目的
平均裂缝间距的计算 平均裂缝宽度的计算 最大裂缝宽度的计算
裂缝宽度计算模式
裂缝宽度计算模式
裂缝宽度计算模式
半理论半经验公式
数理统计的经验公式
粘结滑移理论
无滑移理论
前两种理论的结合
半理论半经验公式：从分析裂缝开展的机理着手，根据某一力学模型
推导出理论计算公式，再利用试验数据确定公式中的某些系数。
构件的变形及裂缝宽度都随时间而增大，对于正常使用 极限状态，应按荷载效应的标准组合及准永久组合、并考虑 长期作用的影响分别加以验算。
正常使用极限状态验算的特点
目的：保证结构的适用性和耐久性。 内容：抗裂验算；
裂缝宽度验算； 受弯构件变形验算； 结构耐久性设计。 可靠度水准：目标可靠指标比承载能力极限状态低。 设计特点 （1）可靠指标可适当降低； （2）这种设计为验算而非计算 ； （3）荷载取标准值或准永久值，材料强度取标准值； （4）考虑荷载效应的长期影响； （5）裂缝宽度和变形验算取第Ⅱ阶段的应力图形。
二级: 一般要求不出现裂缝的构件 按荷载标准组合时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土轴 心抗拉强度标准值。
三级: 允许出现裂缝的构件 对钢筋混凝土构件，按荷载准永久组合并考虑长期作用影响计算时；
对预应力混凝土构件，按荷载标准组合并考虑长期作用影响计算时，构件 的最大裂缝宽度不应超过规定的最大裂缝宽度限值。对二a类环境的预应 力混凝土构件，尚应按荷载准永久组合计算，且构件受拉边缘混凝土的拉 应力不应大于混凝土的抗拉强度标准值。