鋼混原理耐久性

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理,第 8 章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,主要內(nèi)容：,考慮構(gòu)件變形、裂縫和耐久性的重要性鋼筋混凝土構(gòu)件變形和裂縫寬度的驗(yàn)算方法,重點(diǎn)：,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,,,,結(jié)構(gòu)的功能: 安全性—— 承載能力極限狀態(tài) 適用性—— 影響正常使用，如吊車(chē)、精密儀器

2、 對(duì)其它結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響 振動(dòng)、變形過(guò)大 對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響：門(mén)窗開(kāi)關(guān)，隔墻開(kāi)裂等 心理承受：不安全感，振動(dòng)噪聲 耐久性—— 裂縫過(guò)寬：鋼筋銹蝕導(dǎo)致承載力降低，影響使用壽 命外觀(guān)感覺(jué),正常使用極限狀態(tài),第

3、8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,,,,過(guò)大裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)的影響——引起鋼筋的嚴(yán)重銹蝕，降低結(jié)構(gòu) 的耐久性，損壞結(jié)構(gòu)的外觀(guān)，引起使用者的不安裂縫控制——達(dá)到正常使用極限狀態(tài)界限時(shí)臨界裂縫寬度的限值 裂縫寬度的計(jì)算產(chǎn)生原因——荷載作用； 混凝土的組成成分； 溫度變化；

4、 混凝土的收縮和徐變； 基礎(chǔ)的不均勻沉降； 鋼筋的銹蝕裂縫形態(tài)——正裂縫；斜裂縫；粘結(jié)裂縫,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,裂縫形態(tài),第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,裂縫出現(xiàn)及開(kāi)展的過(guò)程,1 裂縫的出現(xiàn)、分布和開(kāi)展,時(shí)，鋼筋與混凝土粘結(jié)無(wú) 破壞，

5、純彎段各截面拉 應(yīng)變均勻分布； 時(shí)，在薄弱處，出現(xiàn)第一批裂縫; 時(shí)，出現(xiàn)第二批裂縫，裂縫之間混凝土應(yīng)力達(dá)到 ，裂縫間距在l~2l之間，“裂縫出現(xiàn)階段”； 繼續(xù)增加，裂縫開(kāi)展。,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,,第8章 混凝土構(gòu)件的使用

6、性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,粘結(jié)強(qiáng)度鋼筋表面積大小配筋率,裂縫寬度影響因素,傳遞長(zhǎng)度l,裂縫寬度,受拉區(qū)混凝土的滑移徐變和拉應(yīng)力的松弛混凝土的收縮鋼筋直徑變化,裂縫寬度指的是受拉鋼筋重心水平處構(gòu)件側(cè)表面上混凝土的裂縫寬度,1 裂縫的出現(xiàn)、分布和開(kāi)展,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,2 平均裂縫間距,軸心受拉構(gòu)件粘結(jié)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度,由

7、平衡條件,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,2 平均裂縫間距,平均裂縫間距l(xiāng)m與 的關(guān)系,上式表明，當(dāng)配筋率相同時(shí)，鋼筋直徑越細(xì)，裂縫間距越小，裂縫寬度也越小，即裂縫的分布與開(kāi)展細(xì)而密。 但上式中，當(dāng) 趨于零時(shí)，裂縫間距也趨于零，這與實(shí)際不符。 試驗(yàn)表明，當(dāng) 很大時(shí)，裂縫間距趨于某一常數(shù)，該數(shù)

8、與混凝土保護(hù)層厚度以及鋼筋有效約束區(qū)有關(guān)。為此，對(duì)上式進(jìn)行如下修正：,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,2 平均裂縫間距,對(duì)于常用的帶肋鋼筋，《規(guī)范》給出的平均裂縫間距l(xiāng)m的計(jì)算公式為,軸心受拉構(gòu)件,受彎、偏拉、偏壓構(gòu)件,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,3 平均裂縫寬度,平均裂縫寬度的計(jì)算公式為,平均裂縫寬度計(jì)算圖式,—

9、—裂縫截面處縱向鋼筋的拉應(yīng)力——縱向鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)——裂縫間混凝土自身伸長(zhǎng)對(duì)裂縫 寬度的影響系數(shù)，為簡(jiǎn)化，一般取0.85,式中：,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,3 平均裂縫寬度,裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力,均可按裂縫截面處力的平衡條件求得,軸心受拉構(gòu)件,——按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的軸向拉力——受拉鋼筋總截面面積,式中,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,

10、,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,3 平均裂縫寬度,裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力,受彎構(gòu)件,——按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的截面彎矩——截面有效高度——內(nèi)力臂系數(shù)，可近似取為0.87,式中,受彎構(gòu)件裂縫截面處的應(yīng)力,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,3 平均裂縫寬度,裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力,偏心受拉構(gòu)件,式中,大、小偏心受拉構(gòu)件鋼筋應(yīng)力計(jì)算圖式,—軸向拉力作用點(diǎn)至受壓區(qū)或受拉

11、較小邊縱 向鋼筋合力點(diǎn)的距離—截面重心至受壓或較小受拉邊緣的距離,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,3 平均裂縫寬度,裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力,偏心受壓構(gòu)件,偏心受壓構(gòu)件鋼筋應(yīng)力計(jì)算圖式,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,3 平均裂縫寬度,裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力,偏心受壓構(gòu)件,式中,——按荷載標(biāo)準(zhǔn)組

12、合計(jì)算的軸向壓力值——Nk至受拉鋼筋A(yù)s合力點(diǎn)的距離——縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)至受壓區(qū)合力點(diǎn)的距離——使用階段的軸向壓力偏心距增大系數(shù)，當(dāng)l0／h≤14時(shí)，取1.0。——受壓翼緣截面面積與腹板有效截面面積的比值,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,3 平均裂縫寬度,縱向鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù),純彎區(qū)段內(nèi)鋼筋應(yīng)變分布,系數(shù) 的物理意義就是反映裂縫間受拉混凝土對(duì)縱向受拉鋼筋

13、應(yīng)變的影響程度,的影響因素,裂縫間拉區(qū)混凝土參與工作的程度 鋼筋的數(shù)量 鋼筋的粘結(jié)性能 鋼筋的布置,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,3 平均裂縫寬度,縱向鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù),純彎區(qū)段內(nèi)鋼筋應(yīng)變分布,＜0.2時(shí)，取 ＝0.2，當(dāng) ＞1 時(shí)取 ＝1，對(duì)直接承受重復(fù)荷載的構(gòu)件取 ＝1,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1

14、鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,3 平均裂縫寬度,縱向鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù),有效受拉混凝土面積,受彎、偏拉、偏壓構(gòu)件,軸拉構(gòu)件 Ate取全截面,Ate ——有效受拉混凝土截面面積,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,4 最大裂縫寬度及其驗(yàn)算,最大裂縫寬度的計(jì)算,裂縫寬度統(tǒng)計(jì),影響建筑觀(guān)感和結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素是裂

15、縫的最大開(kāi)展寬度設(shè)計(jì)中控制的裂縫寬度是某一協(xié)議概率(5％)下的相對(duì)最大裂縫寬度,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,4 最大裂縫寬度及其驗(yàn)算,最大裂縫寬度的計(jì)算,《規(guī)范》規(guī)定：,式中：,—— 構(gòu)件受力特征系數(shù)，軸拉構(gòu)件 ＝2.7， 偏拉構(gòu)件 ＝2.4，受彎和偏壓構(gòu)件 ＝2.1—— 最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離(mm)——

16、縱向受拉鋼筋的等效直徑(mm),c,deq,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,4 最大裂縫寬度及其驗(yàn)算,最大裂縫寬度限值,主要考慮兩方面的理由：,過(guò)大的裂縫會(huì)引起混凝土中鋼筋的嚴(yán)重銹蝕，降低結(jié)構(gòu)的耐久性；過(guò)大的裂縫會(huì)損壞結(jié)構(gòu)外觀(guān)，引起使用者的不安。,一般認(rèn)為裂縫寬度控制在0.30mm以?xún)?nèi)是合適的,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)

17、算,4 最大裂縫寬度及其驗(yàn)算,最大裂縫寬度驗(yàn)算,wmax≤ wlim,式中wlim為《規(guī)范》規(guī)定的最大裂縫寬度限值,注意事項(xiàng)：（1）適用范圍：20mm≤c≤65mm（2）《規(guī)范》規(guī)定： ＜0.01時(shí)，取 =0.01，以限制計(jì)算最大裂縫寬度 的應(yīng)用范圍（3）直接承受吊車(chē)荷載但不需作疲勞驗(yàn)算的受彎構(gòu)件，因吊車(chē)荷載滿(mǎn)載的可能性較小，且已?。?，所以可將計(jì)算求得的最大裂縫寬度乘以0.85（4）e0/h0＜0.55的偏壓

18、構(gòu)件，試驗(yàn)表明最大裂縫寬度小于允許值，因此可不予驗(yàn)算。,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.1 鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度驗(yàn)算,4 最大裂縫寬度及其驗(yàn)算,不滿(mǎn)足最大裂縫寬度要求時(shí)采取的措施,施加預(yù)應(yīng)力,減小鋼筋直徑,適當(dāng)增加配筋率,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,撓度驗(yàn)算公式,保證結(jié)構(gòu)的使用功能要求防止對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響防止對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生不良影響保證使

19、用者的感覺(jué)在可接受的程度之內(nèi),f ≤ flim,flim——為受彎構(gòu)件的撓度限值,主要從以下幾個(gè)方面考慮：,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,1 混凝土受彎構(gòu)件變形計(jì)算的特點(diǎn),勻質(zhì)彈性材料梁的跨中撓度 f 為,當(dāng)梁的截面形狀、尺寸和材料確定時(shí)，其截面彎曲剛度EI 是一個(gè)常數(shù)，既與彎矩?zé)o關(guān)，也不受時(shí)間影響。,混凝土受彎構(gòu)件的跨中撓度 f 為,B 仍稱(chēng)為受彎構(gòu)件的彎曲剛度，但由于混凝

20、土是不均勻的非彈性材料，其變形模量 E’c 隨截面應(yīng)力增大而減小，而裂縫截面的慣性矩 Ic 也隨裂縫開(kāi)展而顯著降低，加之混凝土材料具有比較明顯的徐變、收縮等“時(shí)隨”特性，需要考慮長(zhǎng)期荷載的影響，因而確定鋼筋混凝土構(gòu)件的彎曲剛度 B 要較確定勻質(zhì)材料梁 EI 復(fù)雜得多。,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,1 混凝土受彎構(gòu)件變形計(jì)算的特點(diǎn),鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的M－φ關(guān)系曲線(xiàn)受諸多因素

21、影響，目前尚難以給出明確的解析表達(dá)式。,適筋梁M－φ關(guān)系曲線(xiàn),解決辦法是通過(guò)一定的理論分析與試驗(yàn)研究，首先確定構(gòu)件在短期荷載作用下的剛度Bs，然后考慮長(zhǎng)期荷載的影響，以計(jì)算構(gòu)件正常使用階段的撓度。,對(duì)要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，也可近似地把混凝土開(kāi)裂前的M－φ曲線(xiàn)視為直線(xiàn)，它的斜率就是截面彎曲剛度，取為0.85EcIc。,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,2 短期剛度Bs,平均曲率,根

22、據(jù)平均應(yīng)變符合平截面的假定，可得平均曲率為,——平均曲率半徑——縱向受拉鋼筋重心處的平均拉應(yīng)變和受壓區(qū)邊緣混凝土的平均壓應(yīng)變——截面的有效高度,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,,梁純彎段內(nèi)各截面應(yīng)變及裂縫分布,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,2 短期剛度Bs,平均應(yīng)變,——按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的裂縫截面處受壓區(qū)邊緣混凝

23、土的壓應(yīng)力——受壓區(qū)邊緣混凝土平均應(yīng)變綜合系數(shù)，又稱(chēng)截面彈塑性抵抗矩系數(shù),第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,2 短期剛度Bs,短期剛度Bs的計(jì)算公式,公式適用于矩形、T形、倒T形和I形截面受彎構(gòu)件，計(jì)算的平均曲率與試驗(yàn)結(jié)果符合較好。,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,3 受彎構(gòu)件剛度B,（1）受壓區(qū)混凝土發(fā)生徐變（2

24、） 裂縫間受拉混凝土的應(yīng)力松弛、混凝土和鋼筋的滑移徐變，使受拉混凝土不斷退出工作（3） 裂縫不斷向上發(fā)展，使其上部原來(lái)受拉的混凝土脫離工作，使內(nèi)力臂減?。?）由于受拉區(qū)和受壓區(qū)混凝土的收縮不一致，使梁發(fā)生翹曲，亦將導(dǎo)致曲率的增大和剛度的降低（5）所有影響混凝土徐變和收縮的因素都將影響剛度的降低，使構(gòu)件撓度增大,荷載長(zhǎng)期作用下剛度降低的原因：,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,3

25、 受彎構(gòu)件剛度B,——按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的彎矩，取計(jì)算區(qū)段內(nèi)的最大彎矩值——按荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合計(jì)算的彎矩，取計(jì)算區(qū)段內(nèi)的最大彎矩值——荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合作用下受彎構(gòu)件的短期剛度——考慮荷載長(zhǎng)期作用對(duì)撓度增大的影響系數(shù),第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,4 最小剛度原則與撓度驗(yàn)算,最小剛度原則就是在同一符號(hào)彎矩區(qū)段內(nèi)最大彎矩Mmax 處的截面剛度Bmin作為該區(qū)

26、段的剛度B以計(jì)算構(gòu)件的撓度。,一方面按Bmin計(jì)算的撓度值偏大，另一方面，不考慮剪切變形的影響，對(duì)出現(xiàn)斜裂縫的情況，剪跨內(nèi)鋼筋應(yīng)力大于按正截面的計(jì)算值，這些均導(dǎo)致?lián)隙扔?jì)算值偏小。上述兩方面的影響大致可以互相抵消，對(duì)國(guó)內(nèi)外約350根試驗(yàn)梁驗(yàn)算結(jié)果，計(jì)算值與試驗(yàn)值符合較好。因此，采用“最小剛度原則”是可以滿(mǎn)足工程要求的。,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,4 最小剛度原則與撓度驗(yàn)算,沿梁長(zhǎng)

27、的剛度和曲率分布,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,4 最小剛度原則與撓度驗(yàn)算,《規(guī)范》規(guī)定鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度應(yīng)滿(mǎn)足,fmin——受彎構(gòu)件的撓度限值 f ——根據(jù)最小剛度原則采用的剛度計(jì)算的撓度，當(dāng)跨間為同號(hào)彎矩時(shí),第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.2 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算,5 提高受彎構(gòu)件剛度的措施,增大構(gòu)件截面有效高度——是提高

28、構(gòu)件截面剛度最有效的措施 當(dāng)截面高度及其他條件不變時(shí)，如有受拉翼緣或受壓翼緣，則 Bs有所增大 增大受拉筋的配筋率，Bs 略有增大 當(dāng)設(shè)計(jì)中構(gòu)件的截面高度受到限制時(shí)，可考慮增加受拉鋼筋配筋率、采用雙筋截面等措施 采用高性能混凝土、對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力等都是提高混凝土構(gòu)件剛度的有效措施,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.3 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,1 一般說(shuō)明,結(jié)

29、構(gòu)的耐久性指一個(gè)構(gòu)件、一個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)或一幢建筑物在一定時(shí)期內(nèi)維持其適用性的能力，亦即結(jié)構(gòu)在其設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，應(yīng)當(dāng)能夠承受所有可能的荷載和環(huán)境作用，而不應(yīng)發(fā)生過(guò)度的腐蝕、損壞和破壞。,混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性主要由兩方面決定：,混凝土、鋼筋材料本身特性所處使用環(huán)境,第8章 混凝土構(gòu)件的使用性能及結(jié)構(gòu)的耐久性,,,8.3 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,2 影響結(jié)構(gòu)耐久性能的主要因素,內(nèi)部因素,外部因素,其他因素,混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度、 水泥用量、水灰