钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算

结构的极限状态: 承载能力极限状态; 正常使用极限状态; （ 设 计 ）（ 验 算 /校 核 ）第 八 章 裂 缝 宽 度 和 变 形 的 计 算8.1 概 述 外 观 感 觉 裂 缝 过 宽 ： 钢 筋 锈 蚀 导 致 承 载 力 降 低 ， 影 响 使 用 寿 命耐 久 性 心 理 承 受 ： 不 安 全 感 ， 振 动 噪 声对 非 结 构 构 件 的 影 响 ： 门 窗 开 关 ， 隔 墙 开 裂 等振 动 、 变 形 过 大对 其 它 结 构 构 件 的 影 响 影 响 正 常 使 用 ： 如 吊 车 、 精 密 仪 器适 用 性 承 载 能 力 极 限 状 态安 全 性 结 构 的功 能 正常使用极限状态主要验算构件的裂缝宽度以及变形（刚度）。 但在水工混凝土结构设计规范中，对某些构件还应该进行抗裂验算。对于结构的正常使用极限状态，荷载分项系数、材料强度分项系数和结构系数都取等于1.0，即应当使用荷载和材料强度的标准值，而不是设计值。验算时应当考虑短期效应组合以及长期效应组合两种情况。 8.2 抗 裂 验 算 （ 在 草 稿 上 ） 8.3 裂 缝 开 展 宽 度 的 验 算一 、 裂 缝 的 成 因 和 控 制 措 施 (受 力 施 工 材 料 环 境 )1、 荷 载 作 用 本 节 所 讲 的 裂 缝 宽 度 计 算 仅 限 于 由 荷 载 引 起 的 正 截 面 裂 缝 。 增 大 钢 筋 截 面 面 积 ， 不 经 济 。 采 用 变 形 钢 筋 ， 和 细 直 径 钢 筋 , 是 减 小 裂 缝 宽 度 的 经 济 有 效 措 施 。2、 温 度 作 用 结 构 设 计 ： 设 置 伸 缩 缝 。 施 工 过 程 中 ： 浇 注 时 分 层 分 块 ， 采 用 低 热 水 泥 ， 埋 置 块 石 ， 冷 却 。 使 用 过 程 中 ： 减 小 温 度 剃 度 . 另 外 ， 结 构 的 不 均 匀 沉 降 、 收 缩 、 以 及 在 混 凝 土 凝 结 、硬 化 阶 段 等 都 会 引 起 拉 应 力 ， 产 生 裂 缝 。 二 、 裂 缝 宽 度 计 算 理 论 我 国 规 范 都 是 采 用 半 理 论 半 经 验 公 式 ， 其 裂 缝 开 展 机 理 分 三 种 ：（ 1） 粘 结 滑 移 理 论 ； （ 2） 无 粘 结 滑 移 理 论 ； （ 3） 综 合 理 论 。裂 缝 的 出 现 、 分 布 与 开 展 ： 平 均 裂 缝 宽 度 ： ssssm E crssm lEw mw crcmcrsmm llw crsml （ 8-28）最 大 裂 缝 宽 度 （ 设 计 依 据 ） ： maxw mww 2max 以 轴 心 受 拉 为 例 ：不 均 匀 系 数 ： （ 经 验 ） tetcrm Aflu uAfl m tetcr dAfm tet temt df 41 teste AA:其 中tecr dKl tecr dKcKl 21如 果 考 虑 保 护 层厚 度 ， 则 ： tes tssm f 1裂 缝 间 距 lcr （ 8-33）（ 8-34） 三 、 水 工 规 范 中 裂 缝 宽 度 验 算 公 式矩 形 、 T形 、 工 形 的 短 期 组 合 和 长 期 组 合 的 wmax )1.03(,321max tes lss dcEw w max不 应 超 过 附 录 五 表 1规 定 的 允 许 值各 受 力 状 态 下 的 请 详 细 看 书 ， 小 偏 心 受 压（ ） 不 必 验 算 。lss,55.0/ 00 he上 式 表 明 ， 当 配 筋 率 相 同 时 ， 钢 筋 直 径 越 细 ， 裂 缝 间距 越 小 ， 裂 缝 宽 度 也 越 小 ， 也 即 裂 缝 的 分 布 和 开 展 会 密而 细 ， 这 是 控 制 裂 缝 宽 度 的 一 个 重 要 原 则 。但 绝 不 能 认 为 减 小 保 护 层 厚 度 c来 满 足 裂 缝 宽 度 要 求 四 、 耐 久 性耐 久 性 是 指 结 构 在 预 定 设计 工 作 寿 命 期 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 。对 于 一 般 建 筑 结 构 ， 设 计工 作 寿 命 为 50年 ， 重 要 的建 筑 物 可 取 100年 。 混凝土结构使用寿命 无 损 伤劣化开始，可修补毁 坏 ,废 弃 1、 混 凝 土 的 冻 融 破 坏一 、 影 响 混 凝 土 结 构 耐 久 性 的 因 素2、 混 凝 土 的 碱 集 料 反 应混 凝 土 集 料 中 的 某 些 活 性 矿 物 与 混 凝 土 微 孔 中 的 碱 性 溶 液 产 生 化 学 反 应 称为 碱 集 料 反 应 。碱 集 料 反 应 产 生 的 碱 -硅 酸 盐 凝 胶 ， 吸 水 后 会 产 生 膨 胀 ， 体 积 可 增 大 34倍 ，从 而 混 凝 土 的 剥 落 、 开 裂 、 强 度 降 低 ， 甚 至 导 致 破 坏 。3、 侵 蚀 性 介 质 的 腐 蚀4、 混 凝 土 的 碳 化但 由 于 大 气 中 的 二 氧 化 碳 （ CO 2） 与 混 凝 土 中 的 碱 性 物 质 发 生 反 应 ， 使 混凝 土 的 Ph值 降 低 。 其 他 物 质 ， 如 SO2、 H 2S， 也 能 与 混 凝 土 中 的 碱 性 物 质发 生 类 似 的 反 应 ， 使 混 凝 土 的 Ph值 降 低 ， 这 就 是 混 凝 土 的 碳 化 。当 混 凝 土 保 护 层 被 碳 化 到 钢 筋 表 面 时 ， 将 破 坏 钢 筋 表 面 的 氧 化 膜 ， 引 起 钢筋 的 锈 蚀 。 此 外 ， 碳 化 还 会 加 剧 混 凝 土 的 收 缩 ， 可 导 致 混 凝 土 的 开 裂 。因 此 ， 混 凝 土 的 碳 化 是 混 凝 土 结 构 耐 久 性 的 重 要 问 题 。5、 钢 筋 锈 蚀 是 影 响 钢 筋 混 凝 土 结 构 耐 久 性 的 最 关 键 问 题 。 青 海 化 工 厂 桥 柱 青 海 化 工 厂 桥 面 护 栏 二 、 保 证 耐 久 性 的 措 施1 最 小 保 护 层 厚 度 ：为 保 证 耐 久 性 和 钢 筋 的 粘 结 力 ， 对 一 、 二 、 三 类 环 境 一 般建 筑 结 构 （ 设 计 工 作 寿 命 50年 ） ， 规 范 规 定 了 最 小 混凝 土 保 护 层 厚 度 。对 四 、 五 类 环 境 种 的 建 筑 结 构 ， 应 按 专 门 规 定 考 虑 。 2 混 凝 土 的 要 求 ：耐 久 性 的 另 一 个 重 要 方 面 是 混 凝 土 密 实 性 ， 因 为 密 实 性 好对 延 缓 混 凝 土 的 碳 化 和 钢 筋 锈 蚀 有 很 大 作 用 。提 高 混 凝 土 密 实 性 主 要 是 减 小 水 灰 比 和 保 证 水 泥 用 量 。若 混 凝 土 种 氯 离 子 含 量 过 大 ， 则 会 对 钢 筋 锈 蚀 有 恶 劣 影 响 。 3 裂 缝 控 制 ： 裂 缝 的 出 现 加 快 了 混 凝 土 的 碳 化 ， 也 是 使 钢 筋 开始 锈 蚀 的 主 要 条 件 。 规 范 根 据 结 构 构 件 所 处 环 境 类 别 ， 钢筋 种 类 对 腐 蚀 的 敏 感 性 ， 以 及 荷 载 作 用 时 间 ， 将 裂 缝 控 制 分 为三 个 等 级 ：一 级 ： 严 格 要 求 不 出 现 裂 缝 的 构 件 ； 不 应 产 生 拉 应 力 。二 级 ： 一 般 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 大 于 混 凝 土 抗 拉 强 度 标 准 值 ； 而 按 荷 载 准 永 久 组 合 计 算 时 ， 构 件 受拉 边 缘 混 凝 土 不 宜 出 现 拉 应 力 ， 有 可 靠 经 验 时 可 适 当 放 松 ；三 级 ： 允 许 出 现 裂 缝 的 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 应 满 足 限 值 。 4 其 他 措 施对 于 结 构 中 使 用 环 境 较 差 的 构 件 ， 宜 设 计 成 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 。 8.4 受 弯 构 件 的 变 形 验 算 f f 主 要 从 以 下 几 个 方 面 考 虑 ：1、 保 证 结 构 的 使 用 功 能 要 求 。 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、 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 变 形 会 引 起使 用 者 的 不 适 或 不 安 全 感 。 一 、 钢 筋 混 凝 土 梁 抗 弯 特 点 ： f EIMlEIqlf 24 4853845均 布 ： 2lEIMSf 对 于 弹 性 均 质 材 料 截 面 ， EI为 常 数 ， M-f关 系 为 直 线 。EIMlEIPlf 23 121481 集 中 ： 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 呈 曲 线 变 化 。MyM sMcr EcI0BsM f 2lEIMSf 2lBMSf MM cr EcI0 f0.85 EcI0二 、 不 出 现 裂 缝 的 构 件 Bs 0.85EcI0 1） 矩 形 、 T形 及 工 形 截 面 受 弯 构 件 的 短 期 刚 度 计 算 公 式 ： Bs=(0.025+0.28E)(1+0.55f+0.12f)Ecbh03 (8-60)2） 水 工 规 范 中 ， 长 期 刚 度 Bl可 根 据 不 同 组 合 计 算 ： （ 1） 荷 载 效 应 的 短 期 组 合 （ 并 考 虑 部 分 荷 载 长 期 作 用 的 影 响 ） Bl= Bs (8-62) （ 2） 荷 载 效 应 的 长 期 组 合 B l= Bs / (8-65)式 中 ： 试 验 观 测 结 果 ， 考 虑 荷 载 长 期 作 用 对 挠 度 增 大 的 影 响 系 数 ： 三 、 出 现 裂 缝 的 构 件 4.02 sl s MM M )1( 0.26.1 倒 T形 截 面 ， 应 增 大 20% 若 验 算 结 果 ， 不 能 满 足 要 求 时 ， 则 应 采 取 措 施 提 高 梁 的截 面 刚 度 ： 例 如 加 大 截 面 尺 寸 ； 增 加 受 拉 钢 筋 截 面 面 积 ； 采用 双 筋 截 面 梁 ； 选 用 合 理 的 截 面 (如 T形 截 面 、 工 字 形 截 面 ）等 。 在 可 能 条 件 下 ， 增 大 梁 的 截 面 高 度 是 最 为 有 效 的 措 施 。 例 题 8-5 计 算 Bs时 ， 简 支 梁 取 跨 中 截 面 刚 度 ； 悬 臂 梁 取 支 座 截 面刚 度 ； 等 截 面 的 连 续 梁 取 跨 中 和 支 座 截 面 刚 度 的 平 均 值 。 E N D