文档介绍：钢筋混凝土结构辅导资料十四
主题:第九章钢筋混凝土构件的变形和裂缝计算的辅导资料——钢筋混凝土受弯构件挠度验算;钢筋混凝土构件裂缝宽度验算。
学习时间: 2013年7月1日-7月7日
内容:
这周我们学习第九章的第一部分,学习本章时,重要的是要搞清一些概念和原理,而对一些公式,例如截面弯曲刚度和裂缝最大宽度的计算公式以及一些系数的计算公式是不要求背的,但对这些系数的物理意义是要知道的。
一、学习要求
、基本表达式、主要影响因素以及裂缝间钢筋应变不均匀系数的物理意义;
、板的挠度验算方法;
基本内容:
钢筋混凝土构件的变形、裂缝及混凝土结构的耐久性
截面弯曲刚度的概念和定义
短期刚度Bs,裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数,截面弯曲刚度B
最小刚度原则与挠度验算,影响Bs的主要因素
裂缝出现、分布和开展的机理
平均裂缝间距和平均裂缝宽度
最大裂缝宽度及其验算方法,影响裂缝宽度的主要因素
混凝土构件截面延性的概念
受弯构件的截面曲率延性系数,偏心受压构件截面曲率延性的分析
混凝土结构耐久性的概念及其主要影响因素
混凝土的碳化,钢筋的锈蚀,耐久性设计
二、主要内容
根据钢筋混凝土结构物的某些工作条件以及使用要求,在钢筋混凝土结构设计中,除需要进行承载能力极限状态计算外,还应进行正常使用极限状态(即裂缝与变形)的验算,同时还应满足在正常使用下的耐久性的要求。
对结构构件进行变形验算和控制的目的是出于对结构的功能、非结构构件的损坏和外观的要求。结构构件产生过大的变形会损害甚至使构件完全丧失所应负担的使用功能,如吊车梁变形过大将使吊车轨道歪斜而影响吊车的正常运行;构件过度变形会引起非结构构件的破坏,如建筑物中脆性隔墙(如石膏板、灰砂砖等)的开裂和损坏很多是由于支承它的构件变形过大所致;构件出现明显下垂的挠度会使房屋的使用者产生不安全感。
我国《规范》将配筋混凝土结构构件裂缝控制等级划分为三级。
一级——严格要求不出现裂缝的构件,按荷载效应的标准组合进行计算时,构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。
二级——一般要求不出现裂缝的构件,按荷载效应的标准组合计算时,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;按荷载效应准永久组合计算时,构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力,当有可靠经验时可适当放松。
三级——允许出现裂缝的构件,按荷载效应的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超过其最大裂缝宽度限值。
考虑到正常使用极限状态设计属于校核验算性质,其相应目标可靠指标值[]可以相对承载力极限状态的[]小些,所以采用荷载效应及结构抗力标准值进行计算,同时考虑荷载的长期作用影响。
混凝土构件的截面延性是反映截面在破坏阶段的变形能力,是抗震性能的一个重要指标,要求混凝土构件的截面应具有一定的延性。
混凝土结构在外界环境和各种因素的作用影响下,存在承载力逐渐削弱和衰减的过程,经历一定年代后,甚至不能满足设计应有的功能而“失效”。在混凝土结构设计使用年限内,需要对混凝土结构根据使用环境类别进行耐久性的设计。
钢筋混凝土受弯构件的挠度验算
(一)截面受弯刚度的概念及我国《规范》给出的定义
由材料力学可知,弹性均质材料梁的挠曲线的微分方程为:
解此方程可得计算梁的最大挠度的一般计算公式为
或(9-1)
式中——梁的跨中最大挠度;
——与荷载形式、支承条件有关的系数,例如计算承受均布荷载简支梁的跨中挠度时,S=5/48;
M——跨中最大弯矩;
——梁的计算跨度;
——截面曲率半径;
EI——梁的截面弯曲刚度;
——截面曲率。
由可以得到,截面的弯曲刚度的物理意义是使截面产生单位转角所需施加的弯矩,它体现了截面抵抗弯曲变形的能力。
(二)纵向受拉钢筋应变不均匀系数
钢筋混凝土构件的变形计算可以归结为受拉区存在有裂缝情况下的截面刚度计算问题,为此需要了解裂缝开展过程对构件的应变和应力的影响。

简支钢筋混凝土试验梁承受两个对称的集中荷载,在两个集中荷载之间形成了弯矩相等的纯弯段。梁纯弯段在出现裂缝以后各个截面应变与裂缝的分布情况如图1所示。
图1 梁纯弯段内各截面应变及裂缝的分布
混凝土开裂以前,受压区边缘混凝土应变及受拉钢筋应变在纯弯段内沿梁长几乎平均分布。
当荷载增加,由于混凝土材料的非均质性,在抗拉能力最薄弱截面上首先出现第一批裂缝(一条或几条)。随M的增大,受拉区混凝土裂缝将陆续出现,直到裂缝间距趋于稳定以后,裂缝在纯弯段内近乎等距离分布。
裂缝稳定以后,钢筋应变沿梁长是非均匀分布的,呈波浪形变化,钢筋应变的峰值在开裂截面处,在裂缝中间处应变较小。
随M的增