文档介绍：第9章
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钢筋混凝土构件变形、裂缝和耐久性
教学提示:本章介绍钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算的主要内容。构件的最大挠度根据截面抗弯刚度,用结构力学的方法计算;钢筋混凝土受弯构件截面的抗弯刚度不为常数,考虑到荷载作用时间的影响,有短期刚度Bs和长期刚度B的区别,且二者随弯矩的增加、配筋率的降低而减小。最大裂缝宽度的计算公式是在平均裂缝间距和平均裂缝宽度理论计算值的基础上,根据试验资料统计求得并乘以“扩大系数”后加以确定;该式为半经验性理论公式。混凝土结构的耐久性应根据环境类别和设计使用年限进行设计。教学要求:要求学生掌握钢筋混凝土构件在第Ⅱ工作阶段中的基本品性,包括截面上与截面间的应力分布、裂缝开展的原理与过程、截面曲率的变化等以及影响这些品性的主要因素。掌握裂缝宽度、截面受弯刚度的定义与计算原理以及裂缝宽度与构件挠度的验算方法。熟悉混凝土结构耐久性的意义、主要影响因素、混凝土的碳化、钢筋的锈蚀以及耐久性设计的一般概念。
本章内容● 变形和裂缝的计算要求● 变形验算● 裂缝宽度验算● 混凝土结构的耐久性● 思考题● 习题
变形和裂缝的计算要求为了满足结构的功能要求,结构构件应进行承载力极限状态计算以保证其安全性,同时应进行正常使用极限状态验算以保证其适用性和耐久性。通过验算,使变形和裂缝宽度不超过规定的限值,同时还应满足保证正常使用及耐久性的其他要求规定限值,例如,混凝土保护层最小厚度等。GB 50010—2002规定:结构构件承载力计算应采用荷载设计值;对于正常使用极限状态验算均采用荷载标准值。由于混凝土构件的变形及裂缝宽度都随时间增大,因此,验算变形及裂缝宽度时,应按荷载效应的标准组合并考虑荷载长期效应的影响。按正常使用极限状态验算结构构件的变形及裂缝宽度时,其荷载效应值大致相当于破坏时荷载效应值的50%~70%。
变形验算一般混凝土构件对变形有一定的要求,主要基于以下4个方面的考虑:(1) 保证建筑使用功能的要求。结构构件变形过大会影响结构的正常使用。例如,吊车梁的挠度过大会影响吊车的正常运行;精密仪器厂房楼盖梁、板变形过大将使仪器设备难以保持水平等。(2) 防止对结构构件产生不良影响。主要防止结构性能与设计中的假定不符。例如,支承于砖墙(柱)上的梁,端部梁的转动会引起支承面积减小,可能造成墙体沿梁顶部和底部出现内外水平裂缝,严重时将产生局部承压或墙体失稳破坏等()。
梁端支承处转角过大引起的裂缝
变形验算
(3) 防止对非结构构件产生不良影响。例如,结构构件变形过大会造成门窗等活动部件不能正常开启;防止非结构构件如隔墙及天花板的开裂、压碎或其他形式的损坏等。(4) 保证人们的感觉在可接受的范围内。例如防止厚度较小的板在人们站上去以后产生过大的颤动或明显下垂引起不安全感;防止可变荷载(活荷载、凤荷载等)引起的振动及噪声对人的不良感觉等。随着高强混凝土和钢筋的采用,构件截面尺寸相应的减小,变形问题更为突出。GB 50010—2002在考虑上述因素的基础上,根据工程经验,仅对受弯构件规定了允许挠度值,见附表16。即计算挠度,满足:式中, ——允许挠度限值
变形验算
钢筋混凝土受弯构件刚度由材料力学知,均匀弹性材料梁的跨中挠度
式中,
——与荷载形式、支承条件有关的系数,例如计算承受
均布荷载的简支梁跨中挠度时,
=5/48;
变形验算
——梁的计算跨度;——梁的截面抗弯刚度。
当梁截面尺寸和材料已定,梁的截面抗弯刚度为常数,所以弯矩
挠度
成线性关系,。
对钢筋混凝土受弯构件,由于混凝土为弹塑性材料,
具有一定的塑性变形能力。因而钢筋混凝土受弯构件
的截面抗弯刚度不是常数而是变化的。具有如下主要特点。
与
变形验算
①裂缝出现以前(第Ⅰ阶段):荷载较小时,混凝土处于弹性工作状态, 曲线与直线OD几乎重合,临近出现裂缝时, 值增加稍快,曲线微向下弯曲。这是由于受拉混凝土出现了塑性变形,实际的弹性模量有所降低的缘故,但截面并未削弱, 值不受影响。这时梁的抗弯刚度仍可视为常数,稍加修改就可以反映不出现裂缝的钢筋混凝土构件的实际工作情况,这时构件的刚度将公式(9-1) ,此处为换算截面对其重心轴的惯性矩, 为混凝土的弹性模量。
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