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模板.ppt

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1、第9章正常使用极限状态验算及耐久性设计本章主要内容最大裂缝宽度的验算受弯构件挠度的验算结构的耐久性正常使用极限状态验算目的：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。计算特点（1）荷载、材料强度均取标准值；（2）考虑荷载效应的长期组合；（3）裂缝宽度和变形验算取第Ⅱ阶段的应力图形。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正常使用极限状态的设计特点可靠指标可适当降低这种设计为验算而非计算材料和荷载采用标准值

2、或准永久值考虑荷载的长期作用效应裂缝的分类裂缝的成因裂缝控制目的和要求9.2裂缝及其控制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荷载引起变形引起9.2.2裂缝控制目的和要求裂缝控制的目的使用功能的要求建筑外观的要求耐久性的要求《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拉应力不应大于混凝土轴心抗拉强度

3、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，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。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9.3裂缝宽度的计算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。9.3.1裂缝的出现、分布和开展

4、过程受弯构件纯弯段的垂直裂缝开展过程McrMcrscssMcrMcrscssaaccbbtll>2lftkss1裂缝即将出现aacc第一批裂缝出现与传递长度lss2aacc>Mcrscssbbtlablbc>Mcrssm第二批裂缝出现与裂缝开展过程裂缝出现前、后应力图形的变化。在裂缝截面，混凝土应力为零，钢筋应力最大；离开裂缝截面，混凝土应力增大，钢筋应力减小。粘结应力分布。理论上的最小裂缝间距为，最大裂缝间距为，平均裂缝间距为9.3.1裂缝的出现、分布和开展过程平均裂缝间距的规律性由于材料的不均匀性以及截面尺寸的偏差等因素影响，实际构件中的裂缝间距和裂缝宽度均为随机变量，裂缝

5、的分布也是不均匀的。但对大量试验资料的统计分析表明，从平均的观点来看，平均裂缝间距和平均裂缝宽度是有规律性的。第一条（批）裂缝出现后，钢筋通过粘结应力将拉力逐渐传递给混凝土，经过一定的长度使混凝土的拉应力增大到其抗拉强度，出现第二条（批）裂缝，这一传递长度为理论上的临界裂缝间lcr,min，或称最小传递长度。最大传递长度lcr,max=2lcr,min平均裂缝间距大约为lm=1.5lcr,min9.3.2平均裂缝间距平均裂缝间距的求解McrMcrlmabss1aAsss1Astmtmaxtm裂缝截面aMcrh1h0ss1As即将开裂截面bMcrss1aAsh2h0h3h0即将出

6、现裂缝截面混凝土所能承受的弯矩9.3.2平均裂缝间距平均裂缝间距的求解Mct的计算方法bhhfbfftkＭcrh3h0.5h为了简化计算，对于矩形、T形和I形截面，近似假定截面中和轴高度x=0.5h;同时，还假定截面受拉区混凝土应力为均匀分布，其值等于ftk。Ate为有效受拉混凝土截面面积9.3.2平均裂缝间距平均裂缝间距的求解const.const.纵向受拉钢筋相对粘结特征系数经验系数上式表明，按照粘结滑移理论推导出的平均裂缝间距lm与混凝土强度无关，而与d/rte成线性关系。这与试验结果不能很好的符合，应予以作如下修正。9.3.2平均裂缝间距平均裂缝间距的修正公式的不足裂缝

7、间距与混凝土的保护层厚度cs有关,试验表明，平均裂缝间距lm与混凝土保护层厚度cs大致呈线性关系。当钢筋配置很多时，虽然钢筋与混凝土间的粘结作用因钢筋间距减小而降低很多，但并不完全消失。因此，平均裂缝间距的计算公式应考虑混凝土保护层厚度和钢筋有效约束区的影响。上式假定裂缝两侧混凝土产生平行的回缩，构件表面与钢筋处的裂缝宽度相同，与实际不符。当d/rte趋近于零时，平均裂缝间距将趋近于零,这也与试验结果不符。修正的原因9.3.2平均裂缝间距钢筋对混凝土的回缩起约束作用。离钢筋越远，约束作用越小