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1、钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第1页，此课件共49页哦第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算8.1 8.1 概述概述概述概述 钢筋混凝土结构设计必须首钢筋混凝土结构设计必须首钢筋混凝土结构设计必须首钢筋混凝土结构设计必须首先满足承载能力极限状态的要先满足承载能力极限状态的要先满足承载能力极限状态的要先满足承载能力极限状态的要求求求求，以保证结构安全可靠；此外还应满足结构正常使用极限，以保证结构安全可靠；此外还应满足结构正常使用极限，以保证结构安全可靠；此外还应满足结构正常使用极限，以保证结构安全可靠；此外还应满足结构正常使用极限状态对于状态对于状态
2、对于状态对于裂缝和变形控制裂缝和变形控制裂缝和变形控制裂缝和变形控制的要求，以保证结构构件的适用、的要求，以保证结构构件的适用、的要求，以保证结构构件的适用、的要求，以保证结构构件的适用、美观和耐久性。美观和耐久性。美观和耐久性。美观和耐久性。第2页，此课件共49页哦第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算 8.1.8.1.1 1 1 1抗裂验算抗裂验算抗裂验算抗裂验算 抗裂就是不允许混凝土开裂抗裂就是不允许混凝土开裂抗裂就是不允许混凝土开裂抗裂就是不允许混凝土开裂。规范要求在荷载效应的短期。规范要求在荷载效应的短期。规范要求在荷载效应的短期。规范要求在
3、荷载效应的短期组合和长期组合两种情况下，构件验算点拉应力不能超过由混凝土拉组合和长期组合两种情况下，构件验算点拉应力不能超过由混凝土拉组合和长期组合两种情况下，构件验算点拉应力不能超过由混凝土拉组合和长期组合两种情况下，构件验算点拉应力不能超过由混凝土拉应力限制系数应力限制系数应力限制系数应力限制系数ctctctct控制的应力值。控制的应力值。控制的应力值。控制的应力值。8.1.2裂缝宽度验算裂缝宽度验算裂缝宽度验算裂缝宽度验算 一般的钢筋混凝土结构，总是带缝工作的。一般的钢筋混凝土结构，总是带缝工作的。一般的钢筋混凝土结构，总是带缝工作的。一般的钢筋混凝土结构，总是带缝工作的。但对于一些构件
4、需但对于一些构件需但对于一些构件需但对于一些构件需要进行裂缝宽度验算。规范要求在荷载效应的短期组合（考虑部分荷要进行裂缝宽度验算。规范要求在荷载效应的短期组合（考虑部分荷要进行裂缝宽度验算。规范要求在荷载效应的短期组合（考虑部分荷要进行裂缝宽度验算。规范要求在荷载效应的短期组合（考虑部分荷载长期作用的影响）和长期组合两种情况下构件的最大裂缝宽度不应载长期作用的影响）和长期组合两种情况下构件的最大裂缝宽度不应载长期作用的影响）和长期组合两种情况下构件的最大裂缝宽度不应载长期作用的影响）和长期组合两种情况下构件的最大裂缝宽度不应超过允许值。超过允许值。超过允许值。超过允许值。第3页，此课件共49页
5、哦 8.1.4 8.1.4 可靠度水准可靠度水准可靠度水准可靠度水准 结构构件不满足结构构件不满足结构构件不满足结构构件不满足正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态对生命财产的对生命财产的对生命财产的对生命财产的危害性危害性危害性危害性比不满比不满比不满比不满足足足足承载能力极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态承载能力极限状态的要的要的要的要小小小小，其相应的目标可靠指标，其相应的目标可靠指标，其相应的目标可靠指标，其相应的目标可靠指标 b b b b 值要小些，值要小些，值要小些，值要小些，故称故称故称故称正常使用极限状态验算正常使用极限状态验算正常使用极限状态
6、验算正常使用极限状态验算，并在验算时采用，并在验算时采用，并在验算时采用，并在验算时采用荷载标准值荷载标准值荷载标准值荷载标准值、和、和、和、和材料材料材料材料强度标准值，结构系数强度标准值，结构系数强度标准值，结构系数强度标准值，结构系数 d d=1.0=1.0。第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算 8.1.3 变形验算变形验算变形验算变形验算 对于有严格限制变形要求的构件以及截面尺寸特别单薄的装配对于有严格限制变形要求的构件以及截面尺寸特别单薄的装配对于有严格限制变形要求的构件以及截面尺寸特别单薄的装配对于有严格限制变形要求的构件以及截面尺寸特别
7、单薄的装配式构件，就需要进行变形验算，要求在荷载效应的短期组合（考虑部式构件，就需要进行变形验算，要求在荷载效应的短期组合（考虑部式构件，就需要进行变形验算，要求在荷载效应的短期组合（考虑部式构件，就需要进行变形验算，要求在荷载效应的短期组合（考虑部分荷载长期作用的影响）和长期组合两种情况下，受弯构件最大挠度分荷载长期作用的影响）和长期组合两种情况下，受弯构件最大挠度分荷载长期作用的影响）和长期组合两种情况下，受弯构件最大挠度分荷载长期作用的影响）和长期组合两种情况下，受弯构件最大挠度值不应超过允许值。值不应超过允许值。值不应超过允许值。值不应超过允许值。第4页，此课件共49页哦8.2.1 8
8、.2.1 轴心受拉构件轴心受拉构件轴心受拉构件轴心受拉构件满足可靠指标的要求，满足可靠指标的要求，满足可靠指标的要求，满足可靠指标的要求，引入拉应力限制系数引入拉应力限制系数引入拉应力限制系数引入拉应力限制系数第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算8.2 抗裂验算抗裂验算对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的长期组合长期组合长期组合长期组合对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的短期组合短期组合短期组合短期组合图图8-1 8-1 抗裂轴向力计算图抗裂轴向力计算图第5页，此课件共49页哦8.2.2 8.2.2 受弯构件受
9、弯构件第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的短期组合短期组合短期组合短期组合对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的长期组合长期组合长期组合长期组合图图8-2 8-2 受弯构件正截面即将受弯构件正截面即将开裂时实际开裂时实际 应力图形应力图形第6页，此课件共49页哦8.2.3 偏心受拉构件偏心受拉构件对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的短期组合短期组合短期组合短期组合对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的长期组合长期组合长期组合长期组合第第9章
10、章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第7页，此课件共49页哦第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算8.2.4 8.2.4 偏心受压构件偏心受压构件偏心受压构件偏心受压构件对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的短期组合短期组合短期组合短期组合对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的对应荷载效应的长期组合长期组合长期组合长期组合第8页，此课件共49页哦第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算 一般情况混凝土的极限拉伸值一般情况混凝土的极限拉伸值一般情况混凝土的极
11、限拉伸值一般情况混凝土的极限拉伸值 tutu=0.0001=0.00010.000150.00015，则混凝土即将，则混凝土即将，则混凝土即将，则混凝土即将开裂时，根据应变协调决定的各构件中钢筋的拉应力开裂时，根据应变协调决定的各构件中钢筋的拉应力开裂时，根据应变协调决定的各构件中钢筋的拉应力开裂时，根据应变协调决定的各构件中钢筋的拉应力 s s(0.0001(0.00010.00015)2.01050.00015)2.0105202030N/mm30N/mm2 2。可见此时钢筋的应力是很低。可见此时钢筋的应力是很低。可见此时钢筋的应力是很低。可见此时钢筋的应力是很低的，即对于钢筋混凝土的抗裂
12、能力而言，钢筋所起的作用不大，的，即对于钢筋混凝土的抗裂能力而言，钢筋所起的作用不大，的，即对于钢筋混凝土的抗裂能力而言，钢筋所起的作用不大，的，即对于钢筋混凝土的抗裂能力而言，钢筋所起的作用不大，所以用增加钢筋的办法来提高构件的抗裂能力既不经济，也是所以用增加钢筋的办法来提高构件的抗裂能力既不经济，也是所以用增加钢筋的办法来提高构件的抗裂能力既不经济，也是所以用增加钢筋的办法来提高构件的抗裂能力既不经济，也是不合理的。不合理的。不合理的。不合理的。提高构件抗裂能力可通过加大构件截面尺寸与提高混凝土提高构件抗裂能力可通过加大构件截面尺寸与提高混凝土提高构件抗裂能力可通过加大构件截面尺寸与提高混
13、凝土提高构件抗裂能力可通过加大构件截面尺寸与提高混凝土的强度等级，但最根本的方法是采用预应力混凝土结构。的强度等级，但最根本的方法是采用预应力混凝土结构。的强度等级，但最根本的方法是采用预应力混凝土结构。的强度等级，但最根本的方法是采用预应力混凝土结构。第9页，此课件共49页哦8.3.1 8.3.1 裂缝的成因及对策裂缝的成因及对策裂缝的成因及对策裂缝的成因及对策荷载引起的裂缝荷载引起的裂缝荷载引起的裂缝荷载引起的裂缝非荷载引起的裂缝非荷载引起的裂缝非荷载引起的裂缝非荷载引起的裂缝拉力拉力拉力拉力弯矩弯矩弯矩弯矩剪力剪力剪力剪力扭矩扭矩扭矩扭矩垂直裂缝，正截面裂缝垂直裂缝，正截面裂缝垂直裂缝，
14、正截面裂缝垂直裂缝，正截面裂缝主要裂缝成因主要裂缝成因主要裂缝成因主要裂缝成因Crack WidthCrack Width第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算8.3 8.3 裂缝开展宽度验算裂缝开展宽度验算裂缝开展宽度验算裂缝开展宽度验算第10页，此课件共49页哦1 1、温度变化引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、温度变化引起的裂缝、温度变化引起的裂缝原因：热胀冷缩，且变形受到约束原因：热胀冷缩，且变形受到约束原因：热胀冷缩，且变形受到约束原因：热胀冷缩，且变形受到约束采取的措施：采取的措施：采取的措施：采取的措施：a.a.对混凝土分层分块；对混凝土分层
15、分块；对混凝土分层分块；对混凝土分层分块；b.b.低热水泥；低热水泥；低热水泥；低热水泥；c.c.人工冷却人工冷却人工冷却人工冷却2 2、混凝土收缩引起的裂缝、混凝土收缩引起的裂缝、混凝土收缩引起的裂缝、混凝土收缩引起的裂缝原因：混凝土结硬时产生体积缩小，变形受到约束原因：混凝土结硬时产生体积缩小，变形受到约束原因：混凝土结硬时产生体积缩小，变形受到约束原因：混凝土结硬时产生体积缩小，变形受到约束采取的措施：采取的措施：采取的措施：采取的措施：a.a.设置伸缩缝；设置伸缩缝；设置伸缩缝；设置伸缩缝；b.b.改善水泥性能；改善水泥性能；改善水泥性能；改善水泥性能；c.c.降低水灰比；降低水灰比；
16、降低水灰比；降低水灰比；d.d.加强养护。加强养护。加强养护。加强养护。3 3、基础不均匀沉降引起的裂缝、基础不均匀沉降引起的裂缝、基础不均匀沉降引起的裂缝、基础不均匀沉降引起的裂缝采取的措施：采取的措施：采取的措施：采取的措施：a.a.构造措施；构造措施；构造措施；构造措施；b.b.设置沉降缝；设置沉降缝；设置沉降缝；设置沉降缝；第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第11页，此课件共49页哦4 4、混凝土塑性塌引起的裂缝、混凝土塑性塌引起的裂缝、混凝土塑性塌引起的裂缝、混凝土塑性塌引起的裂缝采取的措施：采取的措施：采取的措施：采取的措施：a.a.级
17、配良好；级配良好；级配良好；级配良好；b.b.控制水灰比；控制水灰比；控制水灰比；控制水灰比；c.c.提高施工质量提高施工质量提高施工质量提高施工质量5 5、冰冻引起的裂缝、冰冻引起的裂缝、冰冻引起的裂缝、冰冻引起的裂缝6 6、钢筋锈蚀引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝、钢筋锈蚀引起的裂缝采取的措施：采取的措施：采取的措施：采取的措施：a.a.提高混凝土的密实性；提高混凝土的密实性；提高混凝土的密实性；提高混凝土的密实性；b.b.加大保护层厚度加大保护层厚度加大保护层厚度加大保护层厚度第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算7 7、碱骨料
18、化学反应引起的裂缝、碱骨料化学反应引起的裂缝、碱骨料化学反应引起的裂缝、碱骨料化学反应引起的裂缝采取的措施：采取的措施：采取的措施：采取的措施：a a采用优质骨料和低碱水泥；采用优质骨料和低碱水泥；采用优质骨料和低碱水泥；采用优质骨料和低碱水泥；b.b.提高密实性提高密实性提高密实性提高密实性第12页，此课件共49页哦8.3.2 受力裂缝的开展宽度计算理论受力裂缝的开展宽度计算理论受力裂缝的开展宽度计算理论受力裂缝的开展宽度计算理论计计计计算算算算理理理理论论论论半理论半经验公式我国建筑系统和水工系统规范半理论半经验公式我国建筑系统和水工系统规范半理论半经验公式我国建筑系统和水工系统规范半理论
19、半经验公式我国建筑系统和水工系统规范数量统计公式美国、俄罗斯及我国港工规范数量统计公式美国、俄罗斯及我国港工规范数量统计公式美国、俄罗斯及我国港工规范数量统计公式美国、俄罗斯及我国港工规范裂缝开展机理裂缝开展机理粘结滑移理论粘结滑移理论粘结滑移理论粘结滑移理论无粘结滑移理论无粘结滑移理论无粘结滑移理论无粘结滑移理论综合理论综合理论综合理论综合理论第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第13页，此课件共49页哦1 1、裂缝开展前后的应力状态、裂缝开展前后的应力状态、裂缝开展前后的应力状态、裂缝开展前后的应力状态a aa aa ac cc cc cb bb
20、 b(a)(a)裂缝即将出现裂缝即将出现(b)(b)第一批裂缝出现第一批裂缝出现(c)(c)裂缝的分布及开展裂缝的分布及开展第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算图图8-3 8-3 裂缝开展前后的应力应变状态裂缝开展前后的应力应变状态第14页，此课件共49页哦1)1)在裂缝出现前在裂缝出现前在裂缝出现前在裂缝出现前，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀，混凝土和钢筋的应变沿构件的长度基本上是均匀分布的。分布的。分布的。分布的。2)2)当受拉区外边缘的混凝土达到
21、当受拉区外边缘的混凝土达到当受拉区外边缘的混凝土达到当受拉区外边缘的混凝土达到混凝土的极限拉应变时，就混凝土的极限拉应变时，就混凝土的极限拉应变时，就混凝土的极限拉应变时，就处于即将出现裂缝的状态处于即将出现裂缝的状态处于即将出现裂缝的状态处于即将出现裂缝的状态 a a阶段。阶段。阶段。阶段。3)3)当受拉区外边缘的混凝土在最薄弱截面位置达到其极限拉应变当受拉区外边缘的混凝土在最薄弱截面位置达到其极限拉应变当受拉区外边缘的混凝土在最薄弱截面位置达到其极限拉应变当受拉区外边缘的混凝土在最薄弱截面位置达到其极限拉应变e e e e0 0 0 0ct ct后，后，后，后，出现第一条（批）裂缝。出现第
22、一条（批）裂缝。出现第一条（批）裂缝。出现第一条（批）裂缝。4)4)裂缝出现瞬间裂缝出现瞬间裂缝出现瞬间裂缝出现瞬间，裂缝截面位置的混凝土退出工作，应力降低为，裂缝截面位置的混凝土退出工作，应力降低为，裂缝截面位置的混凝土退出工作，应力降低为，裂缝截面位置的混凝土退出工作，应力降低为零，而钢筋承担的拉力突然增加。零，而钢筋承担的拉力突然增加。零，而钢筋承担的拉力突然增加。零，而钢筋承担的拉力突然增加。第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第15页，此课件共49页哦第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算5)5)裂
23、缝出现后，混凝土向裂缝两侧回缩，但非自由，受到钢筋的约束。裂缝出现后，混凝土向裂缝两侧回缩，但非自由，受到钢筋的约束。裂缝出现后，混凝土向裂缝两侧回缩，但非自由，受到钢筋的约束。裂缝出现后，混凝土向裂缝两侧回缩，但非自由，受到钢筋的约束。混凝土与钢筋之间有相对滑移，产生粘结应力混凝土与钢筋之间有相对滑移，产生粘结应力混凝土与钢筋之间有相对滑移，产生粘结应力混凝土与钢筋之间有相对滑移，产生粘结应力t t。由于粘结应力的存由于粘结应力的存由于粘结应力的存由于粘结应力的存在在在在，随着距裂缝截面距离的增加，钢筋拉应力逐渐传递给混凝土，随着距裂缝截面距离的增加，钢筋拉应力逐渐传递给混凝土，随着距裂缝截
24、面距离的增加，钢筋拉应力逐渐传递给混凝土，随着距裂缝截面距离的增加，钢筋拉应力逐渐传递给混凝土而减小，混凝土拉应力由裂缝处的零逐渐增大，达到而减小，混凝土拉应力由裂缝处的零逐渐增大，达到而减小，混凝土拉应力由裂缝处的零逐渐增大，达到而减小，混凝土拉应力由裂缝处的零逐渐增大，达到l l后，粘结应后，粘结应后，粘结应后，粘结应力消失，混凝土中又重新建立起拉应力力消失，混凝土中又重新建立起拉应力力消失，混凝土中又重新建立起拉应力力消失，混凝土中又重新建立起拉应力 ctct。6)6)当距裂缝截面有足够的长度当距裂缝截面有足够的长度当距裂缝截面有足够的长度当距裂缝截面有足够的长度 l l 时，混凝土拉应
25、力时，混凝土拉应力时，混凝土拉应力时，混凝土拉应力 ctct增大到增大到增大到增大到f ft t，此时将在离裂缝截面此时将在离裂缝截面此时将在离裂缝截面此时将在离裂缝截面 l l的另一薄弱截面处出现新的裂缝。的另一薄弱截面处出现新的裂缝。的另一薄弱截面处出现新的裂缝。的另一薄弱截面处出现新的裂缝。第16页，此课件共49页哦7)7)如果两条裂缝的间距小于如果两条裂缝的间距小于如果两条裂缝的间距小于如果两条裂缝的间距小于2 2 l l，则由于粘结应力传递长度不够，则由于粘结应力传递长度不够，则由于粘结应力传递长度不够，则由于粘结应力传递长度不够，混凝土拉应力不可能达到混凝土拉应力不可能达到混凝土拉
26、应力不可能达到混凝土拉应力不可能达到f ft t，因此将不会出现新的裂缝，裂缝的间，因此将不会出现新的裂缝，裂缝的间，因此将不会出现新的裂缝，裂缝的间，因此将不会出现新的裂缝，裂缝的间距最终将稳定在（距最终将稳定在（距最终将稳定在（距最终将稳定在（l l 2 2 l l）之间，）之间，）之间，）之间，平均间距可取平均间距可取平均间距可取平均间距可取1.51.5 l l。8)8)从第一条（批）裂缝出现到裂缝全部出齐为从第一条（批）裂缝出现到裂缝全部出齐为从第一条（批）裂缝出现到裂缝全部出齐为从第一条（批）裂缝出现到裂缝全部出齐为裂缝出现阶段裂缝出现阶段裂缝出现阶段裂缝出现阶段，该阶，该阶，该阶，
27、该阶段的荷载增量并不大，主要取决于混凝土强度的离散程度。段的荷载增量并不大，主要取决于混凝土强度的离散程度。段的荷载增量并不大，主要取决于混凝土强度的离散程度。段的荷载增量并不大，主要取决于混凝土强度的离散程度。9)9)裂缝间距裂缝间距裂缝间距裂缝间距的计算公式即是以该阶段的受力分析建立的。的计算公式即是以该阶段的受力分析建立的。的计算公式即是以该阶段的受力分析建立的。的计算公式即是以该阶段的受力分析建立的。第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第17页，此课件共49页哦10)10)裂缝出齐后，随着荷载的继续增加，裂缝宽度不断开展。裂缝出齐后，随着荷载
28、的继续增加，裂缝宽度不断开展。裂缝出齐后，随着荷载的继续增加，裂缝宽度不断开展。裂缝出齐后，随着荷载的继续增加，裂缝宽度不断开展。裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋的伸长，导致钢筋与裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋的伸长，导致钢筋与裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋的伸长，导致钢筋与裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋的伸长，导致钢筋与混凝土之间不断产生相对滑移的结果，混凝土之间不断产生相对滑移的结果，混凝土之间不断产生相对滑移的结果，混凝土之间不断产生相对滑移的结果，这是裂缝宽度计算的这是裂缝宽度计算的这是裂缝宽度计算的这是裂缝宽度计算的依据。依据。依据。依据。11)11)在荷载长期作用下，
29、由于在荷载长期作用下，由于在荷载长期作用下，由于在荷载长期作用下，由于混凝土的滑移徐变和拉应力的混凝土的滑移徐变和拉应力的混凝土的滑移徐变和拉应力的混凝土的滑移徐变和拉应力的松弛松弛松弛松弛，将导致裂缝间受拉混凝土不断退出工作，使，将导致裂缝间受拉混凝土不断退出工作，使，将导致裂缝间受拉混凝土不断退出工作，使，将导致裂缝间受拉混凝土不断退出工作，使裂缝开裂缝开裂缝开裂缝开展宽度增大展宽度增大展宽度增大展宽度增大，混凝土的收缩使裂缝间混凝土的长度缩短混凝土的收缩使裂缝间混凝土的长度缩短混凝土的收缩使裂缝间混凝土的长度缩短混凝土的收缩使裂缝间混凝土的长度缩短，也会引起裂缝的进一步开展。也会引起裂缝
30、的进一步开展。也会引起裂缝的进一步开展。也会引起裂缝的进一步开展。第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第18页，此课件共49页哦2.2.平均裂缝宽度平均裂缝宽度平均裂缝宽度平均裂缝宽度w wmm平均裂缝宽度平均裂缝宽度平均裂缝宽度平均裂缝宽度w wmm等于构件裂缝区段内钢筋的平均伸长与相应等于构件裂缝区段内钢筋的平均伸长与相应等于构件裂缝区段内钢筋的平均伸长与相应等于构件裂缝区段内钢筋的平均伸长与相应水平处构件侧表面混凝土平均伸长的差值水平处构件侧表面混凝土平均伸长的差值水平处构件侧表面混凝土平均伸长的差值水平处构件侧表面混凝土平均伸长的差值。忽略混
31、凝土的拉伸变形忽略混凝土的拉伸变形忽略混凝土的拉伸变形忽略混凝土的拉伸变形受拉钢筋应变不均匀系数，反映了裂缝间受拉受拉钢筋应变不均匀系数，反映了裂缝间受拉受拉钢筋应变不均匀系数，反映了裂缝间受拉受拉钢筋应变不均匀系数，反映了裂缝间受拉混凝土参与工作的程度。混凝土参与工作的程度。混凝土参与工作的程度。混凝土参与工作的程度。第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第19页，此课件共49页哦以轴拉为例：以轴拉为例：以轴拉为例：以轴拉为例：1 1）2 2）第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第20页，此课件共49页哦3
32、 3）3.3.最大裂缝宽度最大裂缝宽度最大裂缝宽度最大裂缝宽度w wmaxmax第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第21页，此课件共49页哦第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算8.3.3 裂缝宽度验算裂缝宽度验算裂缝宽度验算裂缝宽度验算1 1验算要求验算要求验算要求验算要求w wmaxmaxw wmaxmax 2 2减小裂缝宽度的方法减小裂缝宽度的方法减小裂缝宽度的方法减小裂缝宽度的方法适当减小钢筋直径，使钢筋在混凝土中均匀分布；适当减小钢筋直径，使钢筋在混凝土中均匀分布；适当减小钢筋直径，使钢筋在混凝土
33、中均匀分布；适当减小钢筋直径，使钢筋在混凝土中均匀分布；采用与混凝土粘结较好的变形钢筋；采用与混凝土粘结较好的变形钢筋；采用与混凝土粘结较好的变形钢筋；采用与混凝土粘结较好的变形钢筋；适当增加配筋量（不够经济合理），以降低使用阶段的钢筋应力。适当增加配筋量（不够经济合理），以降低使用阶段的钢筋应力。适当增加配筋量（不够经济合理），以降低使用阶段的钢筋应力。适当增加配筋量（不够经济合理），以降低使用阶段的钢筋应力。对限制裂缝宽度而言最根本的方法也是采用预应力混凝土结构。对限制裂缝宽度而言最根本的方法也是采用预应力混凝土结构。对限制裂缝宽度而言最根本的方法也是采用预应力混凝土结构。对限制裂缝宽度而
34、言最根本的方法也是采用预应力混凝土结构。第22页，此课件共49页哦第23页，此课件共49页哦第24页，此课件共49页哦第25页，此课件共49页哦DeformationDeformation截面截面截面截面抗弯刚度抗弯刚度抗弯刚度抗弯刚度EI EI 体现了截面抵抗弯曲变形的能力体现了截面抵抗弯曲变形的能力体现了截面抵抗弯曲变形的能力体现了截面抵抗弯曲变形的能力对于弹性均质材料截面，对于弹性均质材料截面，对于弹性均质材料截面，对于弹性均质材料截面，EIEI为常数，为常数，为常数，为常数，MM-f f f f 关系为直线。关系为直线。关系为直线。关系为直线。图图8-4 8-4 梁的变形梁的变形第第9
35、章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算8.4 8.4 变形验算变形验算变形验算变形验算第26页，此课件共49页哦 由于混凝土开裂、弹塑性应力由于混凝土开裂、弹塑性应力由于混凝土开裂、弹塑性应力由于混凝土开裂、弹塑性应力-应变关系和钢筋屈服等影响，应变关系和钢筋屈服等影响，应变关系和钢筋屈服等影响，应变关系和钢筋屈服等影响，钢筋混钢筋混钢筋混钢筋混凝土凝土凝土凝土适筋梁适筋梁适筋梁适筋梁的的的的MM-f f f f 关系不再是直线关系不再是直线关系不再是直线关系不再是直线，而是随弯矩增大，截面曲率呈曲，而是随弯矩增大，截面曲率呈曲，而是随弯矩增大，截面曲率呈曲
36、，而是随弯矩增大，截面曲率呈曲线变化。线变化。线变化。线变化。MMy yMMu uMMcrcrE Ec cI I0 0MMf f第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算图图8-5 8-5 梁的梁的M-f M-f 关系关系第27页，此课件共49页哦第28页，此课件共49页哦8.4.1 8.4.1 受弯构件的短期刚度受弯构件的短期刚度受弯构件的短期刚度受弯构件的短期刚度B Bs s1.1.不出现裂缝的构件不出现裂缝的构件不出现裂缝的构件不出现裂缝的构件2.2.出现裂缝的构件出现裂缝的构件出现裂缝的构件出现裂缝的构件8.4.2 8.4.2 受弯构件的长期刚度受
37、弯构件的长期刚度受弯构件的长期刚度受弯构件的长期刚度B Bl刚度降低的原因：刚度降低的原因：刚度降低的原因：刚度降低的原因：混凝土的徐变混凝土的收缩混凝土的徐变混凝土的收缩混凝土的徐变混凝土的收缩混凝土的徐变混凝土的收缩影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：受压钢筋的配筋率、加荷龄期、荷载的大小及持续时间、温受压钢筋的配筋率、加荷龄期、荷载的大小及持续时间、温受压钢筋的配筋率、加荷龄期、荷载的大小及持续时间、温受压钢筋的配筋率、加荷龄期、荷载的大小及持续时间、温度和湿度、混凝土的养护时间度和湿度、混凝土的养护时间度和湿度、混凝土的养护时间度和湿度、混凝土的养护时间第第9章章 钢筋混凝土构件正
38、常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第29页，此课件共49页哦荷载长期作用下的挠度增大系数荷载长期作用下的挠度增大系数荷载长期作用下的挠度增大系数荷载长期作用下的挠度增大系数：（1 1）对应于荷载效应的短期组合）对应于荷载效应的短期组合）对应于荷载效应的短期组合）对应于荷载效应的短期组合长期抗弯刚度长期抗弯刚度长期抗弯刚度长期抗弯刚度第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第30页，此课件共49页哦（2 2）对应于荷载效应的长期组合）对应于荷载效应的长期组合）对应于荷载效应的长期组合）对应于荷载效应的长期组合长期抗弯刚度长期抗弯刚度长期抗
39、弯刚度长期抗弯刚度8.4.3 8.4.3 受弯构件的挠度计算受弯构件的挠度计算受弯构件的挠度计算受弯构件的挠度计算验算验算验算验算第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第31页，此课件共49页哦 3.3.提高刚度的方法提高刚度的方法提高刚度的方法提高刚度的方法 若验算挠度不能满足，则表示构件的抗弯刚度不足。若验算挠度不能满足，则表示构件的抗弯刚度不足。若验算挠度不能满足，则表示构件的抗弯刚度不足。若验算挠度不能满足，则表示构件的抗弯刚度不足。增加截增加截增加截增加截面尺寸，提高混凝土强度等级，增加配筋量及选用合理的截面面尺寸，提高混凝土强度等级，增加配
40、筋量及选用合理的截面面尺寸，提高混凝土强度等级，增加配筋量及选用合理的截面面尺寸，提高混凝土强度等级，增加配筋量及选用合理的截面（如（如（如（如T T T T形或工形等形或工形等形或工形等形或工形等），都可提高构件刚度。但），都可提高构件刚度。但），都可提高构件刚度。但），都可提高构件刚度。但合理而有效的措合理而有效的措合理而有效的措合理而有效的措施是适当增大截面的高度施是适当增大截面的高度施是适当增大截面的高度施是适当增大截面的高度。采用预应力混凝土结构也可有效提高。采用预应力混凝土结构也可有效提高。采用预应力混凝土结构也可有效提高。采用预应力混凝土结构也可有效提高构件刚度。构件刚度。构件刚
41、度。构件刚度。第第9章章 钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算第32页，此课件共49页哦8.4混凝土结构的耐久性问题：什么是耐久性要求？问题：什么是耐久性要求？混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理作用下，混凝土结构应能在自然和人为环境的化学和物理作用下，满足在规定的设计工作寿命内不出现无法接受的承载力减满足在规定的设计工作寿命内不出现无法接受的承载力减小、使用功能降低和不能接受的外观破损等的情况。小、使用功能降低和不能接受的外观破损等的情况。由前已知，混凝土结构的可靠性包含安全性、适用性和耐由前已知，混凝土结构的可靠性包含安全性、适用性和耐久性三个方面的要
42、求。久性三个方面的要求。安全性要求主要用过承载能力计算和稳定性验算解决；安全性要求主要用过承载能力计算和稳定性验算解决；适用性要求主要通过控制结构的变形和裂缝宽度来满足；适用性要求主要通过控制结构的变形和裂缝宽度来满足；第33页，此课件共49页哦耐久性定义：耐久性定义：结构在预定设计工作寿命期内，在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，正常维护条件下，不需要进行大修和加固满足，即可满足正常使用和安全功能要求的能力。即可满足正常使用和安全功能要求的能力。对于一般建筑结构，设计工作寿命为对于一般建筑结构，设计工作寿命为50年，重要年，重要的建筑物可取的建筑物可取1
43、00年。年。近年来，随着建筑市场化的发展，业主也可以近年来，随着建筑市场化的发展，业主也可以对建筑的寿命提出更高要求。对于其它土木工程对建筑的寿命提出更高要求。对于其它土木工程结构，根据其功能要求，设计工作寿命也有差别，结构，根据其功能要求，设计工作寿命也有差别，如桥梁工程一般要求在如桥梁工程一般要求在100年以上。年以上。第34页，此课件共49页哦世界上经济发达国家的工程建设大体上经历了三世界上经济发达国家的工程建设大体上经历了三个阶段：个阶段：大规模建设大规模建设；新建与改建、维修并重新建与改建、维修并重；重点转向既有建筑物的维修改造重点转向既有建筑物的维修改造。目前经济发达国家处于第三阶
44、段，结构因耐久性不足目前经济发达国家处于第三阶段，结构因耐久性不足而失效，或为保证继续正常使用而付出巨大维修代价，而失效，或为保证继续正常使用而付出巨大维修代价，这使得耐久性问题变得十分重要。这使得耐久性问题变得十分重要。第35页，此课件共49页哦 我国我国50年代开始大规模建设的工程项目，由于当时年代开始大规模建设的工程项目，由于当时经济基础薄弱，材料标准和设计标准都较低，除一些经济基础薄弱，材料标准和设计标准都较低，除一些重要的工程项目目前需要继续维持其使用外，其它大重要的工程项目目前需要继续维持其使用外，其它大部分工程已达到其使用寿命。部分工程已达到其使用寿命。我国真正进入大规模建设是在
45、改革开放以后，因我国真正进入大规模建设是在改革开放以后，因此国外发达国家在耐久性上所遇到的问题应引起我此国外发达国家在耐久性上所遇到的问题应引起我国工程技术人员的足够重视，国工程技术人员的足够重视，避免重蹈发达国家的避免重蹈发达国家的覆辙，覆辙，对国家经济建设造成巨大浪费。对国家经济建设造成巨大浪费。第36页，此课件共49页哦内部因素：内部因素：混凝土强度混凝土强度 渗透性渗透性 保护层厚度保护层厚度 水泥品种水泥品种 标号和用量标号和用量 外加剂等外加剂等外部因素：外部因素：环境温度环境温度 湿度湿度 CO2含量含量 侵蚀性介质等侵蚀性介质等影响混凝土结构耐久性的因素碳化碳化 挠度过大挠度过
46、大(刚度降低）刚度降低）钢筋锈蚀钢筋锈蚀表面劣化强度劣化龟龟裂裂美美观观第37页，此课件共49页哦混凝土中碱性物质（混凝土中碱性物质（Ca(OH)2）使混凝土内的钢筋表明形成氧化）使混凝土内的钢筋表明形成氧化膜，它能有效地保护钢筋，防止钢筋锈蚀。膜，它能有效地保护钢筋，防止钢筋锈蚀。但由于大气中的二氧化碳（但由于大气中的二氧化碳（CO2）与混凝土中的碱性物质发生反应，）与混凝土中的碱性物质发生反应，使混凝土的使混凝土的Ph值降低。其他物质，如值降低。其他物质，如SO2、H2S，也能与混凝土中的，也能与混凝土中的碱性物质发生类似的反应，使混凝土的碱性物质发生类似的反应，使混凝土的Ph值降低，这就
47、是混凝土的值降低，这就是混凝土的碳化。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，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。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。因此，混凝土的碳化是混凝土结构耐久性的重要问题。混凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳化，混凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳化，所需要的时间与碳化速度、混凝土保护层厚度、混凝土密实所需要的时间与碳化速度、混凝土保护层厚度、混凝土
48、密实性以及覆盖层情况等因素有关。性以及覆盖层情况等因素有关。1、混凝土的碳化、混凝土的碳化第38页，此课件共49页哦1）环境因素）环境因素碳化速度主要取决于空气中的碳化速度主要取决于空气中的CO2浓度和向混凝土中的扩散速浓度和向混凝土中的扩散速度。空气中的度。空气中的CO2浓度大，混凝土内外浓度大，混凝土内外CO2浓度梯度也愈大，浓度梯度也愈大，因而因而CO2向混凝土内的渗透速度快，碳化反应也快。向混凝土内的渗透速度快，碳化反应也快。空气湿度和温度对碳化反应速度有较大影响。因为碳化反空气湿度和温度对碳化反应速度有较大影响。因为碳化反应要产生水份向外扩散，湿度越大，水份扩散越慢。当空应要产生水份
49、向外扩散，湿度越大，水份扩散越慢。当空气相对湿度大于气相对湿度大于80%，碳化反应的附加水份几乎无法向外扩散，碳化反应的附加水份几乎无法向外扩散，使碳化反应大大降低。，使碳化反应大大降低。而在极干燥环境下，空气中的而在极干燥环境下，空气中的CO2无法溶于混凝土中的孔无法溶于混凝土中的孔隙水中，碳化反应也无法进行。隙水中，碳化反应也无法进行。试验表明，当混凝土周围介质的相对湿度为试验表明，当混凝土周围介质的相对湿度为50%75%时，时，混凝土碳化速度最快。环境温度越高，碳化的化学反应速混凝土碳化速度最快。环境温度越高，碳化的化学反应速度越快，且度越快，且CO2向混凝土内的扩散速度也越快。向混凝土
50、内的扩散速度也越快。第39页，此课件共49页哦2）材料因素）材料因素水水泥泥是是混混凝凝土土中中最最活活跃跃的的成成分分，其其品品种种和和用用量量决决定定了了单单位位体体积积中中可可碳碳化化物物质质的的含含量量，因因而而对对混混凝凝土土碳碳化化有有重重要要影响。影响。单单位位体体积积中中水水泥泥的的用用量量越越多多，会会提提高高混混凝凝土土的的强强度度，又又会会提提高混凝土的抗碳化性能。高混凝土的抗碳化性能。水水灰灰比比也也是是影影响响碳碳化化的的主主要要因因素素。在在水水泥泥用用量量不不变变的的条条件件下下，水水灰灰比比越越大大，混混凝凝土土内内部部的的孔孔隙隙率率也也越越大大，密密实实性性