第九章 钢筋混凝土构件变形、裂缝.ppt
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§9.1 概述 §9.2 钢筋混凝土构件裂缝宽度验算 二级— 一般要求不出现裂缝的构件,按荷载效应标准组合计算时,构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土抗拉强度标准值;而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; 三级— 允许出现裂缝的构件,按荷载效应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表9-1规定的最大裂缝宽度限值。 (2)耐久性要求:裂缝对结构的耐久性是非常不利的。 处于室内正常环境,因缺少锈蚀的充分条件,不至锈蚀或虽有轻微锈蚀但不会影响承载力,因此裂缝宽度限值可放宽些。 不过,这时还应按构件的工作条件加以区分。例如,屋架、托架等主要屋面承重结构构件,以及需作疲劳验算的吊车梁等构件,均应从严控制裂缝宽度(见表9-1)。 §9.3钢筋混凝土受弯构件的挠度验算 为简化计算,《规范》规定:当计算跨度内的支座截面抗弯刚度不大于跨中截面刚度的两倍或不小于跨中截面抗弯刚度的二分之一时,该跨也可按等刚度构件进行计算,其构件刚度可取跨中最大弯矩截面刚度。此时可以采用等强度梁进行计算。 (3) 保证人们的感觉在可接受的程度之内 防止厚度较小或跨度太大的单块板站上人后产生过大的颤动或明显下垂引起的不安全感。防止在可变引起的振动对人的不良感觉等。 表中l0为构件的计算跨度 ,计算悬臂构件的挠度限值时,其计算跨度l0按实际悬臂长度的2倍取用。 §9.4公路桥涵钢筋混凝土受弯构件的挠度、裂缝和耐久性设计 在使用荷载作用下,处于带裂缝工作状态。由于钢筋混凝土是不匀质的非弹性材料,从图9-8中可以看出,该阶段,M与φ间为非线性关系,即曲率φ比M增加的快。故刚度随M增大而降低。 而且沿构件的截面抗弯刚度也是不均匀分布的。 此时,构件截面短期刚度与用材料力学弹性体公式表达的抗弯刚度EI已大不相同。 荷载长期作用时,由于受压混凝土的徐变和收缩,使混凝土的压应变随时间的增长而增大; 裂缝间受拉区混凝土的应力松弛,受拉区混凝土与钢筋之间的粘结滑移徐变,裂缝向上延伸,导致受拉混凝土随时间不断退出工作,钢筋拉应变随时间增大,构件的挠度也就不断地增长,也就是说,截面的刚度将随荷载的长期作用而降低。 验算变形时,应按荷载效应的标准组合并考虑长期作用的影响计算。用长期刚度B代替,可得钢筋混凝土简支梁跨中挠度验算公式 荷载效应的标准组合作用下受弯构件的截面抗弯刚度,简称为短期刚度,记作Bs。 短期刚度 混凝土结构设计中,用到截面抗弯刚度的有两种情况。 ⑴是指预应力混凝土受弯构件,它包括要求不出现裂缝的构件(可近似地把混凝土开裂前的M-φ曲线视为直线, ⑵是指带裂缝工作的钢筋混凝土受弯构件。此处主要讲述钢筋混凝土受弯构件的截面抗弯刚度。 构件出现裂缝后,沿构件轴长,其受拉钢筋及受压混凝土的应变分布是不均匀的,在裂缝截面处最大,裂缝间为曲线变化(图)。 钢筋混凝土受弯构件Bs计算公式的建立 截面刚度则是裂缝截面处最小,裂缝中间截面处最大。 这种各截面刚度的不均匀分布给挠度计算带来了困难。 此中的关键是得出平均曲率的表达式 由于构件的挠度是反映沿构件跨长变形的综合效应,因此,可以通过平均刚度加以表征。 截面抗弯刚度是使截面产生单位曲率需要施加的弯矩值,利用平均曲率有 几何关系 在平均裂缝间距内,各水平纤维的平均应变沿梁截面高度的变化符合平截面假定 ΔOAB∽ΔCDE: 平均曲率的表达式! 的表达式? 物理关系 工作在第Ⅱ阶段的受弯构件,钢筋采用钢筋的弹性模量,而混凝土采用其变形模量。 钢筋应变: 裂缝处 的表达式! 混凝土应变: 平均裂缝间距内 钢筋: 混凝土: 引入应变不均匀系数 平衡关系 对受压区合力点取矩,得 裂缝处 受拉钢筋的重心取矩,得 受压面积为bx0=ξ0bh0 ,平均压应力ωσck 为了简化计算,令 短期刚度Bs的一般表达式 取 参数的讨论 裂缝截面处内力臂系数η ηh0是纵向受拉钢筋合力点至受压区合力点的距离, η是内力臂系数。 式中,Mk、Es、h0、As为已知值,εsk可根据变形量测求得,因此,η值即可算出。前面讲过,为了简化计算,对矩形、T形和I形截面受弯构件。 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ 系数ψ=εsm/εsk。随着荷载的增大, εsm与εsk间的差距逐渐减小,亦即ψ值逐渐变大,而此时砼参与工作的程度越小。反之ψ值越小,砼参与工作的程度越大; 如果ψ=1,裂缝间受拉砼全部退出工作。 系数ψ的物理意义就是反映裂缝间受拉砼对纵向受拉钢筋应变的影响程度。 系数ψ反映了裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀
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