钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计原理 课件 第二章 钢筋混凝土结构设计基本原理-混凝土耐久性 人民交通出版社 张树仁 等编著.ppt

第二章 钢筋混凝土结构设计基本原理 基本要求 结构的可靠性概念 目录 结构设计方法的发展 概率极限状态设计法的基本概念 我国公路桥涵设计规范的计算原则 材料强度的取值 作用的代表值和作用效应组合 1.结构设计方法的发展 经验承载力法：《营造法式》 容许应力法 破损阶段法 极限状态设计法 以概率论为基础的极限状态设计法 目录 结构设计方法的发展 概率极限状态设计法的基本概念 我国公路桥涵设计规范的计算原则 材料强度的取值 作用、作用的代表值和作用效应组合 设计方法The Design Methods 基本设计原则The Basic Design Approach 桥梁作用分类 随时间的变异分为 永久作用(Permanent action): 在结构设计使用期间，其量值不随时间而变化或其变化值与平均值相较可忽略不计的作用。 可变作用(Variable action): 在结构使用期间，其量值 随时间而变化，其变化值与平均值比较不可忽略的作用。 偶然作用(Accidental action): 在结构使用期间出现的 概率很小，一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。 作用分类表 Z=g(X1,X2, ······Xn) 目录 结构设计方法的发展 概率极限状态设计法的基本概念 我国公路桥涵设计规范的计算原则 材料强度的取值 作用的代表值和作用效应组合 正常使用极限状态的限值 挠度限值 控制变形的原因 保证结构的使用功能要求 防止结构性能与设计假定不符 防止对非结构构件产生不良影响 保证人们的感觉在可接受程度内 挠度限值 钢筋混凝土受弯构件 钢结构受弯构件 裂缝宽度限值 确定最大裂缝宽度需考虑的因素 外观要求 耐久性要求（环境条件和构件的工作条件） 规范规定的最大裂缝宽度 最大裂缝宽度 （0.1~0.2mm） 目录 结构设计方法的发展 概率极限状态设计法的基本概念 我国公路桥涵设计规范的计算原则 材料强度的取值 作用的代表值和作用效应组合 目录 结构设计方法的发展 概率极限状态设计法的基本概念 我国公路桥涵设计规范的计算原则 材料强度的取值 作用的代表值和作用效应组合 2 偶然组合 永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。地震作用标准值及其表达式按现行《公路工程抗震设计规范》规定采用。 设计思路 混凝土的耐久性DURABILITY of CONCRETE 长期以来，人们一直认为混凝土材料是一种耐久性良好的材料，因为不少用其建造的结构物使用寿命长久。如一些早期建成的混凝土建筑物，已经使用了100年上下仍然完好。 但与此同时不少结构物过早地毁坏，维修困难而且费用高昂，促使人们重视耐久性问题；许多大型结构物的兴建，例如海底隧道、跨海大桥、石油钻井平台、核废料储存容器等，对使用寿命提出了更高的要求，如100年、150年，甚至几百年 混凝土结构耐久性的定义 混凝土结构的耐久性是指结构对环境介质作用（气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其它破坏过程）的抵抗能力（长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力）。 影响耐久性的主要因素 混凝土的碳化和钢筋的锈蚀 环境中的侵蚀性介质：防止有害物质散溢、采用耐酸或耐碱混凝土、铸石贴面等 大气和雨雪造成的混凝土冻融循环：控制水灰比，提高密实性 冬季施工加氯盐：严格禁止使用氯盐 碱骨料反应：控制含活性成分的骨料，采用低碱水泥或掺入粉煤灰降低混凝土中的碱性。 混凝土的碳化 碳化的概念 硅酸盐混凝土的初始碱度高，钢筋表面形成氧化膜。空气中的CO2与其中的碱性水化物反应而降低Ph值。 影响碳化的因素：环境因素（ CO2的浓度，相对湿度、温度交替变化）和材料本身的性质（水泥用量、水灰比等） 减小碳化的措施 合理设计混凝土配合比，规定水泥用量的低限值和水灰比的高限值，合理采用掺合料； 提高混凝土的密实性、抗渗性； 规定混凝土保护层最小厚度； 采用覆盖面层（水泥砂浆或涂料等） 碳化深度的测定（碳酸试液）也可根据碳化深度和时间的关系预测碳化的深度 钢筋的锈蚀 锈蚀的条件：氧化膜破坏和含氧水分侵入 锈蚀的机理：电化学腐蚀，钢材中铁变成Fe2O3或Fe3O4而膨胀。 锈蚀的发展过程：坑蚀、环蚀、锈蚀面，严重时体积膨胀，导致沿钢筋长度出现纵向裂缝，并使混凝土保护层剥离，习称“暴筋” 防止钢筋锈蚀的措施 降低水灰比，保证密实度，具有足够的混凝土保护层厚度，严格控制氯含量； 采用覆盖层，防止CO2、O2、Cl-的渗入； 在海洋结构、强腐蚀介质中的混凝土结构