第9章-钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算.ppt

第第9章章 钢筋混凝土构件的裂缝钢筋混凝土构件的裂缝 及变形验算及变形验算 9.1 9.1 概述概述 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算 结构构件应进行承载力计算，以保证安全性；对某些构件根据结构构件应进行承载力计算，以保证安全性；对某些构件根据需要进行裂缝宽度和变形验算，以保证其适用性和耐久性。需要进行裂缝宽度和变形验算，以保证其适用性和耐久性。例如，钢筋混凝土构件裂缝宽度过大，裂缝处钢筋将锈蚀，影例如，钢筋混凝土构件裂缝宽度过大，裂缝处钢筋将锈蚀，影响构件的安全性和耐久性；梁、板变形过大将影响屋面排水效果，响构件的安全性和耐久性；梁、板变形过大将影响屋面排水效果，影响精密机器及仪表的使用，造成非承重构件的损坏；吊车梁变形影响精密机器及仪表的使用，造成非承重构件的损坏；吊车梁变形过大将影响吊车的正常运行等。过大将影响吊车的正常运行等。混凝土设计规范规定：混凝土设计规范规定：对构件进行正常使用极限状态验算时，对构件进行正常使用极限状态验算时，应按荷载效应的标准组合和准永久组合，或标准组合并考虑长期作用应按荷载效应的标准组合和准永久组合，或标准组合并考虑长期作用影响来进行。标准组合是指对可变荷载采用标准值、组合值为荷载代影响来进行。标准组合是指对可变荷载采用标准值、组合值为荷载代表值的组合；准永久组合是指对可变荷载采用准永久值为荷载代表值表值的组合；准永久组合是指对可变荷载采用准永久值为荷载代表值的组合。的组合。9.2 9.2 裂缝宽度验算裂缝宽度验算 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算 裂缝宽度验算就是要计算构件的在荷载作用下产生的最大裂缝裂缝宽度验算就是要计算构件的在荷载作用下产生的最大裂缝宽度不应超过混凝土设计规范规定的最大裂缝宽度限值，即宽度不应超过混凝土设计规范规定的最大裂缝宽度限值，即 wmaxwlim 混凝土构件的最大裂缝宽度限值混凝土构件的最大裂缝宽度限值wlim见表见表2-2。一、一、钢筋混凝土构件裂缝宽度的验算钢筋混凝土构件裂缝宽度的验算 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算 1 1影响裂缝宽度的主要因素：影响裂缝宽度的主要因素：（1 1）纵筋的表面形状。带肋钢筋的粘结强度较光圆钢筋大得多，可减）纵筋的表面形状。带肋钢筋的粘结强度较光圆钢筋大得多，可减小裂缝宽度。小裂缝宽度。（2 2）纵筋的直径。当构件内受拉纵筋截面相同时，采用细而密的钢筋，）纵筋的直径。当构件内受拉纵筋截面相同时，采用细而密的钢筋，则会增大钢筋表面积，因而使粘结力增大，裂缝宽度变小。则会增大钢筋表面积，因而使粘结力增大，裂缝宽度变小。（3 3）纵筋配筋率。构件受拉区混凝土截面的纵筋配筋率越大，裂缝宽）纵筋配筋率。构件受拉区混凝土截面的纵筋配筋率越大，裂缝宽度越小。度越小。（4 4）纵向钢筋的应力。裂缝宽度与钢筋应力近似呈线性关系。）纵向钢筋的应力。裂缝宽度与钢筋应力近似呈线性关系。（5 5）保护层厚度。保护层越厚，裂缝宽度越大。）保护层厚度。保护层越厚，裂缝宽度越大。2.裂缝宽度计算公式裂缝宽度计算公式 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算2.裂缝宽度计算公式裂缝宽度计算公式 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算2.裂缝宽度计算公式裂缝宽度计算公式 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算二、二、减小裂缝宽度的措施减小裂缝宽度的措施 （1）选用变形钢筋；）选用变形钢筋；（2）当钢筋截面面积一定时，选用直径较细的钢筋；）当钢筋截面面积一定时，选用直径较细的钢筋；（3）可以增加钢筋的数量；）可以增加钢筋的数量；（4）提高混凝土的强度等级；）提高混凝土的强度等级；（5）增大截面尺寸）增大截面尺寸；（6）减小混凝土保护层厚度。）减小混凝土保护层厚度。第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算9.3 9.3 受弯构件挠度验算受弯构件挠度验算 一、一、受弯构件挠度验算的特点受弯构件挠度验算的特点 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算9.3 9.3 受弯构件挠度验算受弯构件挠度验算 一、一、受弯构件挠度验算的特点受弯构件挠度验算的特点 对于均质弹性材料梁，对于均质弹性材料梁，对于均质弹性材料梁，对于均质弹性材料梁，为常数，不随荷载大小而发生变化，简支梁的为常数，不随荷载大小而发生变化，简支梁的为常数，不随荷载大小而发生变化，简支梁的为常数，不随荷载大小而发生变化，简支梁的挠度随荷载的增加而成线性增加。挠度随荷载的增加而成线性增加。挠度随荷载的增加而成线性增加。挠度随荷载的增加而成线性增加。钢筋混凝土梁不是均质弹性体，在变形的过程中具有一定的弹塑性性质。钢筋混凝土梁不是均质弹性体，在变形的过程中具有一定的弹塑性性质。钢筋混凝土梁不是均质弹性体，在变形的过程中具有一定的弹塑性性质。钢筋混凝土梁不是均质弹性体，在变形的过程中具有一定的弹塑性性质。在高应力状态下，在高应力状态下，在高应力状态下，在高应力状态下，不不不不是常数，随应力增高而降低。另外，钢筋混凝土梁随荷是常数，随应力增高而降低。另外，钢筋混凝土梁随荷是常数，随应力增高而降低。另外，钢筋混凝土梁随荷是常数，随应力增高而降低。另外，钢筋混凝土梁随荷载增加截面产生裂缝并发展，截面的惯性矩也随着降低，不再保持常值。所载增加截面产生裂缝并发展，截面的惯性矩也随着降低，不再保持常值。所载增加截面产生裂缝并发展，截面的惯性矩也随着降低，不再保持常值。所载增加截面产生裂缝并发展，截面的惯性矩也随着降低，不再保持常值。所以钢筋混凝土受弯构件的抗弯刚度不是常量，与荷载大小有关。由于在钢筋以钢筋混凝土受弯构件的抗弯刚度不是常量，与荷载大小有关。由于在钢筋以钢筋混凝土受弯构件的抗弯刚度不是常量，与荷载大小有关。由于在钢筋以钢筋混凝土受弯构件的抗弯刚度不是常量，与荷载大小有关。由于在钢筋混凝土构件中承认平截面假定，故变形计算可以直接引用材料力学的挠度计混凝土构件中承认平截面假定，故变形计算可以直接引用材料力学的挠度计混凝土构件中承认平截面假定，故变形计算可以直接引用材料力学的挠度计混凝土构件中承认平截面假定，故变形计算可以直接引用材料力学的挠度计算公式，但应考虑其抗弯刚度受荷载大小影响，所以在公式中用算公式，但应考虑其抗弯刚度受荷载大小影响，所以在公式中用算公式，但应考虑其抗弯刚度受荷载大小影响，所以在公式中用算公式，但应考虑其抗弯刚度受荷载大小影响，所以在公式中用 来代替来代替来代替来代替 。这样，钢筋混凝土受弯构件挠度计算的实质就变成刚度。这样，钢筋混凝土受弯构件挠度计算的实质就变成刚度。这样，钢筋混凝土受弯构件挠度计算的实质就变成刚度。这样，钢筋混凝土受弯构件挠度计算的实质就变成刚度 的计算问题。的计算问题。的计算问题。的计算问题。第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算二、二、短期刚度的计算短期刚度的计算 式中式中 Es纵向受拉钢筋的弹性模量；纵向受拉钢筋的弹性模量；As纵向受拉钢筋截面面积；纵向受拉钢筋截面面积；h0构件截面有效高度；构件截面有效高度；裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数；裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数；E 钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值，钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值，E=Es/Ec；纵向受拉钢筋配筋率纵向受拉钢筋配筋率；受压翼缘面积与腹板有效面积的比值，受压翼缘面积与腹板有效面积的比值，其中，其中，、为受为受压翼缘的宽度和高度，当压翼缘的宽度和高度，当 时，取时，取 。式中式中Mk 按荷载的标准组合计算的弯矩值，取计算区段内按荷载的标准组合计算的弯矩值，取计算区段内 的最大弯矩值；的最大弯矩值；Mq 按荷载的准永久组合计算的弯矩值，取计算区段内按荷载的准永久组合计算的弯矩值，取计算区段内 的最大弯矩值；的最大弯矩值；考虑荷载的准永久组合对挠度增大的影响系数。对于考虑荷载的准永久组合对挠度增大的影响系数。对于 钢筋混凝土受弯构件钢筋混凝土受弯构件。=2.0 0.4 /Bs 短期刚度。短期刚度。三、三、受弯构件刚度受弯构件刚度B B的计算的计算 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算 按荷载短期效用组合并考虑荷载长期效用影响的长期刚度计算按荷载短期效用组合并考虑荷载长期效用影响的长期刚度计算所得的长期挠度，不应超过混凝土设计规范规定的允许挠度，所得的长期挠度，不应超过混凝土设计规范规定的允许挠度，见见附表附表A-13。在在实实际际计计算算中中，为为简简化化计计算算通通常常取取同同号号弯弯矩矩区区段段内内弯弯矩矩最最大大截截面面的的抗抗弯弯刚刚度度作作为为该该区区段段的的抗抗弯弯刚刚度度B来来计计算算变变形形，这这种种处处理理原原则则称为称为“最小刚度原则最小刚度原则”。例例如如，对对于于简简支支梁梁即即取取最最大大弯弯矩矩截截面面计计算算截截面面刚刚度度，并并作作为为全全梁梁的的截截面面刚刚度度；对对于于连连续续梁梁或或框框架架梁梁则则取取最最大大弯弯矩矩截截面面和和最最大大负负弯弯矩截面的刚度分别作为相应弯矩区段的刚度。矩截面的刚度分别作为相应弯矩区段的刚度。四、四、受弯构件挠度的计算受弯构件挠度的计算 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算（1）增大截面高度；）增大截面高度；最有效的措施。最有效的措施。（2）配置受压钢筋；）配置受压钢筋；（3）采用预应力混凝土；）采用预应力混凝土；（4）提高混凝土的强度等级；）提高混凝土的强度等级；（5）增加钢筋截面面积。）增加钢筋截面面积。五、五、减小挠度的措施减小挠度的措施 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算9.4 9.4 钢筋代换钢筋代换 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算一、一、代换原则代换原则 当施工中遇到钢筋的品种、级别或规格与设计图纸要求不符时，当施工中遇到钢筋的品种、级别或规格与设计图纸要求不符时，按下列原则进行代换：按下列原则进行代换：（1）等）等强度代换。当构件受承载力控制时，钢筋可按强度相等强度代换。当构件受承载力控制时，钢筋可按强度相等原则进行代换。原则进行代换。（2）等面积代换。当构件按最小配筋率配筋时，钢筋可按面积）等面积代换。当构件按最小配筋率配筋时，钢筋可按面积相等原则进行代换。相等原则进行代换。（3）当构件受裂缝宽度或挠度控制时，钢筋代换后应进行裂缝）当构件受裂缝宽度或挠度控制时，钢筋代换后应进行裂缝宽度或挠度验算。宽度或挠度验算。第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算二、二、代换方法代换方法 不同规格钢筋的代换，应按钢筋抗力相等的原则进行代换不同规格钢筋的代换，应按钢筋抗力相等的原则进行代换,即即 具体代换时，若钢筋代换前、后强度相同，而直径不同，具体代换时，若钢筋代换前、后强度相同，而直径不同，则则 若钢筋代换前、后直径相同，而强度不同，则若钢筋代换前、后直径相同，而强度不同，则 1.等强度代换等强度代换 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算 2.等面积代换等面积代换 规格相同的钢筋代换以及构件按最小配筋率配筋时规格相同的钢筋代换以及构件按最小配筋率配筋时,按钢筋面积相等按钢筋面积相等的原则代换。即的原则代换。即 As1=As2 式中式中 As1原设计钢筋总截面面积；原设计钢筋总截面面积；As2代换钢筋总截面面积。代换钢筋总截面面积。第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算三、三、构件截面承载力的影响构件截面承载力的影响 钢钢筋筋代代换换后后,有有时时由由于于钢钢筋筋直直径径加加大大或或根根数数增增多多而而需需要要增增加加排排数数，会会导导致致构构件件截截面面的的有有效效高高度度h0减减小小，从从而而使使构构件件截截面面承承载载力力降降低低。对对这这种情况，如有必要需进行截面承载力复核。种情况，如有必要需进行截面承载力复核。例如，对矩形截面受弯构件，可根据代换前、后弯矩相等原则复核例如，对矩形截面受弯构件，可根据代换前、后弯矩相等原则复核截面承载力，即截面承载力，即 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算四、四、代换注意事项代换注意事项 （1）钢筋代换时应充分了解构件的使用条件和代换钢筋性能，并）钢筋代换时应充分了解构件的使用条件和代换钢筋性能，并严格遵守混凝土设计规范的各项规定，凡重要结构中的钢筋代换应严格遵守混凝土设计规范的各项规定，凡重要结构中的钢筋代换应征得设计单位同意，办理设计变更文件。征得设计单位同意，办理设计变更文件。（2）对某些重要构件，如吊车梁、薄腹梁、桁架下弦梁等，不宜）对某些重要构件，如吊车梁、薄腹梁、桁架下弦梁等，不宜用用HPB300级光圆钢筋代换级光圆钢筋代换HRB335级和级和HRB400级变形钢筋。级变形钢筋。（3）同一截面内，可同时配有不同种类和直径的代换钢筋，但每）同一截面内，可同时配有不同种类和直径的代换钢筋，但每根钢筋的拉力差不应过大（如同品种钢筋直径差值一般不大于根钢筋的拉力差不应过大（如同品种钢筋直径差值一般不大于5 mm）,以免构件受力不均。以免构件受力不均。（4）钢筋代换后应满足配筋构造要求，如钢筋的最小直径、间距、）钢筋代换后应满足配筋构造要求，如钢筋的最小直径、间距、根数、锚固长度、对称等。根数、锚固长度、对称等。第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算 （5）梁的纵向受力钢筋与弯起钢筋应分别代换，以保证正截面与）梁的纵向受力钢筋与弯起钢筋应分别代换，以保证正截面与斜截面承载力。斜截面承载力。（6）偏心受压构件（如框架柱、吊车厂房柱、桁架上弦等）或偏）偏心受压构件（如框架柱、吊车厂房柱、桁架上弦等）或偏心受拉构件进行钢筋代换时，不取整个截面配筋量计算，应按受力心受拉构件进行钢筋代换时，不取整个截面配筋量计算，应按受力（受压或受拉）面分别代换。（受压或受拉）面分别代换。（7）当构件受裂缝宽度控制时，如以小直径钢筋代换大直径钢筋）当构件受裂缝宽度控制时，如以小直径钢筋代换大直径钢筋或以强度等级低的钢筋代换强度等级高的钢筋，则可不进行裂缝宽度或以强度等级低的钢筋代换强度等级高的钢筋，则可不进行裂缝宽度验算。验算。（8）钢筋代换后除满足结构各项技术要求外，同时还要保证用料）钢筋代换后除满足结构各项技术要求外，同时还要保证用料的经济性和加工操作的方便。的经济性和加工操作的方便。本章结束本章结束 第9章 钢筋混凝土构件的裂缝及变形验算