【正文】 ? 在一個(gè)裂縫區(qū)段 （ 裂縫間距 lcr） 內(nèi) ， 鋼筋與混凝土伸長(zhǎng)之差是裂縫開展寬度 ω， lcr越大 ， ω越大 。 裂縫開展寬度的驗(yàn)算 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 同時(shí)列出裂縫寬度公式和鋼筋應(yīng)力計(jì)算方法 如：現(xiàn)行水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 ? 對(duì)一般構(gòu)件給出了外力荷載作用下的裂縫寬度計(jì)算公式，要求裂縫寬度計(jì)算值不得大于所規(guī)定的裂縫寬度限值； ? 對(duì)無法求得裂縫寬度的非桿件體系結(jié)構(gòu)，除建議按鋼筋混凝土有限單元法計(jì)算裂縫開展寬度外，同時(shí)給出了鋼筋應(yīng)力的計(jì)算方法，要求鋼筋應(yīng)力計(jì)算值不得大于所規(guī)定的鋼筋應(yīng)力限值，用來間接控制裂縫寬度。 美國(guó) 2022年的 ACI規(guī)范、美國(guó) 2022年的水工混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范和英國(guó) 1997年的規(guī)范屬于這一類。 裂縫開展寬度的驗(yàn)算 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 只列出構(gòu)造要求 ? 無裂縫寬度計(jì)算公式與限值，只規(guī)定了 以限裂為目的的構(gòu)造要求 ； ? 原因： 裂縫是溫度、收縮和外力荷載綜合作用下產(chǎn)生的，計(jì)算得到的裂縫寬度并不符合工程實(shí)際。 對(duì)策： ? 選擇低含堿量的水泥； ? 結(jié)構(gòu)的水下部分不宜 （ 或不應(yīng) ） 采用活性骨料 ； ? 提高混凝土的密實(shí)度； ? 采用較低的水灰比 。 5．冰凍引起的裂縫 水在結(jié)冰時(shí)體積增加，孔道中水結(jié)冰會(huì)使混凝土脹裂。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 裂縫開展寬度的驗(yàn)算 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 裂縫開展寬度的驗(yàn)算 2． 混凝土收縮引起的裂縫 混凝土在空氣中結(jié)硬產(chǎn)生收縮變形 ， 產(chǎn)生收縮裂縫 。當(dāng)間隙過大時(shí)，下層混凝土結(jié)硬，對(duì)上層混凝土約束增大，將加大上層混凝土的溫度應(yīng)力。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 裂縫開展寬度的驗(yàn)算 對(duì)策： ? 對(duì)框架結(jié)構(gòu) ， 設(shè)伸縮縫 ，減小約束 ， 允許自由變形 。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 裂縫開展寬度的驗(yàn)算 一 、 荷載作用引起的裂縫 對(duì)策： 合理配筋，控制鋼筋應(yīng)力不過高，鋼筋直徑不過粗，裂縫寬度不致過寬。 非荷載因素如溫度變化 、 混凝土收縮 、 基礎(chǔ)不均勻沉降 、 塑性坍落 、 冰凍 、 鋼筋銹蝕及堿一骨料化學(xué)反應(yīng)等都能引起裂縫 。 有人認(rèn)為是不合適的，保證率過低。 QkN p rb??31 . 2 0 0 . 4 0 5 0 0 1 0 0 0 2 4 0 1 0 N = 2 4 0 k N? ? ? ? ? ?320syy0 . 9 1 . 2 0 1 . 0 2 4 0 . 0 1 0 8 6 4 m m300dNNAff? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 ? 按 DL/T50572022規(guī)范 ? 抗裂驗(yàn)算 5320 4 10100 0 120 958 126 .84 10 m m 10EsA bh A??? ? ? ? ? ? ? ??330 0 .85 1 .78 12 4 10 19 1 10 N= 19 1 k Nc t t kfA? ? ? ? ? ? ?0k ct t kN f A??滿足抗裂要求 30 0 50 0 10 00 18 0 10 N 18 k NkkN p rb?? ? ? ? ? ? ? ?第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 ? 正常使用極限狀態(tài)是否考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，工程界有爭(zhēng)論。 圖 87 管壁配筋圖 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 ? 按 SL1912022規(guī)范 ? 抗裂驗(yàn)算 0 50 0 10 00 20 0 10 N= 20 .0k NkkN p rb? ? ? ? ? ?5320 4 10100 0 120 958 126 .84 10 m m 10EsA bh A??? ? ? ? ? ? ? ??330 0 .85 1 .78 12 4 10 19 1 10 N= 19 1 k Nc t t kfA? ? ? ? ? ? ?k ct t k 0N f A?＞不滿足抗裂要求，但差額僅 4%， 工程上也可以認(rèn)為滿足要求。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 例題： 某壓力水管系 4級(jí)水工建筑物 ， 其內(nèi)半徑 r=500mm， 管壁厚 100mm， 采用 C25混凝土和 HRB335鋼筋；水管內(nèi)水壓力標(biāo)準(zhǔn)值 pk= ， 試配置受力鋼筋并進(jìn)行抗裂驗(yàn)算 。 （ Mk 、 Mk ） 就是荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的內(nèi)力總和與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的乘積 。 ? 荷載效應(yīng) （ Mk 、 Mk ） 計(jì)算方法不同的 。 σ=0時(shí) （ 受彎 ） ， γ偏拉 =γm； σ=ft時(shí) （ 軸拉 ） ， γ偏拉 =1。 關(guān)鍵： ?? 偏 拉第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 ? 應(yīng)變梯度定義： 應(yīng)變隨截面高度的變化率 。 根據(jù) h值的不同 ， 對(duì) γm值進(jìn)行修正 ， 乘以考慮截面高度影響的修正系數(shù) ， 其值不大于 。 抗裂驗(yàn)算 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 ②根據(jù)平衡，得極限方程： 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 0WM??0WMf crtm ?? ③將抗拉強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值，引入拉應(yīng)力限制系數(shù)，來考慮可靠度。 受彎構(gòu)件抗裂驗(yàn)算方法 ①應(yīng)用材料力學(xué)公式 材力公式適用于均質(zhì)、線性材料。 受拉區(qū)近似假定為梯形 ， 塑化區(qū)占受拉區(qū)高度的一半 。 所謂“雙控”。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 概 述 ? 表現(xiàn)在： 承載能力 正常使用 ? 荷載： 設(shè)計(jì)值 標(biāo)準(zhǔn)值 ? 強(qiáng)度： 設(shè)計(jì)值 標(biāo)準(zhǔn)值 ? 結(jié)構(gòu)系數(shù)： 無 （ DL） ? 設(shè)計(jì)狀況系數(shù)： 、 無 （ DL） ? 重要性系數(shù)： 、 、 相同 （ DL） ? 安全系數(shù)： 、 、 無 （ SL） 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 概 述 抗裂驗(yàn)算與裂縫寬度驗(yàn)算之間的關(guān)系 ? 抗裂公式與裂縫寬度公式并不配套。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 概 述 ? 裂縫寬度限值的確定： ? 裂縫寬度限值理應(yīng)根據(jù)下列因素取值： ? 結(jié)構(gòu)的功能要求 ? 環(huán)境條件對(duì)鋼筋的腐蝕影響 ? 鋼筋種類對(duì)腐蝕的敏感性 ? 荷載作用時(shí)間 ? 目前，混凝土規(guī)范規(guī)范考慮裂縫寬度限值的影響因素各有側(cè)重，具體規(guī)定并不完全一致。如： ? 吊車梁，撓度過大時(shí)會(huì)妨礙吊車正常行駛； ? 閘門頂梁，變形過大時(shí)會(huì)使閘門頂梁與胸墻底梁之間止水失效。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 概 述 ? 抗裂驗(yàn)算范圍： ? 承受水壓的軸拉、小偏拉構(gòu)件 ? 發(fā)生裂縫后引起嚴(yán)重滲漏構(gòu)件。 ? 采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值及材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。 ? 對(duì)各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件都應(yīng)進(jìn)行該極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。舉例： 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 概 述 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 概 述 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 概 述 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 概 述 輸水隧洞輸水隧洞閘室中心線結(jié)構(gòu)錨桿第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 概 述 閘室中心線底塊與中間塊： 雙面雙向 25＠ 200； 上塊： 豎向： 20＠ 200 水平： 15＠ 200 但對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)， 正常使用極限狀態(tài)往往是控制狀態(tài)。 ? 破損階段法的缺陷 ? 無法了解正常使用階段是否滿足要求，裂縫與變形 。 ? 容許應(yīng)力取值依靠經(jīng)驗(yàn)，曾多次提高。 鋼筋混凝土設(shè)計(jì)理論經(jīng)歷了三個(gè)階段： ? 容許應(yīng)力法 ? 破損階段法 ? 極限狀態(tài)法 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 概 述 ? 容許應(yīng)力法的缺陷 ? 假定混凝土為線性材料不符合實(shí)際。 ? 無法得到正常使用時(shí)的狀態(tài)，如裂縫寬度與變形。 以受彎構(gòu)件為例： ? 承載能力： 正截面抗彎：縱向受力鋼筋 斜截面抗剪：箍筋、彎起鋼筋 斜截面抗彎：有彎起鋼筋時(shí)， 抵抗彎矩圖 ? 正常使用：抗裂設(shè)計(jì)： 抗裂驗(yàn)算 限裂設(shè)計(jì)： 裂縫寬度 抗裂或限裂設(shè)計(jì)：變形驗(yàn)算 概 述 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 但對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)， 正常使用極限狀態(tài)往往是控制狀態(tài)。 ? 超過該極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)就不能滿足預(yù)定的安全性要求。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 概 述 ? 正常使用極限狀態(tài)： ? 結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到影響正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。 ? 驗(yàn)算內(nèi)容 ：抗裂驗(yàn)算、裂縫寬度驗(yàn)算及變形驗(yàn)算。 ? 變形驗(yàn)算范圍： 嚴(yán)格限制變形的構(gòu)件。 因此，而裂縫寬度驗(yàn)算，根據(jù)使用要求使裂縫寬度小于相應(yīng)的限值。正常使用極限狀態(tài)不滿足所造成的危害小于承載能力極限狀態(tài)。 ? 對(duì)特別重要的抗裂構(gòu)件，滿足抗裂縫驗(yàn)算后，還須進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。 ? 提高構(gòu)件抗裂能力的措施主要有： ? 加大構(gòu)件截面尺寸 ? 提高混凝土抗拉強(qiáng)度 ? 在局部混凝土中摻入鋼纖維 ? 最根本的方法則是采用預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 受彎構(gòu)件 受彎構(gòu)件正截面即將開裂時(shí) ， 應(yīng)力處于第 I階段末 。換算后可直接用彈性體的 材料力學(xué)公式 進(jìn)行計(jì)算。 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 0 c E s E sA A A A?? ?? ? ?000IWhy? ?? 根據(jù)開裂彎矩不變的原則，引入塑性影響系數(shù)，將非線性應(yīng)力圖形簡(jiǎn)化成線性應(yīng)力圖形。 ? γm值還與截面高度 h有關(guān) 。 )3b b h y h A h y A y a??? ? ? ?? ? ? ? ?第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 ? 單筋工字形換算截面特征值也可按下式計(jì)算： hy )( E0 ????3E0 ) 8 3 ( bhI ????第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 偏心受拉構(gòu)件 把鋼筋換算為混凝土截面面積，引入 偏心受拉構(gòu)件的截面抵抗矩塑性系數(shù) ，用材料力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算 ： 00kkc t t kMN fWA ???? 偏 拉 Mk—— 按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的彎矩值； Nk—— 按荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算得到的彎矩值。 ? 應(yīng)變梯度： 軸拉構(gòu)件＜偏拉構(gòu)件＜受彎構(gòu)件 ? 塑性影響系數(shù)： 1 ＜ γ軸拉 ＜ γm 第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 ? 假定 ： γ偏拉 隨截面平均拉應(yīng)力 σ的大小 ， 按線性規(guī)律在 1與 γm之間變化 。 00kkm c t t kMN fWA ????第八章 鋼筋混凝土構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算 抗裂驗(yàn)算 ? SL1912022規(guī)范與 DL/T50572022規(guī)范的抗裂驗(yàn)算公式形式相同 。 ? DL/T50572022規(guī)范的正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式中 ， 考慮了結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 。 如能放在限值上 （ 如拉應(yīng)力限制系數(shù)的大小 、 裂縫寬度限值的大小與撓度的大小 ） 來體現(xiàn)更為合理 。 壓力水管承受內(nèi)水壓力時(shí)為軸心受拉構(gòu)件 ， 單位長(zhǎng)度（ ） 上的軸力設(shè)計(jì)值： 1 . 2 0 kN