第八章 钢筋混凝土构件持久状况正常使用极限状态计算一、引言结构构件的可靠性本章的主要内容具有足够的承载力和变形能力安全性适用性耐久性在使用荷载下不产生过大的裂缝和变形在一定时期内维持其安全性和适用性的能力结构的功能结构的功能: 安全性安全性 承载能力极限状态承载能力极限状态 适用性适用性 影响正常使用影响正常使用 对其它结构构件的影响对其它结构构件的影响 振动、变形过大振动、变形过大 对非结构构件的影响：桥面排水，主梁开裂等对非结构构件的影响：桥面排水，主梁开裂等 心理承受：不安全感，振动噪声心理承受：不安全感，振动噪声 耐久性耐久性 裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，影响使用寿裂缝过宽：钢筋锈蚀导致承载力降低，影响使用寿 命、外观感觉命、外观感觉正常使用正常使用极限状态极限状态过大裂缝对结构的影响过大裂缝对结构的影响引起钢筋的严重锈蚀，降低结构引起钢筋的严重锈蚀，降低结构 的耐久性，损坏结构的外观，引的耐久性，损坏结构的外观，引起使用者的不安起使用者的不安裂缝控制裂缝控制达到正常使用极限状态界限时临界裂缝宽度的限值达到正常使用极限状态界限时临界裂缝宽度的限值 裂缝宽度的计算裂缝宽度的计算产生原因产生原因荷载作用；荷载作用； 混凝土的组成成分；混凝土的组成成分； 温度变化；温度变化； 混凝土的收缩和徐变；混凝土的收缩和徐变； 基础的不均匀沉降；基础的不均匀沉降； 钢筋的锈蚀钢筋的锈蚀裂缝形态裂缝形态正裂缝；斜裂缝；粘结裂缝正裂缝；斜裂缝；粘结裂缝钢筋混凝土构件裂缝宽度验算钢筋混凝土构件裂缝宽度验算钢筋混凝土受弯构件的挠度验算钢筋混凝土受弯构件的挠度验算主要内容主要内容主要内容主要内容：考虑构件变形、裂缝和耐久性的重要性考虑构件变形、裂缝和耐久性的重要性钢筋混凝土构件变形和裂缝宽度的验算方法钢筋混凝土构件变形和裂缝宽度的验算方法重点：重点：重点：重点：裂缝与钢筋的腐蚀裂缝与钢筋的腐蚀裂缝形态裂缝形态裂缝宽度验算裂缝宽度验算 裂缝按其形成的原因分为两大类： 一类是由荷载引起的裂缝（正常裂缝）；另一类是由变形因素(非荷载)引起的裂缝（非正常裂缝）； ，如由材料收缩、温度变化、混凝土碳化(钢筋锈蚀膨胀)以及地基不均匀沉降等原因引起的裂缝。 工程实践中结构物的裂缝属于变形因素为主引起的约占80%，属于荷载为主引起的的占20%。非荷载引起的裂缝十分复杂，目前主要是通过构造措施(如加强配筋、设变形缝等)进行控制。本节所讨论的为荷载引起的正截面裂缝验算。 裂缝宽度验算裂缝宽度验算 实践证明，裂缝宽度小于时，钢筋不致腐蚀。为安全起见，允许裂缝宽度应该还小一些。桥规规定，钢筋混凝土构件计算的特征裂缝宽度不应超过下列规定限值：I类和II类环境，；III类和IV类环境， 。 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算算理理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粘结滑移理论粘结滑移理论数量统计公式美国、俄罗斯及我国交通土建、港工系数量统计公式美国、俄罗斯及我国交通土建、港工系统规范统规范粘结滑移理论以轴心受拉为例C*基本假定就是：开裂后，裂缝处混凝土退出工作，钢筋和混凝土之间发生滑移，混凝土回缩至图中虚线的位置*裂缝宽度=裂缝间钢筋和混凝土之间的变形差值先求出裂缝间距特征裂缝宽度及其验算特征裂缝宽度及其验算特征裂缝宽度的计算特征裂缝宽度的计算裂缝宽度统计裂缝宽度统计影响结构观感和结构耐久性的主要因素是裂缝的最大开展宽度影响结构观感和结构耐久性的主要因素是裂缝的最大开展宽度设计中控制的裂缝宽度是某一协议概率设计中控制的裂缝宽度是某一协议概率(5)下的相对特征裂缝宽下的相对特征裂缝宽度度 裂缝宽度影响因素裂缝宽度影响因素荷载特征：系数荷载特征：系数C3；钢筋直径：配筋率及钢筋应力不变时裂缝宽度随钢筋直径而变化；钢筋直径：配筋率及钢筋应力不变时裂缝宽度随钢筋直径而变化；受拉钢筋配筋率：钢筋直径及应力不变时裂缝宽度随配筋率增大而减小；受拉钢筋配筋率：钢筋直径及应力不变时裂缝宽度随配筋率增大而减小；混凝土抗拉强度：影响不大；混凝土抗拉强度：影响不大；保护层厚度：越厚，裂缝越宽，同时钢筋越不易腐蚀；保护层厚度：越厚，裂缝越宽，同时钢筋越不易腐蚀；受拉钢筋应力影响：最重要因素；受拉钢筋应力影响：最重要因素；钢筋粘结特性：系数钢筋粘结特性：系数C1；长期或重复荷载：系数长期或重复荷载：系数C2。桥规规定，矩形、T形和工形截面钢筋混凝土构件，其特征裂缝宽度可按下列公式计算： - 短期荷载作用下，开裂截面受拉钢筋应力。裂缝宽度验算裂缝宽度验算 受拉钢筋的总周长裂缝宽度验算裂缝宽度验算 受弯构件轴心受拉构件偏心受拉构件偏心受压构件裂缝宽度验算裂缝宽度验算 桥规规定，圆形截面偏心受压钢筋混凝土构件，其特征裂缝宽度可按以下公式计算： 例题8-1裂缝宽度验算裂缝宽度验算 受弯构件挠度验算受弯构件挠度验算 变形验算主要指受弯构件的挠度验算。因此，本节对受变形验算主要指受弯构件的挠度验算。因此，本节对受弯构件的挠度验算方法进行介绍。弯构件的挠度验算方法进行介绍。验算公式验算公式进行受弯构件的挠度验算时，要求满足下面的条件进行受弯构件的挠度验算时，要求满足下面的条件ff，maxff，lim 式中式中ff，max受弯构件按荷载效应的标准组合并考虑荷载长受弯构件按荷载效应的标准组合并考虑荷载长期作用影响计算的挠度最大值；期作用影响计算的挠度最大值； ff，lim受弯构件的挠度限值，公路桥涵工程受弯构件受弯构件的挠度限值，公路桥涵工程受弯构件的挠度限值为：梁式桥主梁的最大挠度处为的挠度限值为：梁式桥主梁的最大挠度处为l600，梁式桥，梁式桥主梁的悬臂端为主梁的悬臂端为l1300，此处，此处，l为受弯构件的计算跨径，为受弯构件的计算跨径，l1为悬臂长度。为悬臂长度。挠度验算主要从以下几个方面考虑：挠度验算主要从以下几个方面考虑：保证结构的使用功能要求；保证结构的使用功能要求；防止对结构构件产生不良影响；防止对结构构件产生不良影响；防止对非结构构件产生不良影响；防止对非结构构件产生不良影响；保证使用者的感觉在可接受的程度之内。保证使用者的感觉在可接受的程度之内。弹性阶段截面等效换算cbctsAsbhh0McsAsxn采用线性的物理关系弹性阶段截面等效换算（Es）As将钢筋等效成混凝土用材料力学的方法求解cbctsbhh0McsAsxnAs弹性阶段截面等效换算换算截面几何特征值的计算对于矩形截面，其中性轴位置可由下式确定：而其换算截面惯性矩 挠度计算公式通用计算公式（图乘法）： 挠度计算公式桥规规定钢筋混凝土受弯构件的抗弯刚度计算公式： 受弯构件在使用阶段的挠度尚应考虑长期效应的影响： 挠度计算公式当荷载短期效应组合并考虑长期效应影响产生的长期挠度不超过L/1600时，可不设预拱度；当不符合上述规定时则应设置预拱度。预拱度值按结构自重和1/2可变活载频遇值计算的长期挠度值之和采用。 预拱度设置例题8-2挠度验算挠度验算 作业：作业：已知计算跨径为的等高装配式已知计算跨径为的等高装配式T T形截面内梁，其跨中形截面内梁，其跨中截面尺寸如图所示，采用截面尺寸如图所示，采用C30C30混凝土，混凝土，HRB335HRB335钢筋，钢筋，A AS S=7691mm=7691mm，a as s，承受恒载弯矩标准，承受恒载弯矩标准MMGKGK；汽车荷；汽车荷载标准值载标准值MMQ1KQ1K，冲击系数，冲击系数1+1+，人群荷载，人群荷载MMQ2KQ2K。求：跨中截面挠度求：跨中截面挠度