水工鋼筋混凝土結構分析-全文預覽

　　

【正文】 ? 在一個裂縫區段 （ 裂縫間距 lcr） 內 ， 鋼筋與混凝土伸長之差是裂縫開展寬度 ω， lcr越大 ， ω越大 。 裂縫開展寬度的驗算 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 同時列出裂縫寬度公式和鋼筋應力計算方法 如：現行水工混凝土結構設計規范 ? 對一般構件給出了外力荷載作用下的裂縫寬度計算公式，要求裂縫寬度計算值不得大于所規定的裂縫寬度限值； ? 對無法求得裂縫寬度的非桿件體系結構，除建議按鋼筋混凝土有限單元法計算裂縫開展寬度外，同時給出了鋼筋應力的計算方法，要求鋼筋應力計算值不得大于所規定的鋼筋應力限值，用來間接控制裂縫寬度。 美國 2022年的 ACI規范、美國 2022年的水工混凝土結構規范和英國 1997年的規范屬于這一類。 裂縫開展寬度的驗算 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 只列出構造要求 ? 無裂縫寬度計算公式與限值，只規定了 以限裂為目的的構造要求 ； ? 原因： 裂縫是溫度、收縮和外力荷載綜合作用下產生的，計算得到的裂縫寬度并不符合工程實際。 對策： ? 選擇低含堿量的水泥； ? 結構的水下部分不宜 （ 或不應 ） 采用活性骨料 ； ? 提高混凝土的密實度； ? 采用較低的水灰比 。 5．冰凍引起的裂縫 水在結冰時體積增加，孔道中水結冰會使混凝土脹裂。 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 裂縫開展寬度的驗算 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 裂縫開展寬度的驗算 2． 混凝土收縮引起的裂縫 混凝土在空氣中結硬產生收縮變形 ， 產生收縮裂縫 。當間隙過大時，下層混凝土結硬，對上層混凝土約束增大，將加大上層混凝土的溫度應力。 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 裂縫開展寬度的驗算 對策： ? 對框架結構 ， 設伸縮縫 ，減小約束 ， 允許自由變形 。 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 裂縫開展寬度的驗算 一 、 荷載作用引起的裂縫 對策： 合理配筋，控制鋼筋應力不過高，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 、 基礎不均勻沉降 、 塑性坍落 、 冰凍 、 鋼筋銹蝕及堿一骨料化學反應等都能引起裂縫 。 有人認為是不合適的，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 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 ? 按 DL/T50572022規范 ? 抗裂驗算 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 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 ? 正常使用極限狀態是否考慮結構重要性系數，工程界有爭論。 圖 87 管壁配筋圖 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 ? 按 SL1912022規范 ? 抗裂驗算 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%， 工程上也可以認為滿足要求。 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 例題： 某壓力水管系 4級水工建筑物 ， 其內半徑 r=500mm， 管壁厚 100mm， 采用 C25混凝土和 HRB335鋼筋；水管內水壓力標準值 pk= ， 試配置受力鋼筋并進行抗裂驗算 。 （ Mk 、 Mk ） 就是荷載標準值產生的內力總和與結構重要性系數的乘積 。 ? 荷載效應 （ Mk 、 Mk ） 計算方法不同的 。 σ=0時 （ 受彎 ） ， γ偏拉 =γm； σ=ft時 （ 軸拉 ） ， γ偏拉 =1。 關鍵： ?? 偏 拉第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 ? 應變梯度定義： 應變隨截面高度的變化率 。 根據 h值的不同 ， 對 γm值進行修正 ， 乘以考慮截面高度影響的修正系數 ， 其值不大于 。 抗裂驗算 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 ②根據平衡，得極限方程： 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 0WM??0WMf crtm ?? ③將抗拉強度采用標準值，引入拉應力限制系數，來考慮可靠度。 受彎構件抗裂驗算方法 ①應用材料力學公式 材力公式適用于均質、線性材料。 受拉區近似假定為梯形 ， 塑化區占受拉區高度的一半 。 所謂“雙控”。 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 概 述 ? 表現在： 承載能力 正常使用 ? 荷載： 設計值 標準值 ? 強度： 設計值 標準值 ? 結構系數： 無 （ DL） ? 設計狀況系數： 、 無 （ DL） ? 重要性系數： 、 、 相同 （ DL） ? 安全系數： 、 、 無 （ SL） 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 概 述 抗裂驗算與裂縫寬度驗算之間的關系 ? 抗裂公式與裂縫寬度公式并不配套。 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 概 述 ? 裂縫寬度限值的確定： ? 裂縫寬度限值理應根據下列因素取值： ? 結構的功能要求 ? 環境條件對鋼筋的腐蝕影響 ? 鋼筋種類對腐蝕的敏感性 ? 荷載作用時間 ? 目前，混凝土規范規范考慮裂縫寬度限值的影響因素各有側重，具體規定并不完全一致。如： ? 吊車梁，撓度過大時會妨礙吊車正常行駛； ? 閘門頂梁，變形過大時會使閘門頂梁與胸墻底梁之間止水失效。 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 概 述 ? 抗裂驗算范圍： ? 承受水壓的軸拉、小偏拉構件 ? 發生裂縫后引起嚴重滲漏構件。 ? 采用荷載標準值及材料強度標準值。 ? 對各種結構構件都應進行該極限狀態設計。舉例： 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 概 述 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 概 述 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 概 述 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 概 述 輸水隧洞輸水隧洞閘室中心線結構錨桿第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 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 但對水工混凝土結構， 正常使用極限狀態往往是控制狀態。 ? 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 。 ? 容許應力取值依靠經驗，曾多次提高。 鋼筋混凝土設計理論經歷了三個階段： ? 容許應力法 ? 破損階段法 ? 極限狀態法 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 概 述 ? 容許應力法的缺陷 ? 假定混凝土為線性材料不符合實際。 ? 無法得到正常使用時的狀態，如裂縫寬度與變形。 以受彎構件為例： ? 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， 抵抗彎矩圖 ? 正常使用：抗裂設計： 抗裂驗算 限裂設計： 裂縫寬度 抗裂或限裂設計：變形驗算 概 述 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 但對水工混凝土結構， 正常使用極限狀態往往是控制狀態。 ? 超過該極限狀態，結構就不能滿足預定的安全性要求。 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 概 述 ? 正常使用極限狀態： ? 結構構件達到影響正常使用或耐久性能的某項規定限值。 ? 驗算內容 ：抗裂驗算、裂縫寬度驗算及變形驗算。 ? 變形驗算范圍： 嚴格限制變形的構件。 因此，而裂縫寬度驗算，根據使用要求使裂縫寬度小于相應的限值。正常使用極限狀態不滿足所造成的危害小于承載能力極限狀態。 ? 對特別重要的抗裂構件，滿足抗裂縫驗算后，還須進行裂縫寬度驗算。 ? 提高構件抗裂能力的措施主要有： ? 加大構件截面尺寸 ? 提高混凝土抗拉強度 ? 在局部混凝土中摻入鋼纖維 ? 最根本的方法則是采用預應力混凝土構件 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 受彎構件 受彎構件正截面即將開裂時 ， 應力處于第 I階段末 。換算后可直接用彈性體的 材料力學公式 進行計算。 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 0 c E s E sA A A A?? ?? ? ?000IWhy? ?? 根據開裂彎矩不變的原則，引入塑性影響系數，將非線性應力圖形簡化成線性應力圖形。 ? γm值還與截面高度 h有關 。 )3b b h y h A h y A y a??? ? ? ?? ? ? ? ?第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 ? 單筋工字形換算截面特征值也可按下式計算： hy )( E0 ????3E0 ) 8 3 ( bhI ????第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 偏心受拉構件 把鋼筋換算為混凝土截面面積，引入 偏心受拉構件的截面抵抗矩塑性系數 ，用材料力學公式進行計算 ： 00kkc t t kMN fWA ???? 偏 拉 Mk—— 按荷載標準值計算得到的彎矩值； Nk—— 按荷載標準值計算得到的彎矩值。 ? 應變梯度： 軸拉構件＜偏拉構件＜受彎構件 ? 塑性影響系數： 1 ＜ γ軸拉 ＜ γm 第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 ? 假定 ： γ偏拉 隨截面平均拉應力 σ的大小 ， 按線性規律在 1與 γm之間變化 。 00kkm c t t kMN fWA ????第八章 鋼筋混凝土構件正常使用極限狀態驗算 抗裂驗算 ? SL1912022規范與 DL/T50572022規范的抗裂驗算公式形式相同 。 ? DL/T50572022規范的正常使用極限狀態設計表達式中 ， 考慮了結構重要性系數 。 如能放在限值上 （ 如拉應力限制系數的大小 、 裂縫寬度限值的大小與撓度的大小 ） 來體現更為合理 。 壓力水管承受內水壓力時為軸心受拉構件 ， 單位長度（ ） 上的軸力設計值： 1 . 2 0 kN