结构设计原理第七章 正常使用极限状态.ppt

结构设计原理第七章 正常使用极限状态 主 讲 熊 峰 概述：正常使用极限状态 对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能 的某项规定限制。 影响正常使用及外观的变形 影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝） 影响正常使用的振动 影响正常使用的其他特定状态 正常使用极限状态的荷载组合 进行正常使用极限状态验算时采用荷载的标准值； 不考虑结构的重要性系数； 需要考虑荷载作用时间的长短对变形和裂缝宽度的影响。 标准组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生严重的永久性损害的情况 频遇组合：主要用于当一个极限状态被超越时将产生局部损害、较大变形或瞬间振动的情况 准永久组合：主要用于当长期效应是决定性因素时的一些场合 7.1 正常使用极限状态的限值 7.1.1 挠度限值 控制变形的原因 保证建筑的使用功能要求 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 附表23 钢结构受弯构件 表7-2 7.1.2 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 附表22 7.1.3 混凝土结构的耐久性 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Fe2O4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中，可采用钢筋阻锈剂、防腐蚀钢筋、环氧涂层钢筋、镀锌钢筋、不锈钢钢筋等。 耐久性的概念及影响耐久性的主要因素 混凝土结构的耐久性 在设计工作寿命期内，在正常维护下，必须保持适合于使用，而不需要进行维修加固。 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。 耐久性概念设计(p40) 混凝土结构使用环境分类 分为一、二（a、b）、三、四、五类 混凝土结构设计的使用年限 2. 对混凝土材料的要求 7.2 混凝土构件裂缝宽度验算 7.2.1 裂缝产生的原因 荷载引起的裂缝：需进行裂缝宽度验算 混凝土硬化前产生的裂缝（塑性混凝土裂缝）：施工不当引起，减小水灰比，振捣密实，加强养护 材料不良引起的裂缝：水泥的安定性不合标准，骨料中含有活性骨料，砂子中含有泥土，配合比、使用外加剂不当。 温度应力引起的裂缝：大体积混凝土施工，环境温度的变化 混凝土收缩引起的裂缝：选择合理的配比，加强养护 7.2.2 裂缝控制等级 一级：严格要求不出现裂缝的构件。在荷载的标准组合下，构件受拉边缘混凝土不产生拉应力，即 二级：一般要求不出现裂缝的构件。要求构件受拉边缘混凝土按荷载准永久组合下进行计算时不产生拉应力，而按荷载标准组合计算时允许产生拉应力，但拉应力不得大于混凝土抗拉强度标准值，即 三级：允许出现裂缝的构件。在荷载的标准组合下，并考虑荷载长期作用影响的最大裂缝宽度，应满足下列要求 7.2.3 裂缝宽度验算 裂缝计算理论有：黏结滑移理论、无滑移理论、综合理论 裂缝出现前后构件的应力状态 平均裂缝间距 传递长度 有效配筋率 平均裂缝宽度wm 平均裂缝宽度 钢筋应变不均匀系数（反映了裂缝间受拉混凝土对纵向钢筋应变的影响程度） 裂缝截面处钢筋的应力 1）受弯构件 3）偏心受拉构件 4）偏心受压构件 最大裂缝宽度及验算 1）最大裂缝宽度 上式求得的最大裂缝宽度是指具有95%保证率的相对最大 裂缝宽度