06混凝土受压.ppt
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1、结构设计原理,土木工 程专业,李章政 博士 教授,2019/6/5,2,第6章 混凝土受压构件,6.1 混凝土受压构件及其构造要求 6.2 混凝土轴心受压构件正截面承载力计算 6.3 混凝土偏心受压构件正截面承载力计算 6.4 混凝土偏心受压构件斜截面承载力计算 6.5 混凝土偏心受压构件裂缝宽度验算,2019/6/5,3,6.1 混凝土受压构件 及其构造要求,受压构件分类 轴心受压构件 偏心受压构件 单向偏心受压 双向偏心受压,6.1.1 混凝土受压构件,2019/6/5,4,受压构件应用实例 轴心受压 屋架受压腹杆、上弦杆 等跨柱网房屋的内柱 偏心受压 框架柱 排架柱,2019/6/5,5
2、,材料选择 混凝土 材料强度等级尽可能高 C25以上,至C50 或更高 钢筋 f y 400N/mm2,不宜选高强度钢筋作为压筋 不得采用冷拉钢筋作压筋 常用:HRB335, HRB400,6.1.2 受压构件的材料和截面,2019/6/5,6,构件截面 常用截面 轴心受压正方形为主 偏心受压矩形为主 预制柱可采用 I 形截面 异形柱采用较少(有应用) 尺寸要求 最小边长300mm;800mm以下取50mm为模数,800mm以上取100mm为模数 满足条件,2019/6/5,7,纵向受力钢筋 轴心受压纵向受力钢筋的作用 协助混凝土受压,减小构件截面尺寸 承受可能的弯矩,及收缩、温变拉应力 防止
3、脆性破坏 纵筋构造要求 直径d 12mm,常用12 32 mm 矩形截面纵筋不少于 4 根,圆柱不宜少于8根,不应少于6 根。,6.1.3 受压构件配筋构造,2019/6/5,8,钢筋净距不应小于50mm,不宜大于300mm 偏压h600mm时,设置 1016mm的构造钢筋, 间距不超过300mm。 配筋率 最小配筋率:全纵筋0.6% 一侧纵筋0.2% 最大配筋率:全部纵筋不超过5% 受压钢筋配筋率一般不超过3%,2019/6/5,9,偏心受压纵筋配置方式 对称配筋 构造简单 施工方便 不易出错 用钢量大 非对称配筋 构造复杂 容易出错 用钢量小,对称配筋广为流行,2019/6/5,10,受压
4、构件箍筋 箍筋的作用 保证纵筋的正确位置 防止纵向钢筋压曲 基本构造要求 封闭形式。直径纵筋最大直径/4,且 6mm 间距s400mm,且b、 15倍纵筋最小直径 全部纵筋配筋率超过3%时 箍筋直径不应小于8mm 间距不应大于10倍纵筋最小直径、且不应大于200mm。,2019/6/5,11,设置复合箍筋 (1)b400mm,各边受力钢筋3 根 (2)b400mm,各边受力钢筋4 根 防止中间钢筋压屈 纵向有构造钢筋,可设复合箍筋或拉筋,2019/6/5,12,2019/6/5,13,复杂截面箍筋 采用复合箍筋 内折角不可采用 箍筋合力向外 砼保护层崩裂,2019/6/5,14,纵筋搭接长度范
5、围内的箍筋 直径不小于搭接钢筋最大直径的0.25倍 纵筋受拉时,箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的 5 倍、且不应大于100mm 纵筋受压时,箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的 10 倍、且不应大于200mm 当受压钢筋直径d 25mm时,尚应在搭接接头两个端面外100mm范围内各设置两个箍筋。,2019/6/5,15,6.2 混凝土轴心受压构件 正截面承载力计算,混凝土轴心受压构件分类 箍筋配置方式 普通箍筋柱 螺旋箍筋柱 焊接环筋柱,6.2.1 轴心受压构件的破坏特征,螺旋箍筋和焊接环筋称为间接钢筋,2019/6/5,16,按长细比分类 构件长细比,构件分类 短柱,长柱,对于矩形截面,20
6、19/6/5,17,轴心受压构件的破坏特征 短柱破坏 应变分布 可能存在的初偏心对承载力无明显影响 钢筋和混凝土之间压应变相等 钢筋受力 钢筋可能屈服,可能不屈服 破坏的控制 短柱四周出现明显的纵向裂缝 纵筋屈曲 混凝土压碎,2019/6/5,18,长柱破坏 不能忽略的影响 荷载初始偏心产生附加弯矩 附加弯矩产生水平挠度加大偏心 破坏特点 在轴力和弯矩共同作用下发生破坏 破坏荷载低于同条件下短柱的 破坏荷载 稳定系数考虑此影响(表6-1),近似计算公式,2019/6/5,19,基本公式 抗压组成 混凝土抗压 纵筋抗压 承载力公式 考虑稳定系数 考虑与偏压柱的可靠性衔接,配筋率大于3%时,取净面
7、积。,6.2.2 普通箍筋柱正截面 承载力计算,2019/6/5,20,计算方法(公式应用) 截面设计 已知:构件截面,轴向力设计值 计算长度,材料强度等级 计算:纵筋面积 承载力复核 全部条件已知 先验算配筋率 后确定稳定系数 最后验算不等式是否成立,2019/6/5,21,例题6-1 某柱计算长度5 m,截面300mm300mm,HRB335级纵向钢筋, C30混凝土,承受轴心压力设计值为N=1400 kN。试选配纵向受力钢筋。 解,2019/6/5,22,取,mm2,选配,As = 1 964 mm2,配筋率,2019/6/5,23,例题6-2 某混凝土柱,计算长度4.5m,截面尺寸40
8、0mm400mm,C35混凝土,纵向配筋 8 22(As=3041 mm2)。承受轴心压力设计值 N=3000 kN,试验算承载力。 解,先验算配筋率,满足要求(配筋合理),2019/6/5,24,承载力验算,kN, N = 3000 kN,承载力满足要求!,N,查表6-1(插值法),2019/6/5,25,试验现象 压力较低时螺旋箍筋受力不明显 压力到纵筋屈服时 混凝土纵向裂缝发展 砼横向变形对箍筋径 向形成压力,约束砼 压应变超过极限压应变 外表混凝土剥落 内核混凝土三向受力,6.2.3 螺旋箍筋柱正截面承载力,2019/6/5,26,截面承载力 试验研究成果 约束混凝土轴心抗压强度,螺旋
9、箍脱离体平衡,轴心抗压强度,2019/6/5,27,极限承载力,间接钢筋换算面积,2019/6/5,28,承载力规范公式 考虑高强度混凝土受间接钢筋约束程度的降低 考虑与偏心受压构件保持一致的可靠度,当C50,=1.0,当=C80,=0.85,其间按线性内插法确定,2019/6/5,29,公式应用的注意点 为了防止混凝土保护层过早剥落,上式算出的承载力不应超过同样材料和截面的普通箍筋受压柱的1.5倍 长细比较大时,间接钢筋因受偏心影响难以发挥其提高核芯混凝土抗压强度的作用,故规定只在 l0/d12的轴心受压构件中采用 当外围混凝土较厚时,或当间接钢筋的换算面积Asso 小于全部纵筋面积的25%
10、时,不考虑间接钢筋的影响,直接按普通箍筋柱的公式计算。,2019/6/5,30,构造要求 截面形式 圆形 正多边形(如正八边形) 钢筋构造 螺距(环形箍筋的间距)s不应大于80mm及dcor/5,同时不应小于40mm 纵向钢筋不宜少于8 根,并沿截面周边均匀布置,按构造要求选定纵筋,由公式和构造确定箍筋间距,或先确定箍筋,后计算确定纵筋,2019/6/5,31,例题6-3 C30混凝土圆形截面柱直径450mm,计算长度4.5m,承受轴心压力设计值N=2970kN。纵筋采用HRB400,箍筋采用HPB235。试分别普通箍筋柱和螺旋箍筋柱进行配筋。 解:,1. 按普通箍筋柱配筋,2019/6/5,
11、32,mm2,纵筋可配:,箍筋采用:,6300,间距400mm,间距15倍纵筋直径330mm,2019/6/5,33,2. 按螺旋箍筋柱配筋,适用于螺旋箍筋柱,mm2,设纵筋为:,取混凝土保护层厚度c=cmin=30mm,纵筋公称直径22mm,螺旋箍筋采用,8,mm2,2019/6/5,34,间接钢筋换算面积,mm2,mm2,mm2,mm,2019/6/5,35,螺旋箍筋间距,mm,取 s=50 mm,s=50 mm40mm,s=50 mm80mm,s=50mmdcor/5=390/5=78mm,最后结果:,纵筋:,箍筋:,850,2019/6/5,36,6.3 混凝土偏心受压构件 正截面承载
12、力计算,大偏心受压(受拉破坏) 产生大偏心受压的条件 偏心距较大 受拉钢筋配置不太多,6.3.1 偏心受压构件的破坏特征,2019/6/5,37,破坏特点 远侧受拉,近侧受压 受拉钢筋先屈服,压区混凝土后压碎 受压钢筋能屈服,2019/6/5,38,小偏心受压(受压破坏) 产生条件 偏心距小 虽然偏心距较大, 但受拉钢筋配置过多 破坏特点 偏心距很小,全截面受压。近侧混凝土压碎引起破坏,钢筋屈服;远侧钢筋受压不屈服 偏心距较大,但受拉钢筋配置过多,截面大部分受压,小部分受拉。近侧混凝土压碎、压筋屈服;远端钢筋受拉,不屈服,2019/6/5,39,大偏心、小偏心破坏的界限 两种破坏的异同点 相同
13、点在于:受压区边缘混凝土达到极限压应变而压碎 不同点在于:大偏心受压破坏是受拉部分先发生破坏(受拉钢筋先屈服),而小偏心受压破坏是受压部分先发生破坏 定量分界 b ,大偏心受压破坏(延性破坏) b ,小偏心受压破坏(脆性破坏),2019/6/5,40,6.3.2 长柱纵向弯曲的影响,初始偏心和柱的长细比分类 初始偏心距 荷载偏心距: e0 = M/N 附加偏心距:荷载作用位置的不定性 混凝土质量的不均匀性 施工偏差 ea = max(20, h/30) mm 初始偏心距:ei = e0 + ea,2019/6/5,41,柱按长细比分类 长细比和l0/h一一对应,故柱可按l0/h分类 短柱(l0
14、/h5) 纵向弯曲变形小 破坏属于“材料破坏” 长柱( 530) 失稳破坏,性质不同于长柱与短柱,2019/6/5,42,长柱的压弯效应 二阶弯矩 初始偏心距 ei 引起挠曲 挠曲引起弯矩Naf 弯矩又引起挠曲 处理方法 偏心增大系数法处理,偏心距增大系数,2019/6/5,43,两端铰支构件挠曲线近似为正弦曲线,小变形条件下挠曲线曲率 和曲线坐标 y 的关系为,所以,2019/6/5,44,曲率和应变之间的关系,界限破坏时,混凝土受压区边缘压应变c=1.25cu=1.250.0033,考虑柱在长期荷载作用下,混凝土徐变引起的应变增大系数,界限破坏时,钢筋拉应变s =y=fy /Es0.001
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