第5章钢筋混凝土受压构件.ppt

第5章 钢筋混凝土 受压构件,5.1概 述,受压构件承受轴向压力为主的构件,轴心受压构件理想的不存在 单向偏心受压-主要介绍 偏心受压构件 双向偏心受压,分类,应用：钢筋混凝土柱、桁架受压腹杆和弦杆、剪力墙。,5.2 受压构件构造要求,一、材料 选用：宜高不宜低，C25，一般C30C40 1、混凝土 原因：受压构件承载力主要取决于混凝土强度 减小构件的截面尺寸、节约钢筋 选用：不宜高，通常HRB335、HRB400 2、钢筋 或RRB400 原因：高强度钢筋应力得不到发挥。,二、截面形式和尺寸, 采用矩形截面，单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。 圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。 柱的截面尺寸不宜过小，一般应控制在l0/b30及l0/h25。 当柱截面的边长在800mm以下时，一般以50mm为模数，边长在800mm以上时，以100mm为模数。,三、配筋 1、纵向钢筋 （1）作用 协助混凝土承压； 承受拉应力（M引起、偶然偏心矩、收缩、温度应力变化引起） 防止混凝土脆性破坏。 减小混凝土的徐变 （2）构造 直径：412mm（宜采用较大直径）通常选用1632mm保证骨架刚度 布置：沿截面四边均匀布置，净距50mm，中距300mm，保护层30，d max。 max：5%（一般3%） 配筋率 全部：0.6% （当混凝土C60时，0.7%） min 受压一侧：0.2%,2、箍筋 (1)、作用 防止纵筋受压时压屈； 固定纵筋位置，并组成骨架； 约束核心混凝土变形，提高混凝土的强 度和变形能力； 承受剪力。,(2)、构造须封闭 直径 d/4，6mmmax 当3%时：8mm b，400mmmin 绑扎骨架中15d， 间距 焊接骨架中20d 当3%时：10d，200mmmin ll内 受拉筋：5d，100mmmin 受压筋：10d，200mmmin, b400mm且每边纵筋3根时； 复合箍筋 b400mm且每边纵筋4根时。 注意：禁止采用内折角的箍筋受拉后有拉直 趋势，使混凝土崩裂。,5.3 轴心受压构件的承载力计算, 在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。 通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的不确定性、混凝土质量的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。 但有些构件，如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。,普通钢箍柱：箍筋的作用？ 纵筋的作用？,螺旋钢箍柱：箍筋的形状为圆形，且间距较密，其作用？,一、普通箍筋柱,1、受力特点 短柱（矩形截面lo/h8；圆形lo/d7） 应力变化 N较小时：钢筋和混凝土共同承担，以混凝土为主； N较大时：钢筋应力增长快，混凝土增长缓慢； 破坏特点：纵筋先达，砼后达极限压应变0.002； 外观特征：出现纵向裂缝，保护层脱落，箍筋间纵筋向外突鼓 呈灯笼状。,长柱 破坏特点：产生附加弯矩和弯曲变形（侧向挠度）； 凹边：产生纵向裂缝箍筋间纵筋压屈向外 外观特征 突鼓砼压碎； 凸边：受拉产生横向裂缝。 试验表明：长柱承载力低于其他条件相同的短柱承载力。 处理：引入稳定系数反映轴压构件承载力随长细 比的影响,轴心受压短柱,轴心受压长柱,稳定系数,稳定系数j 主要与柱的长细比l0/b有关（表5-1）,可靠度调整系数 0.9是考虑初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性。,2、计算公式,二、配有纵筋和间接钢筋（螺旋式）的柱 1、受力性能 螺旋箍约束混凝土横向变形 核心混凝土处三向受压状态 混凝土强度提高 结论：采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压构件承载力 2、相关规定 如螺旋箍筋配置过多，极限承载力提高过大，则会在远未达 到极限承载力之前保护层剥落，从而影响正常使用。规范 规定： 按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力 的50%。,柱长细比过大，由于纵向弯曲变形较大，截面不是全部受压，螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。规范规定： 对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。 螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距s 有关，为保证有一定约束效果，规范规定： 螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋A's 的25% 螺旋箍筋的间距s不应大于dcor/5，且不大于 80mm，同 时为方便施工，s也不应小于40mm。,复习上节： 受力特点及构造要求 轴心受压构件 承载力计算 注：1、在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。 2、通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的不确定性、 混凝土质量的不均匀性等原因，往往存在一定的偏心距。 即：工程中常见的受压构件为偏心受压构件 本节内容： 受力特点 偏心受压构件 承载力计算,5.4 矩形截面偏心受压构件正截面承载能力计算,压弯构件 偏心受压构件,偏心距e0=0时，轴心受压构件 当e0时，即N=0时，受弯构件 偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于轴心受压构件和受弯构件。,一、破坏特征,偏心受压构件的破坏形态与偏心距e0和纵向钢筋配筋率有关 1、大偏心受压破坏 形成条件：偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适,M较大，N较小,偏心距e0较大, 截面受拉侧混凝土较早出现裂缝， As的应力随荷载增加发展较快， 首先达到屈服强度。 此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小。 最后受压侧钢筋A's 受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。 这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，承载力主要取决于受拉侧钢筋。 因此，当偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为大偏心受压（受拉破坏）。,大偏压破坏时的截面应力和受拉破坏形态 （a）受拉破坏形态（b）截面应力,2、小偏心受压破坏 产生受压破坏的条件有两种情况： 当相对偏心距e0/h0较小，截面全部受压或大部分受压,或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时,As太多, 截面受压侧混凝土和 钢筋的受力较大。 而受拉侧钢筋应力较小。 当相对偏心距e0/h0很小时， 受拉侧还可能出现“反向破坏”情况。 截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏。 承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，破坏时受压区高度较大，远侧钢筋可能受拉也可能受压，破坏具有脆性性质。 第二种情况在设计应予避免，因此受压破坏偏心距较小或虽然偏心距较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时，常称为小偏心受压（受压破坏）。,小偏压破坏时的截面应力和受压破坏形态 受压破坏形态 和 截面应力,3、受拉破坏和受压破坏的界限 两类破坏的根本区别：距N较远一侧钢筋是否屈服。 受拉钢筋屈服与受压区混凝土边缘达极限压应变ecu同时达到“界限状态”。 与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。 因此，相对界限受压区高度仍为b 判断 b：大偏心受压 b：小偏心受压,二、偏心受压构件正截面承载力计算理论 1、基本假定 偏心受压正截面受力分析方法与受弯情况是相同的，即仍采用以平截面假定为基础的计算理论。 根据混凝土和钢筋的应力-应变关系，即可分析截面在压力和弯矩共同作用下受力全过程。 对于正截面承载力的计算，同样可按受弯情况，对受压区混凝土采用等效矩形应力图。 等效矩形应力图的强度为a fc，等效矩形应力图的高度与中和轴高度的比值为b 。,2、NM相关曲线（相关曲线上的任一点代表截面处于正截面承载力极限状态时的一种内力组合。） （1）N与M的内力相关影响 大偏压时： N增加Mu增大有利 小偏压时： N增加Mu减小不利 界限时： Nb一定Mu达最大值 （2）承载力状态 N、M内力位于曲线内：处于安全状态； N、M内力位于曲线上：处于极限状态； N、M内力位于曲线外：处于破坏状态。,由于施工误差、荷载作用位置的不确定性及材料的不均匀等原因，实际工程中不存在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不利影响，引入附加偏心距ea，即在正截面受压承载力计算中，偏心距取计算偏心距e0=M/N与附加偏心距ea之和，称为初始偏心距ei,附加偏心距ea取20mm与h/30 两者中的较大值， 此处h是指偏心方向的截面尺寸。,3、附加偏心距,4、偏心距增大系数, 由于侧向挠曲变形，轴向力将产生二阶效应，引起附加弯矩。 对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。 图示典型偏心受压柱，跨中侧向挠度为 f 。 对跨中截面，轴力N的偏心距为ei + f ，即跨中截面的弯矩为 M =N ( ei + f )。 在截面和初始偏心距相同的情况下，柱的长细比l0/h不同，侧向挠度 f 的大小不同，影响程度会有很大差别，将产生不同的破坏类型。 对短柱可忽略侧向挠度f影响。 对于中长柱，在设计中应考虑侧向挠度 f 对弯矩增大的影响。 规范：以ei 代替（ei +f）,，,1截面曲率对ei影响系数，10.5fcA/N1 2构件长细比对ei影响系数，21.150.01lo/h1 规范：对于长细比小于5的短柱可不考虑挠度影响，取=1.0,小结：1、偏心受压构件的破坏类型及其特点； 2、相关参数： 附加偏心距 偏心距增大系数 作业： 思考题：4、5、6 下节内容：计算公式及其运用。,当x xb时,当x xb时,受拉破坏(大偏心受压),受压破坏(小偏心受压),5、矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算公式及适用条件,三、对称配筋截面 实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，当弯矩数值相差不大，可采用对称配筋。 采用对称配筋不会在施工中产生差错，故有时为方便施工或对于装配式构件，也采用对称配筋。 对称配筋截面，即As=As'，fy = fy'，a = a'，其界限破坏状态时的轴力为Nb=a fcbxbh0。,因此，除考虑偏心距大小外，还要根据轴力大小（N Nb）的情况判别属于哪一种偏心受力情况。,1、当heieib.min=0.3h0，且N Nb时，为大偏心受压 x=N /a fcb,若x=N /a fcb2a'，可近似取x=2a'，对受压钢筋合力点取矩可得,e' = hei - 0.5h + a',第五章 受压构件的截面承载力,2、当heieib.min=0.3h0，为小偏心受压 或heieib.min=0.3h0，但N Nb时，为小偏心受压,第五章 受压构件的截面承载力,需从新计算,得,例题讲解,5.5 受压构件的斜截面受剪承载力,一、单向受剪承载力,压力存在: 延缓了斜裂缝的出现和开展 斜裂缝角度减小 混凝土剪压区高度增大,问题:当压力超过一定数值?,偏心受压构件的 受剪承载力计算公式,l为计算截面的剪跨比，对框架柱，l=M/Vh0，当l3时，取l=3；对其他偏心受压构件，均布荷载时，取l=1.5； 对偏心受压构件，l= a /h0，当l3时，取l=3；a为集中荷载至支座或节点边缘的距离。 N为与剪力设计值相应的轴向压力设计值，当N0.3fcA时，取N=0.3fcA，A为构件截面面积。,为防止配箍过多产生斜压破坏，受剪截面应满足,可不进行斜截面受剪承载力计算，而仅需按构造要求配置箍筋。,