受压构件截面承载力计算1028.ppt

引言,受压构件在结构中具有重要作用，一旦破坏将导致整个结构的损坏甚至倒塌。,6.1 轴心受压构件的承载力计算,4.1 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。,第六章 受压构件的截面承载力,6.5 受压构件一般构造要求,4.1 受压构件一般构造要求,材料强度： 混凝土：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，一般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C25C40，在高层建筑中，C50C60级混凝土也经常使用。 钢筋：通常采用HRB335级和HRB400级钢筋，不宜过高。,截面形状和尺寸： 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。,第六章 受压构件的截面承载力,6.5 受压构件一般构造要求,纵向钢筋： 纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲作用。同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用（垂直于弯矩作用平面），以及收缩和温度变化产生的拉应力，规定了受压钢筋的最小配筋率。 规范规定，轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.6%；当混凝土强度等级大于C50时不应小于0.6%；一侧受压钢筋的配筋率不应小于0.2%，受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。 另一方面，考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量，全部纵筋配筋率不宜超过5%。 全部纵向钢筋的配筋率按r =(A's+As)/A计算，一侧受压钢筋的配筋率按r '=A's/A计算，其中A为构件全截面面积。,第六章 受压构件的截面承载力,6.5 受压构件一般构造要求,第六章 受压构件的截面承载力,6.5 受压构件一般构造要求,箍 筋： 受压构件中箍筋应采用封闭式，其直径不应小于d/4，且不小于6mm，此处d为纵筋的最大直径。 箍筋间距对绑扎钢筋骨架，箍筋间距不应大于15d；对焊接钢筋骨架不应大于20d（d为纵筋的最小直径）且不应大于400mm，也不应大于截面短边尺寸 当柱中全部纵筋的配筋率超过3%，箍筋直径不宜小于8mm，且箍筋末端应作成135°的弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于10倍箍筋直径，或焊成封闭式；箍筋间距不应大于10倍纵筋最小直径，也不应大于200mm。 当柱截面短边大于400mm，且各边纵筋配置根数超过3根时，或当柱截面短边不大于400mm，但各边纵筋配置根数超过4根时，应设置复合箍筋，以防止中间钢筋被压屈。 对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，以避免箍筋受拉时产生向外的拉力，使折角处混凝土破损。,第六章 受压构件的截面承载力,6.5 受压构件一般构造要求,配筋构造： 柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于12mm，且选配钢筋时宜根数少而粗，但对矩形截面根数不得少于4根，圆形截面根数不宜少于8根，且应沿周边均匀布置。 纵向钢筋的保护层厚度要求见表4-3，且不小于钢筋直径d。 当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的净距不小于50mm 。 对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小应按梁的规定取值。 截面各边纵筋的中距不应大于300mm。当h600mm时，在柱侧面应设置直径1016mm的纵向构造钢筋，并相应设置附加箍筋或拉筋。,第六章 受压构件的截面承载力,6.5 受压构件一般构造要求,本 章 目 录,6.1 轴心受压构件的承载力计算,6.1 轴心受压构件的承载力计算,配有纵筋及螺旋箍筋柱,1 构件的受力特征 螺旋钢箍柱由于沿柱高配置有间距较密的螺旋筋（或焊接钢环），对于螺旋筋所包围的核心面积内混凝土，它相当于套筒作用，能有效地约束混凝土受压时的横向变形，使核心区混凝土处于三向受压状态，从而提高了其抗压强度。同时螺旋钢箍柱在承载力基本不降低的情况下具有很大的承受后期变形的能力，表现出较好的延性。螺旋钢箍柱的这种受力性能，使得近年来在抗震结构设计中，为了提高柱的延性常在普通钢箍柱中加配螺旋筋或焊接环，,第六章 受压构件的截面承载力,6.1 轴心受压构件的承载力计算,纵筋的作用： 协助混凝土受压以减少截面尺寸 受压钢筋最小配筋率：0.6% (单侧0.2%) 承担可能存在的弯矩作用 可防止构件的突然脆性破坏 减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。 实验表明，收缩和徐变能把柱截面中的压力由混凝土向钢筋转移，从而使钢筋压应力不断增长。压应力的增长幅度随配筋率的减小而增大。如果不给配筋率规定一个下限，钢筋中的压应力就可能在持续使用荷载下增长到屈服应力水准。,6.1 轴心受压构件的承载力计算,箍筋的作用： 防止纵筋压屈； 承受可能存在的不大的剪力，并与纵筋形成钢筋骨架以便于施工。 采用螺旋箍筋或密排箍筋时能使截面核心部分的混凝土形成约束混凝土，提高构件的承载力和延性。 螺旋钢箍是在纵筋外围配置的连续环绕、间距较密的螺旋筋，或焊接钢环。,6.1 轴心受压构件的承载力计算,4.2、配有纵筋及普通箍筋柱,1 构件的受力特征 根据试验研究结果，轴心受压构件可按长细比的不同分为短柱和长柱。轴心受压构件所采用的试件取材料强度、截面尺寸和配筋均相同，但试件的长度不同，通过对比方法来观察长细比不同的轴心受压构件的破坏特征。 短柱受荷以后，截面应变为均匀分布，钢筋应变s 与混凝土应变 c相同。随着荷载的增加应变也迅速增加。最后构件的混凝土达到极限应变，柱子出现纵向裂缝，混凝土保护层,6.1 轴心受压构件的承载力计算,剥落。接着箍筋间的纵向钢筋外凸，构件将因混凝土被压碎而破坏。属于强度破坏。,当受压构件的长细比较大时，轴心受压构件虽是全截面受压，但随着压力增大，长柱不仅发生压缩变形，同时产生较大的横向挠度，在未达到材料破坏的承载力以前，常由于侧向挠度增大而发生失稳破坏。,6.1 轴心受压构件的承载力计算,2 承载力计算公式 设 轴心受压短柱承载力Nsu 轴心受压长柱承载力Nlu,6.1 轴心受压构件的承载力计算,稳定系数,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。,长柱承载力Nlu 与短柱承载力Nsu的比值=Nul/Nus，称为轴心受压构件的稳定系数。稳定系数 主要与柱的长细比l0/b 有关，l0为柱的计算长度，与柱两端的支承条件有关，b为矩形截面的短边边长。,通过稳定系数 ，在截面上建立平衡关系，即可建立轴心受压构件长、短柱的统一计算公式,和长细比l0/b（矩形截面）直接相关,钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数,注：表中l0为构件计算长度；b为矩形截面的短边尺寸；d为圆形截面的直径；i为截面最小回转半径。,6.1 轴心受压构件的承载力计算,构件计算长度l0的确定 当构件两端为固定时取0.5l；当一端固定一端为不移动的铰时取0.7l；当两端均为不移动的铰时取l；当一端固定一端自由时取2l；l为构件支点间长度。 实际工程中由于构件计算支承情况并非完全符合理想情况，所以钢筋混凝土柱计算长度的确定是一个很复杂的问题。规范规定柱的计算长度l0按下列情况采用： 现浇楼盖 底层柱l0 1.0H；其余各层柱l0 1.25H 装配式楼盖 底层柱l0 1.25H；其余各层柱l0 1.5H H为层高。对底层，H取基础顶面到楼盖顶面之间的距离； 其余各层。H取上下两层楼盖顶面之间的距离,6.1 轴心受压构件的承载力计算,3 承载力计算,当纵向钢筋配筋率大于0.03时，式中A应改用Ac=A-A's 当截面的长边或直径小于300mm时，式中混凝土轴心抗压强度设计值fc乘以系数0.8；当构件质量确有保证时可不受此限。 1）当只有 未知时，根据长细比先求 。 2）当 及 未知时一般先假定 及 从而确定 再求 。,6.1 轴心受压构件的承载力计算,6.2 偏心受压构件的承载力计算,1、截面受力性能 当结构构件的截面上受到轴力和弯矩的共同作用或受到偏心力的作用时，该结构构件称为偏心受力构件。当偏心力为压力时，称为偏心受压构件；当偏心力为拉力时，称为偏心受拉构件。偏心受压构件按照偏心力在截面上作用位置的不同可分为：单向偏心受压构件及双向偏心受压构件。一般多层房屋和工业厂房柱应视为单向偏心受压构件。钢筋混凝土框架结构的角柱，在风荷载或地震作用下，常同时受到轴向力N及两个方向弯矩Mx，My的作用，属于双向偏心受压构件。,4.3 偏心受压构件的正截面承载力计算,纵筋,箍筋：侧向约束纵筋、抗剪,6.2 偏心受压构件的承载力计算, 钢筋混凝土偏心受压构件是实际工程中广泛应用的受力构件之一。构件同时受到轴向压力N及弯矩M的作用，等效于对截面形心的偏心距为e0=M/N 的偏心压力的作用。钢筋混凝土偏心受压构件的受力性能、破坏形态介于受弯构件与轴心受压构件之间。 当N=0，Ne0=M 时为受弯构件； 当M=0 ，e0=0 时为轴心受压构件。 故受弯构件和轴心受压构件相当于偏心受压构件的特殊情况。,6.3.2、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、受拉破坏 一般在偏心距较大，且轴向力作用另一侧纵筋的配筋率适当时 产生。,第六章 受压构件的截面承载力,6.2 偏心受压构件的承载力计算,M较大，N较小,偏心距e0较大,As配筋合适,受拉破坏过程,第六章 受压构件的截面承载力,6.2 偏心受压构件的承载力计算, 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。 形成这种破坏的条件是：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。,受拉破坏时的截面应力和受拉破坏形态 （a）截面应力 （b）受拉破坏形态,第六章 受压构件的截面承载力,6.2 偏心受压构件的承载力计算,2、受压破坏 产生受压破坏的条件有两种情况： 当偏心距e0很小，截面全部受压,第六章 受压构件的截面承载力,6.2 偏心受压构件的承载力计算,(3)或虽然偏心距e0较大，但轴向力作用另一侧纵向钢筋配置较多时。,As太多,(2)当偏心距e0较小，截面大部分受压,第六章 受压构件的截面承载力,6.2 偏心受压构件的承载力计算, 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。 当偏心距e0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但一般不会屈服，破坏具有脆性性质。 第(2）种情况在设计应予避免，因此受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小偏心受压。,受压破坏过程,受压破坏时的截面应力和受压破坏形态 （a）、（b）截面应力 （c）受压破坏形态,第六章 受压构件的截面承载力,6.2 偏心受压构件的承载力计算,偏心受压构件的破坏形态,第六章 受压构件的截面承载力,6.2 偏心受压构件的承载力计算,受压破坏（小偏心受压破坏）,受拉破坏（大偏心受压破坏）,界限破坏,接近轴压,接近受弯,As As时会有As fy,6.2 偏心受压构件的承载力计算,第六章 受压构件的截面承载力,两类偏心受压破坏的界限 两类破坏的本质区别就在于破坏时受拉钢筋能否达到屈服。若受拉钢筋先屈服，然后是受压区混凝土压碎即为受拉破坏；若受拉钢筋或远离力一侧钢筋无论受拉还是受压均未屈服，则为受压破坏。那么两类破坏的界限应该是当受拉钢筋初始屈服的同时，受压区混凝土达到极限压应变。用截面应变表示（右图）这种特性，可以看出其界限与受弯构件中的适筋破坏与超筋破坏的界限完全相同。当采用热轧钢筋配筋时，其b 值见附表。 b 受拉破坏-大偏心受压破坏； b 受压破坏-小偏心受压破坏。,偏心受压构件的 截面应变分布,截面配筋计算 当截面尺寸、材料强度及荷载产生的内力设计值N和M均为已知，要求计算需配置的纵向钢筋As' 及As 时，需首先判断是哪一类偏心受压情况，才能采用相应的公式进行计算。 两种偏心受压情况的判别 如前所述，判别两种偏心受压情况的基本条件是：b 为大偏心受压；b 为小偏心受压。但在开始截面配筋计算时，As' 及As 为未知，将无从计算相对受压区高度 ，因此也就不能利用 来判别。此时可近似按下面方法进行判别： 当ei0.3h0 时，为小偏心受压情况； 当ei0.3h0时，可按大偏心受压计算,第六章 受压构件的截面承载力,6.2 偏心受压构件的承载力计算,本 章 目 录,作业,思考题,第 一 讲 思 考 题,1、在受压构件中什么情况下需设置复合箍筋?为什么要采用这样的箍筋？ 2、轴心受压短柱、长柱的破坏特征各是什么？为什么 轴心受压长柱的受压承载力低于短柱？承载力计算 时如何考虑纵向弯曲的影响？ 3、轴心受压构件设计时，纵向受力钢筋和箍筋的作用 分别是什么？,