受压构件正截面的性能与设计.ppt

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1、p本章主要内容本章主要内容轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 偏心受压不对称配筋构件承载力计算偏心受压不对称配筋构件承载力计算 偏心受压对称配筋构件承载力计算偏心受压对称配筋构件承载力计算 I形截面偏心受压构件承载力计算形截面偏心受压构件承载力计算受压构件正截面承载力提要n轴心受压构件轴心受压构件 普通箍筋轴心受压构件普通箍筋轴心受压构件 螺旋箍筋轴心受压构件螺旋箍筋轴心受压构件n偏心受压构件偏心受压构件 矩形截面偏心受压构件（矩形截面偏心受压构件（不对称不对称、对称配筋对称配筋）工字形截面偏心受压构件（工字形截面偏心受压构件（不对称不对称、对称配筋对称配筋）大偏心大偏心受压构件受压

2、构件 小偏心小偏心受压构件受压构件重点重点：矩形截面构件（：矩形截面构件（不对称不对称、对称配筋对称配筋）p 长柱和短柱的破坏特点长柱和短柱的破坏特点p 稳定系数稳定系数p 受压承载力设计表达式受压承载力设计表达式n 轴心受力构件的实际应用轴心受力构件的实际应用框架结构中的柱框架结构中的柱 (Columns of Frame Structure)(Columns of Frame Structure)屋架结构中的上弦杆屋架结构中的上弦杆 (Top Chord of Roof Truss Structure)(Top Chord of Roof Truss Structure)n 轴心受力构件的

3、实际应用轴心受力构件的实际应用桩基础桩基础 (Pile Foundation)(Pile Foundation)n 轴心受力构件的实际应用轴心受力构件的实际应用n 钢筋混凝土轴心受压构件的特点钢筋混凝土轴心受压构件的特点p可以充分发挥混凝土材料的强度优势可以充分发挥混凝土材料的强度优势p理想的轴心受压构件几乎是不存在的理想的轴心受压构件几乎是不存在的,构件存在一定构件存在一定的初始偏心距。的初始偏心距。p轴心受压构件的箍筋配置方式轴心受压构件的箍筋配置方式n普通箍筋柱普通箍筋柱n螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱h hb bs ss s普通箍筋柱普通箍筋柱DDs ss s螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱箍筋箍筋纵筋纵筋

4、5.1.1轴心受压普通箍筋柱正截面受压承载力n 纵筋的作用纵筋的作用p承受部分轴承受部分轴力，减小力，减小构件构件截面尺寸截面尺寸p提高混凝土的变形能力提高混凝土的变形能力p抵抗构件偶然偏心产生的弯曲应力抵抗构件偶然偏心产生的弯曲应力p减小混凝土的收缩与徐变变形减小混凝土的收缩与徐变变形n 短柱与长柱短柱与长柱窗间墙形成的短柱窗间墙形成的短柱门厅处的长柱门厅处的长柱框架结构的长柱框架结构的长柱箍筋的作用箍筋的作用 与纵筋形成钢筋骨架与纵筋形成钢筋骨架 防止纵筋压屈（主要的）防止纵筋压屈（主要的）对核心混凝土有一定的约束对核心混凝土有一定的约束 作用（计算时一般不考虑）作用（计算时一般不考虑）5

5、.1.1轴心受压普通箍筋柱正截面受压承载力n 短柱的试验研究短柱的试验研究p短柱的破坏过程短柱的破坏过程p纵筋与混凝土的应力变化过程纵筋与混凝土的应力变化过程p试验结论试验结论NN应应力力轴力轴力混凝土的应力增长混凝土的应力增长纵筋的应力增长纵筋的应力增长n素砼的峰值压应变平素砼的峰值压应变平均值为均值为0.002；n钢筋混凝土峰值压应钢筋混凝土峰值压应变可达变可达0.005；n设计时，混凝土极限设计时，混凝土极限压应变取压应变取0.002；n相应纵筋的最大压应相应纵筋的最大压应力：力：s ss=2.01050.002 =400N/mm25.1.1轴心受压普通箍筋柱正截面受压承载力短柱的破坏过

6、程短柱的破坏过程n轴力较小时轴力较小时，构件处于弹性阶段，钢，构件处于弹性阶段，钢筋、混凝土应力线性增长；筋、混凝土应力线性增长；n轴力稍大时轴力稍大时，混凝土出现塑性变形，混凝土出现塑性变形，应力增长较慢，钢筋应力增长较快；应力增长较慢，钢筋应力增长较快；n接近极限轴力时接近极限轴力时，钢筋应力达到屈服，钢筋应力达到屈服强度，应力不变，混凝土应力增长较快，强度，应力不变，混凝土应力增长较快，最后混凝土被压碎而破坏。最后混凝土被压碎而破坏。两次内力重分布两次内力重分布 弹性阶段末弹性阶段末钢筋屈服钢筋屈服：部分混凝土应力转由钢筋承受：部分混凝土应力转由钢筋承受 钢筋屈服钢筋屈服构件破坏构件破坏

7、：钢筋应力不变，混凝土应力增长：钢筋应力不变，混凝土应力增长5.1.1轴心受压普通箍筋柱正截面受压承载力n轴心受压短柱的破坏形态轴心受压短柱的破坏形态 构件中出现纵向裂缝，纵筋屈服，混构件中出现纵向裂缝，纵筋屈服，混凝土达到极限压应变。凝土达到极限压应变。n轴压构件，极限压应变取值轴压构件，极限压应变取值 普通混凝土：普通混凝土：0.002 高强混凝土：高强混凝土：0.0020.00215相应的钢筋应力相应的钢筋应力：ucysNf Af A52sss52sss2 100.002400N/mm2 10(0.002 0.00215)(400 430)N/mmEEss5.1.1轴心受压普通箍筋柱正截

8、面受压承载力n 长柱的试验研究长柱的试验研究p长柱的破坏过程长柱的破坏过程p破坏特点破坏特点n长柱存在初始偏心距长柱存在初始偏心距n产生附加弯矩产生附加弯矩n产生相应的侧向挠度产生相应的侧向挠度n使长柱在轴力和弯矩的共同作用下发生破坏使长柱在轴力和弯矩的共同作用下发生破坏p相同条件下相同条件下,长柱破坏荷载低于短柱；长柱破坏荷载低于短柱；p长细比长细比越大，承载能力降低越多；越大，承载能力降低越多；p混凝土规范混凝土规范用用稳定系数稳定系数j j来表示长来表示长柱承载力的降低程度柱承载力的降低程度N NN N横向裂缝横向裂缝纵筋压屈纵筋压屈lusuNNj j规范规范给出的稳定系数与长细比的关系

9、给出的稳定系数与长细比的关系5.1.1轴心受压普通箍筋柱正截面受压承载力n 钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数5.1.1轴心受压普通箍筋柱正截面受压承载力n 普通箍筋柱受压承载力的计算普通箍筋柱受压承载力的计算n 计算简图计算简图0.9()ucysNNf Af Aj f fc cN Nysf A ysf A AAs sA An 计算公式计算公式当纵向钢筋配筋率大于当纵向钢筋配筋率大于3时，式中的时，式中的A应改用应改用 。s()AA5.1.1轴心受压普通箍筋柱正截面受压承载力n计算公式应用计算公式应用n截面设计截面设计 已知：截面尺寸（已知：截面尺寸（bh），材料

10、强度，轴力设计值），材料强度，轴力设计值 求：受压钢筋面积求：受压钢筋面积 计算计算 l0/b n截面校核截面校核 已知：截面尺寸（已知：截面尺寸（bh），材料强度，受压钢筋面积），材料强度，受压钢筋面积 求：承载力求：承载力Nu 计算计算 l0/b jcsy0.9Nf AAfj jjucysNf Af A5.1.1轴心受压普通箍筋柱正截面受压承载力n 构造要求构造要求p混凝土强度等级一般应混凝土强度等级一般应C25p纵筋一般采用纵筋一般采用HRB335、HRB400；箍筋采用；箍筋采用HPB235、HRB335；p截面尺寸一般大于截面尺寸一般大于250mm250mm，取，取50mm为模数；为

11、模数；p纵筋不宜小于纵筋不宜小于4根根12mm，全部纵筋配筋率在，全部纵筋配筋率在12%之间为之间为宜；宜；p箍筋直径不应小于箍筋直径不应小于d/4(d为纵筋最大直径为纵筋最大直径)且不应小于且不应小于6mm，箍筋间距不应大于箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸；及构件截面的短边尺寸；p箍筋应做成封闭式。箍筋应做成封闭式。5.1.2 轴心受压螺旋式箍筋柱受压承载力计算n 螺旋钢箍柱的受力特点螺旋钢箍柱的受力特点p 螺旋筋或焊接环筋又称间接钢筋螺旋筋或焊接环筋又称间接钢筋p 核心区混凝土处于三轴受压状态核心区混凝土处于三轴受压状态p 混凝土纵向抗压强度满足混凝土纵向抗压强度满足 f f

12、=f fc c+b bs sr rDDs ss s螺旋筋或焊接环筋螺旋筋或焊接环筋核心区混凝土处于核心区混凝土处于三轴受压状态三轴受压状态d dcorcors sr r5.1.2 轴心受压螺旋式箍筋柱受压承载力计算n螺旋箍筋柱破坏特点螺旋箍筋柱破坏特点 当轴力较大时，柱产生纵向裂缝，横向变形增大，螺旋箍筋阻止当轴力较大时，柱产生纵向裂缝，横向变形增大，螺旋箍筋阻止混凝土横向变形，使核心混凝土处于混凝土横向变形，使核心混凝土处于三轴受力状态三轴受力状态。轴力达到一轴力达到一定值时，定值时，混凝土保护层剥落混凝土保护层剥落。箍筋屈服箍筋屈服后，构件破坏。后，构件破坏。n约束混凝土的轴心抗压强度约束

13、混凝土的轴心抗压强度 uc1corysNf Af A c1cr4ffsrcoryss12sdf Asyss1yycorss1rsso2corcorcor22244f AffdAAdsdsAscorss1ssodAAsyss0yss0c1crcccorcor4422f Af AffffAAs5.1.2 轴心受压螺旋式箍筋柱受压承载力计算n螺旋箍筋柱受压承载力计算公式螺旋箍筋柱受压承载力计算公式 ：螺旋式或焊接环式间接钢筋的换算截面面积螺旋式或焊接环式间接钢筋的换算截面面积（把间距为把间距为s的箍筋，按体积相等换算成纵向钢筋）；的箍筋，按体积相等换算成纵向钢筋）；：间接钢筋对混凝土约束的折减系数间

14、接钢筋对混凝土约束的折减系数：当混凝土强度等级不：当混凝土强度等级不超过超过C50时，取时，取1.0，当混凝土强度等级为，当混凝土强度等级为C80时，取时，取0.85，其间，其间按线性内插法确定。按线性内插法确定。yss0uysc1corysccorcoruysccoryss022f ANf Af Af AfAANf Af Af A ss0A5.1.2 轴心受压螺旋式箍筋柱受压承载力计算f fy yA Ass1ss1s sd dcorcorf fy yA Ass1ss1s sr ru un 利用平衡条件求径向压应力利用平衡条件求径向压应力s sr rcoryrs10s2sin d2dfsAs

15、ss1yrcor2Afs dsycorcss12or244ddsAfss0cyor2AAfn A Ass1ss1为单根间接钢筋的截面面积为单根间接钢筋的截面面积n A Acorcor为构件核心区截面面积为构件核心区截面面积n A Ass0ss0为间接钢筋的换算截面面积为间接钢筋的换算截面面积 A Ass0ss0=d dcorcorA Ass1 ss1/s/sn 承载力计算公式及应用承载力计算公式及应用urcorcysNfAf As ucor02cyssysNf Af Af A yss0rcor2f AAsucor00.92cyssysNNf Af Af A 22p 螺旋箍筋计算的承载力不应大于

16、按普通箍筋柱受压承载力的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%；p 对长细比对长细比l0/d大于大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用；的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用；p 螺旋箍筋的换算面积螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋不得小于全部纵筋As 面积的面积的25%；p 螺旋箍筋的间距螺旋箍筋的间距s不应大于不应大于80mm 及及dcor/5，也不应小于也不应小于40mm。n混凝土规范混凝土规范有关螺旋箍柱计算公式的规定有关螺旋箍柱计算公式的规定5.1.2 轴心受压螺旋式箍筋柱受压承载力计算p 两类偏心受压的破坏形态两类偏心受压的破坏形态p 两类偏心受压破坏的界限两类偏心受压破坏的界限p 长柱的二阶效应长柱的二阶效应n偏心受压构件偏心受压构件（压弯构件压弯构件）5.2.1破坏形态b bhA As ssA N Ne e0 0偏偏心心受受压压N N,MM=N Ne e0 0压压弯弯构构件件p偏心距偏心距e e0 0=0=0时，为轴心受时，为轴心受压构件；压构件；p当当e e0 0时，即时，即N N=0=0时，时，为受弯构件；为受弯构件；p偏心受压构件的受力性能偏心受压