06-受压构件正截面承载力2012解析优秀PPT.ppt

受压构件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。甚至倒塌。轴心受压承载力是正截面受压承载力轴心受压承载力是正截面受压承载力 的上限。的上限。先探讨轴心受压构件的承载力计算，然后重点探讨单向偏心受压的先探讨轴心受压构件的承载力计算，然后重点探讨单向偏心受压的正截面承载力计算。正截面承载力计算。第第6 6章章 受压构件的截面承载力受压构件的截面承载力6.1 受压构件一般构造要求受压构件一般构造要求一、截面型式及尺寸方形或矩形、圆形或多边形方形或矩形、圆形或多边形轴心受压构件轴心受压构件偏心受压构件偏心受压构件矩形、工字形矩形、工字形方形柱的截面尺寸不宜小于方形柱的截面尺寸不宜小于250mm250mm，长细比，长细比l0/b=30或或l0/h=25。截面尺寸符合模数要求，。截面尺寸符合模数要求，800mm以下的取以下的取50mm的倍的倍数，数，800mm以上的取以上的取100mm的倍数。的倍数。二、材料要求混凝土：接受较高强度等级的混凝土，混凝土：接受较高强度等级的混凝土，C25、C30、C35、C40纵筋：接受纵筋：接受HRB400级、级、HRB335级、级、RRB400级，不宜接受高强度钢筋。级，不宜接受高强度钢筋。三、纵筋受压构件全部纵筋配筋率受压构件全部纵筋配筋率不应小于不应小于0.6%，一侧钢筋的配筋率，一侧钢筋的配筋率不应小于不应小于0.2%。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，全部纵筋配筋率率不宜超过不宜超过5%；柱子中全部纵向钢筋的合适配筋率为；柱子中全部纵向钢筋的合适配筋率为0.8%2.0%。轴心受压构件纵筋沿截面的四周匀整放置，钢筋根数不得少于轴心受压构件纵筋沿截面的四周匀整放置，钢筋根数不得少于4根，直径不小根，直径不小于于12mm，常用，常用1632mm。纵筋的作用纵筋的作用（1）帮助混凝土受压，减小截面面积；）帮助混凝土受压，减小截面面积；（2）当柱偏心受压时，担当弯矩产生）当柱偏心受压时，担当弯矩产生的拉力；的拉力；（3）减小持续压应力下混凝土收缩和）减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。徐变的影响。偏心受压构件纵筋放置在偏心截面的两边，截面高度偏心受压构件纵筋放置在偏心截面的两边，截面高度大于大于600mm时，侧面应时，侧面应设置直径设置直径1016mm的纵向构造钢筋，并设附加箍筋或拉筋。的纵向构造钢筋，并设附加箍筋或拉筋。箍筋的作用箍筋的作用（1）与纵筋形成骨架，便于施工；）与纵筋形成骨架，便于施工；（2）防止纵筋的压屈；）防止纵筋的压屈；（3）对核心混凝土形成约束，提高混）对核心混凝土形成约束，提高混 凝土的抗压强度，增加构件的延凝土的抗压强度，增加构件的延 性。性。四、箍筋箍筋应做成封闭式，间距在绑扎骨架中不大于箍筋应做成封闭式，间距在绑扎骨架中不大于15d，在焊接骨架中不大于，在焊接骨架中不大于20d，且不大于，且不大于400mm，也不大于构件截面的短边尺寸。，也不大于构件截面的短边尺寸。箍筋直径不小于箍筋直径不小于d/4，且不小于，且不小于6mm。纵筋配筋率超过。纵筋配筋率超过3%时，直径不小于时，直径不小于8mm，间距不大于，间距不大于10d，且不应大于，且不应大于200mm。6.2 轴心受压构件正截面承载力轴心受压构件正截面承载力由于施工制造误差、荷载位置的由于施工制造误差、荷载位置的偏差、混凝土不匀整性等缘由，偏差、混凝土不匀整性等缘由，往往存在确定的初始偏心距往往存在确定的初始偏心距以恒载为主的等跨多层房屋内柱、以恒载为主的等跨多层房屋内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可轴向压力，可近似按轴心受压构近似按轴心受压构件计算件计算在实际结构中，志向的轴心受压在实际结构中，志向的轴心受压构件是不存在的构件是不存在的一般箍筋柱一般箍筋柱螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱普通箍筋柱普通箍筋柱螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱一 轴压构件性能Behavior of Axial Compressive Member变形条件：物理关系：平衡条件：00.0010.00210020030040050020406080100scssesc fy=540MPa fy=230MPa依据构件长细比的不同，轴心受压构件可分为轴心受压短柱（对于矩依据构件长细比的不同，轴心受压构件可分为轴心受压短柱（对于矩形截面形截面 ）和轴心受压长柱。）和轴心受压长柱。试验探讨分析试验探讨分析轴心受压短柱轴心受压短柱轴力较小时，构件处于弹性阶段，钢轴力较小时，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；轴力稍大时，混凝土出现塑性变形，轴力稍大时，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；接近极限轴力时，钢筋应力达到屈服接近极限轴力时，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，最终混凝土被压碎而破坏。最终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：部分混凝土应力转由钢筋承受钢筋屈服：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：钢筋应力不变，混凝土应力增长构件破坏：钢筋应力不变，混凝土应力增长长柱在轴向力作用下，不仅发生压缩变形，同时还发生长柱在轴向力作用下，不仅发生压缩变形，同时还发生纵向弯曲，产生横向挠度。破坏时，凹侧混凝土被压碎，纵向弯曲，产生横向挠度。破坏时，凹侧混凝土被压碎，纵向钢筋被压弯而向外弯凸，凸侧则由受压突然变为受纵向钢筋被压弯而向外弯凸，凸侧则由受压突然变为受拉，出现水平受拉裂缝。缘由：钢筋混凝土柱不行能是拉，出现水平受拉裂缝。缘由：钢筋混凝土柱不行能是志向的轴心受压构件，轴向力多少存在一个初始偏心。志向的轴心受压构件，轴向力多少存在一个初始偏心。长柱的破坏荷载小于短柱，且柱子越瘦长则小得越多。长柱的破坏荷载小于短柱，且柱子越瘦长则小得越多。用稳定系数用稳定系数表示长柱承载力较短柱降低的程度。表示长柱承载力较短柱降低的程度。=Nul/Nus，影响因素为柱子的长细比影响因素为柱子的长细比l0/b，混凝土强度等级和配筋，混凝土强度等级和配筋率影响很小。率影响很小。l0/b8需考虑纵向弯曲的影响，查表得需考虑纵向弯曲的影响，查表得j=0.89。2.计算计算As 说明截面尺寸选的过大，重新选择说明截面尺寸选的过大，重新选择b=250mm。l0/b=4550/250=18.28需考虑纵向弯曲的影响，查表得需考虑纵向弯曲的影响，查表得j j=0.8=0.8。fc=0.89.6=7.68N/mm2满足要求，选用满足要求，选用4 22，排列于，排列于柱子四周。箍筋选用柱子四周。箍筋选用f6250由于施工较麻烦，它们仅用于轴心受压荷载很大而截面尺寸又由于施工较麻烦，它们仅用于轴心受压荷载很大而截面尺寸又受到限制的柱，或地震作用下的轴心受压柱。受到限制的柱，或地震作用下的轴心受压柱。三 螺旋箍筋轴压柱正截面承载力混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度螺旋箍筋柱与一般箍筋柱力位移曲线的比较螺旋箍筋柱与一般箍筋柱力位移曲线的比较达到极限状态时（疼惜层已剥落，不考虑）达到极限状态时（疼惜层已剥落，不考虑）螺旋箍筋对承载力的影响系数螺旋箍筋对承载力的影响系数a a，当，当 fcu,k50N/mm2时，取时，取a a =1.0；当当 fcu,k=80N/mm2时，取时，取a a=0.85，其间直线插值。，其间直线插值。螺旋箍筋螺旋箍筋换算成换算成相当的相当的纵筋面积纵筋面积 接受螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。但配置过多，极限承载接受螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。但配置过多，极限承载力提高过大，则会在远未达到极限承载力之前疼惜层剥落，从而影响正常力提高过大，则会在远未达到极限承载力之前疼惜层剥落，从而影响正常运用。运用。规范规定：规范规定：（1）按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按一般箍筋柱受压承载力的）按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按一般箍筋柱受压承载力的50%；（2）对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形较大，截面不是全部受压，螺）对长细比过大柱，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。因此，对长细比旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。因此，对长细比l0/d大于大于12的柱的柱 不考虑螺旋箍筋的约束作用；不考虑螺旋箍筋的约束作用；（3）螺旋箍筋的约束效果与其截面面积）螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距和间距S有关，为保证约束效有关，为保证约束效 果，螺旋箍筋的换算面积果，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%；（4）螺旋箍筋的间距）螺旋箍筋的间距S不应大于不应大于dcor/5，且不大于，且不大于80mm，同时为便利施工，同时为便利施工，S也不应小于也不应小于40mm。螺旋箍筋柱限制条件6.3 偏心受压构件正截面承载力计算偏心受压构件正截面承载力计算偏压构件破坏特征偏压构件破坏特征受拉破坏受拉破坏 tensile failure受压破坏受压破坏 compressive failure偏心受压构件的破坏形态与偏心受压构件的破坏形态与偏心距偏心距e0和和纵筋配筋率纵筋配筋率有关有关M较大，较大，N较小较小偏心距偏心距e0较大较大一 大偏心破坏的特征截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，受拉钢筋的应截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，受拉钢筋的应力随荷载增加发展较快，首先达到屈服；力随荷载增加发展较快，首先达到屈服；此后裂缝快速开展，受压区高度减小；此后裂缝快速开展，受压区高度减小；最终，受压侧钢筋最终，受压侧钢筋As 受压屈服，压区混凝土压碎受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。而达到破坏。这种破坏具有明显预兆，变形实力较大，破坏特这种破坏具有明显预兆，变形实力较大，破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相像，属于塑性破坏，征与配有受压钢筋的适筋梁相像，属于塑性破坏，承载力主要取决于受拉侧钢筋。承载力主要取决于受拉侧钢筋。形成这种破坏的条件是：偏心距形成这种破坏的条件是：偏心距e0较大，且受拉较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为大偏心受压。侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为大偏心受压。大偏心受拉破坏特点 当相对偏心距当相对偏心距e0/h0较小较小 或虽然相对偏心距或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时二 小偏心破坏的特征截面受压一侧混凝土和钢筋的受力较大，而另一侧截面受压一侧混凝土和钢筋的受力较大，而另一侧钢筋的应力较小，可能受拉也可能受压；钢筋的应力较小，可能受拉也可能受压；截面最终是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏，截面最终是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏，受拉侧钢筋未达到屈服；受拉侧钢筋未达到屈服；承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，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，破坏突然，属于脆性破坏。时受压区高度较大，破坏突然，属于脆性破坏。当偏心距较小或受拉钢筋配置过多时易发生小偏压当偏心距较小或受拉钢筋配置过多时易发生小偏压破坏，因偏心距较小，故通常称为小偏心受压。破坏，因偏心距较小，故通常称为小偏心受压。小偏心受压破坏特点大、小偏心破坏的共同点是受压钢筋均可以屈服