混凝土结构设计原理ch6.1轴心受力分解优秀PPT.ppt

混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院本章要点本章要点第第第第6 6章章章章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算（StrengthofReinforcedConcreteAxiallyLoadedMembers)了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程；全过程；驾驭轴心受拉和轴心受压构件正截面承载驾驭轴心受拉和轴心受压构件正截面承载力的计算方法；力的计算方法；熟悉轴心受力构件的构造要求。熟悉轴心受力构件的构造要求。了解建筑工程轴心受力构件与马路桥涵轴了解建筑工程轴心受力构件与马路桥涵轴心受力构件计算方法的相同与不同之处。心受力构件计算方法的相同与不同之处。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院6.1概概述述轴心受拉构件轴心受拉构件纵向拉力作用线与构件截面形心线纵向拉力作用线与构件截面形心线重合的构件重合的构件;轴心受压构件轴心受压构件纵向压力作用线与构件截面形心线重纵向压力作用线与构件截面形心线重合的构件合的构件混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院轴心受拉轴心受拉在实际结构中，志在实际结构中，志向的轴心受拉构件向的轴心受拉构件是不存在的。是不存在的。由于施工制造误差、由于施工制造误差、荷载位置的偏差、荷载位置的偏差、混凝土不匀整性等混凝土不匀整性等缘由，往往存在确缘由，往往存在确定的初始偏心距定的初始偏心距混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院轴心受压轴心受压在实际结构中，志向的轴心在实际结构中，志向的轴心受压构件是不存在的。受压构件是不存在的。由于施工制造误差、荷载位由于施工制造误差、荷载位置的偏差、混凝土不匀整性置的偏差、混凝土不匀整性等缘由，往往存在确定的初等缘由，往往存在确定的初始偏心距始偏心距以恒载为主的等跨多层房屋以恒载为主的等跨多层房屋内柱、桁架中的受压腹杆等，内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算按轴心受压构件计算混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院框架结构中的柱框架结构中的柱(ColumnsofFrameStructure)工程实例工程实例混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院cAAs6.2.1 6.2.1 受力过程及破坏特征受力过程及破坏特征6.1钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算（钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算（StrengthofReinforcedConcrete AxialTensileMember）NN1 1、第一阶段：加载起先到混凝土开裂、第一阶段：加载起先到混凝土开裂2 2、其次阶段：混凝土开裂到钢筋屈服、其次阶段：混凝土开裂到钢筋屈服3 3、第三阶段：钢筋屈服到构件破坏、第三阶段：钢筋屈服到构件破坏混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院6.2.2建筑工程中钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承建筑工程中钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算载力计算1.计算公式计算公式3-1N 拉力的组合设计值；拉力的组合设计值；fy 钢钢筋抗拉筋抗拉强强度度设计值设计值；As 全部全部纵向钢筋面积。纵向钢筋面积。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院2.构造要求（构造要求（DetailingRequirements)v箍筋直径箍筋直径d6mm,间距间距s200mm。v纵筋应沿截面周边匀整对称布置，并宜优先纵筋应沿截面周边匀整对称布置，并宜优先v接受直径较小的钢筋。接受直径较小的钢筋。v钢筋连接有绑扎连接、焊接连接、螺栓连钢筋连接有绑扎连接、焊接连接、螺栓连接、接、套筒挤压连接等多种方式。轴拉构件不得接受绑套筒挤压连接等多种方式。轴拉构件不得接受绑扎的搭接接头。扎的搭接接头。v纵筋一侧配筋率纵筋一侧配筋率，且，且。（为混凝土轴心抗拉强度设计值）为混凝土轴心抗拉强度设计值）混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院6.3钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算（StrengthofReinforcedConcreteAxialCompressiveMembers）6.3.1概述概述 实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱依据实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱依据实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱依据实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱依据箍筋的作用及配置方式分为两种：箍筋的作用及配置方式分为两种：箍筋的作用及配置方式分为两种：箍筋的作用及配置方式分为两种：一般箍筋柱（一般箍筋柱（一般箍筋柱（一般箍筋柱（TiedColumnsTiedColumns）有纵向钢筋和一般箍筋的柱）有纵向钢筋和一般箍筋的柱）有纵向钢筋和一般箍筋的柱）有纵向钢筋和一般箍筋的柱 螺旋箍筋柱（螺旋箍筋柱（螺旋箍筋柱（螺旋箍筋柱（SpiralColumns)SpiralColumns)有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱普通钢箍柱普通钢箍柱Tied ColumnsTied Columns螺旋钢箍柱螺旋钢箍柱Spiral ColumnsSpiral Columns混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院纵筋的作用：纵筋的作用：提高承载力，提高承载力，减小截面尺寸减小截面尺寸提高混凝土的提高混凝土的变形实力变形实力反抗构件的偶反抗构件的偶然偏心然偏心减小混凝土的减小混凝土的收缩与徐变收缩与徐变混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院横向箍筋的作用：横向箍筋的作用：防止纵向钢筋受防止纵向钢筋受力后压屈力后压屈改善构件破坏脆改善构件破坏脆性性当接受密排箍筋当接受密排箍筋时还能约束核芯内时还能约束核芯内混凝土，提高其极混凝土，提高其极限应变值限应变值固定纵向钢筋位固定纵向钢筋位置置,与纵筋形成骨架，与纵筋形成骨架，保证骨架刚度。保证骨架刚度。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院6.3.2配有一般箍筋的轴心受压构件配有一般箍筋的轴心受压构件1.受力分析及破坏特征受力分析及破坏特征短柱与长柱短柱与长柱 短柱（短柱（短柱（短柱（ShortColumnsShortColumns）是如何形成）是如何形成）是如何形成）是如何形成 的？的？的？的？我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称为短柱。在实际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地为短柱。在实际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地为短柱。在实际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地为短柱。在实际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地下车库的柱子，以及楼梯间处的柱都简洁形成短柱。下车库的柱子，以及楼梯间处的柱都简洁形成短柱。下车库的柱子，以及楼梯间处的柱都简洁形成短柱。下车库的柱子，以及楼梯间处的柱都简洁形成短柱。l0/i28(l0 为柱计算长度，为柱计算长度，i为回转半径。为回转半径。)矩形截面柱，矩形截面柱，l0/b8 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院 受压短柱的破坏过程受压短柱的破坏过程n 在起先加载时，混凝土和钢筋都处于弹性工作阶段，钢筋和混凝土的应力基本上按弹性模量的比值来安排。n 随着荷载的增加，混凝土出现塑形变形，钢筋的应力比混凝土应力增加更快，产生内力重分布。随着荷载的接着增加，柱中起先出现微小的纵向裂缝。应应力力轴力轴力混凝土的应力增长钢筋应力增长混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院n在接近破坏荷载时，在接近破坏荷载时，柱身出现很多明显的纵向柱身出现很多明显的纵向裂缝，混凝土爱护层剥落，裂缝，混凝土爱护层剥落，箍筋间的纵筋被压屈向外箍筋间的纵筋被压屈向外鼓出，混凝土压碎。鼓出，混凝土压碎。n柱子发生破坏时，混凝柱子发生破坏时，混凝土的应变达到其抗压极限土的应变达到其抗压极限应变（应变（0.0021），钢筋的应），钢筋的应力最大可达到力最大可达到420MP，一，一般钢筋可屈服。般钢筋可屈服。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院 什么是长柱（什么是长柱（什么是长柱（什么是长柱（SlenderColumnsSlenderColumns）我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为长我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为长我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为长我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为长柱。在实际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。柱。在实际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。柱。在实际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。柱。在实际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。轴心受压长柱与短柱的主要受力区分在于：由于偏心所产轴心受压长柱与短柱的主要受力区分在于：由于偏心所产轴心受压长柱与短柱的主要受力区分在于：由于偏心所产轴心受压长柱与短柱的主要受力区分在于：由于偏心所产生的附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必需考虑。生的附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必需考虑。生的附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必需考虑。生的附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必需考虑。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院 轴心受压长柱的破坏过程轴心受压长柱的破坏过程n由于初始偏心距的存在，构件受由于初始偏心距的存在，构件受荷后产生附加弯矩，伴之发生横向挠荷后产生附加弯矩，伴之发生横向挠度。度。n构件破坏时，首先在靠近凹边出构件破坏时，首先在靠近凹边出现大致平行于纵轴方向的纵向裂缝，现大致平行于纵轴方向的纵向裂缝，同时在凸边出现水平的横向裂缝，随同时在凸边出现水平的横向裂缝，随后受压区混凝土被压溃，纵筋向外鼓后受压区混凝土被压溃，纵筋向外鼓出，横向挠度快速发展，构件失去平出，横向挠度快速发展，构件失去平衡，最终将凸边的混凝土拉断。衡，最终将凸边的混凝土拉断。n混凝土结构设计规范接受稳定混凝土结构设计规范接受稳定系数来表示长柱承载力的降低程度。系数来表示长柱承载力的降低程度。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院2.建筑工程配有一般箍筋的轴压构件计算建筑工程配有一般箍筋的轴压构件计算3-3计算简图计算简图fcfyAsNfyAsAs混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院 全部纵向受压钢筋面积；全部纵向受压钢筋面积；构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大于构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大于0.03时，时，A采用采用 ；为了保持与偏心受压构件正截面承载为了保持与偏心受压构件正截面承载力计算力计算具有相近的可靠度而引进的系数。具有相近的可靠度而引进的系数。j 稳定系数；稳定系数；钢筋抗压强度设计值；钢筋抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院3.桥涵工程中配有一般箍筋的轴压柱承载力桥涵工程中配有一般箍筋的轴压柱承载力3-4 稳定系数；稳定系数；纵向受压钢筋抗压强度设计值。纵向受压钢筋抗压强度设计值。4.构造要求构造要求v材料：混凝土宜高一些材料：混凝土宜高一些C25-C40，钢筋宜用，钢筋宜用HRB400级级,HRB500。v截面：截面：b250mm,l0/b30。v纵筋：纵筋：d12mm,圆柱中根数圆柱中根数6，5(一般一般1%-2%)；最小配筋率（一侧和全部）满足规范要；最小配筋率（一侧和全部）满足规范要求。求。300mm 50mm,c20mm。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院小结：截面设计计算步骤小结：截面设计计算步骤已知轴心压力设计值N、材料强度设计值（fc、fy），构件长度和支撑状况（或l0已知），求配筋面积。1、假定 和 令 由公式，得截面面积，2、由上公式 得纵向受压筋截面面积混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院截面设计应留意的问题截面设计应留意的问题1、配筋率应以构件全截面面积为分母计算求得；2、检查是否满足全截面最小配筋率和单侧最小配筋率及最大配筋率的要求；3、计算高度受支撑条件的影响；4、实际配筋面积与计算配筋面积的误差限制在5%左右较为合理。截面复核截面复核已知轴心压力设计值N、材料强度设计值（fc、fy），构件长度和支撑情况（或l0已知），配筋面积已知，求 是否满足。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院v箍筋：封闭式箍筋：封闭式d6mm,d纵（最大）纵（最大）/4；s400mm及短边尺寸及短边尺寸,15d纵（最小）纵（最小）。6.3.3配有螺旋箍筋的轴心受压构件配有螺旋箍筋的轴心受压构件1.受力分析及破坏特征受力分析及破坏特征螺旋箍筋对混凝土变形产生约束，螺旋箍筋对混凝土变形产生约束，使其承载力提高。使其承载力提高。v箍筋：当纵向配筋率大于箍筋：当纵向配筋率大于3%，d8mm,s200mm,10d纵纵（最小）（最小）；v箍筋：当柱短边尺寸大于箍筋：当柱短边尺寸大于400mm且各边纵筋大于且各边纵筋大于3根或短根或短边尺寸不大于边尺寸不大于400mm但纵筋多于但纵筋多于4根时，接受复合箍筋；根时，接受复合箍筋；混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院Nc素混凝土柱一般钢筋混凝土柱螺旋箍筋钢筋混凝土柱荷载不大时螺旋箍柱和一般箍柱的性能几乎相同爱护层剥落使柱的承载力降低螺旋箍筋的约束使柱的承载力提高标距NcNc混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院2.配有螺旋式箍筋或焊接环式间接钢筋的轴心配有螺旋式箍筋或焊接环式间接钢筋的轴心受压构件正截面抗压承载力计算方法受压构件正截面抗压承载力计算方法核心区混凝土三轴受压状态的产生核心区混凝土三轴受压状态的产生3-5 dcorfyAss1S3-6混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院dcorrfyAss1fyAss1fy箍筋抗拉强度设计值Acor混凝土核心截面面积Asso箍筋的换算截面面积Ass1螺旋箍筋的截面面积dcor核心混凝土直径S螺旋箍筋的间距螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式代入36有3-73-8 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院3-9 3-10 间接钢筋对混凝土约束的折减系数，间接钢筋对混凝土约束的折减系数，接受螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。接受螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。如螺旋箍筋配置过多，极限承载力提高过大，则会在远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爱护层产生剥落，从而影响正常运用。未达到极限承载力之前爱护层产生剥落，从而影响正常运用。规范规定：规范规定：按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按一般箍筋柱受压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承载力的50%。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院 对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形较大，截面不是对长细比过大柱，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。规全部受压，螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。规范规定：范规定：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的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。用。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Ass1Ass1和间距和间距和间距和间距s s有关，有关，有关，有关，为保证有确定约束效果，规范规定：为保证有确定约束效果，规范规定：为保证有确定约束效果，规范规定：为保证有确定约束效果，规范规定：螺旋箍筋的换算面积螺旋箍筋的换算面积螺旋箍筋的换算面积螺旋箍筋的换算面积Ass0Ass0不得小于全部纵筋不得小于全部纵筋不得小于全部纵筋不得小于全部纵筋As As 面面面面积的积的积的积的25%25%螺旋箍筋的间距螺旋箍筋的间距螺旋箍筋的间距螺旋箍筋的间距s s不应大于不应大于不应大于不应大于dcor/5dcor/5，且不大于，且不大于，且不大于，且不大于80mm80mm，同时为便利施工，同时为便利施工，同时为便利施工，同时为便利施工，s s也不应小于也不应小于也不应小于也不应小于40mm40mm。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院例题：螺旋箍筋柱设计某大厅底层门厅现浇钢筋混凝土柱，承受轴心压力设计值N=1500KN，从基础顶面至二层楼面的高度为5.7m，依据建筑设计要求，柱的截面为圆形，直径为350mm。混凝土强度等级为C30（fc=14.3N/mm2），纵筋接受HRB400（fy=360N/mm2)，箍筋接受HRB335级钢筋（fy=300N/mm2），试确定柱的配筋。解：1）判别是否可接受螺旋箍筋柱可以设计成螺旋箍筋柱2）求As选用9根直径20的HRB400钢筋As=28273）求Asso混凝土爱护层厚度为20mm，则混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院代入公式计算Asso满足要求4）确定螺旋箍筋直径和间距假定接受d=8mm，则单根面积为Ass1=50.3mm2。满足构造要求由公式取混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院5）复核混凝土爱护层按l0/d=11.4查表得 =0.959满足要求