第6章 受压构件承载力设计.ppt

LOGO辽宁省交通高等专科学校钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构受压构件承载力设计受压构件承载力设计6.1 受压构件的分类及构造要求受压构件的分类及构造要求16.2 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算26.3 偏心受压构件承载力计算偏心受压构件承载力计算3主要以承受主要以承受轴向向压力力为主主,通常通常还有有弯矩和剪力弯矩和剪力作用作用 纵向受力构件纵向受力构件受压构件：承受纵向压力为主受压构件：承受纵向压力为主受拉构件：承受纵向拉力为主受拉构件：承受纵向拉力为主 框架结构中的柱框架结构中的柱受受压构件（柱）构件（柱）往往在往往在结构中具有重要作用，一旦构中具有重要作用，一旦产生破生破坏，往往坏，往往导致整个致整个结构的构的损坏，甚至倒塌。坏，甚至倒塌。轴心受心受压构件构件纵筋的主要作用筋的主要作用:帮助混凝土受帮助混凝土受压 箍筋的主要作用箍筋的主要作用:防止防止纵向受力向受力钢筋筋压屈屈 偏心受偏心受压构件构件 纵筋的主要作用筋的主要作用：一部分一部分纵筋帮助混凝土受筋帮助混凝土受压 另一部分另一部分纵筋抵抗由偏心筋抵抗由偏心压 力力产生的弯矩生的弯矩 箍筋的主要作用箍筋的主要作用:抵抗剪力抵抗剪力 6.1.1 材料的强度材料的强度 6.1.2 截面的形式和尺寸截面的形式和尺寸混凝土常用混凝土常用C20C40 钢筋常用钢筋常用HRB335和和HRB4006.1 受压构件的构造要求受压构件的构造要求主要作用主要作用轴心受压：一般采用轴心受压：一般采用正方形、矩形、圆形。正方形、矩形、圆形。偏心受压构件：一般采用偏心受压构件：一般采用矩形、工字形、矩形、工字形、T形形和和环形环形6.1.3 配筋构造配筋构造1.纵向受力钢筋：纵向受力钢筋：n 纵筋的作用纵筋的作用p提高承载力，减小截面尺寸提高承载力，减小截面尺寸p提高混凝土的变形能力提高混凝土的变形能力p抵抗构件的偶然偏心抵抗构件的偶然偏心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全部纵筋配筋率不应小于全部纵筋配筋率不应小于0.6%；不宜大于不宜大于5%一侧钢筋配筋率不应小于一侧钢筋配筋率不应小于0.2%直径不宜小于直径不宜小于12mm，常用常用1632mm，宜用粗钢筋宜用粗钢筋纵筋净距：纵筋净距：不应小于不应小于50mm；预制柱，不应小于预制柱，不应小于30mm和和1.5d(d为钢筋的最大直径为钢筋的最大直径)纵筋中距不应大于纵筋中距不应大于350mm。纵筋的连接接头：（纵筋的连接接头：（宜设置在受力较小处宜设置在受力较小处）可采用可采用机械连接机械连接接头、接头、焊接焊接接头和接头和搭接搭接接头接头 对于直径大于对于直径大于2828mmmm的受拉钢筋和直径大于的受拉钢筋和直径大于3232mmmm的受压钢筋，的受压钢筋，不宜采用绑扎的搭接接头不宜采用绑扎的搭接接头。2.箍箍筋筋直径直径 6mm 或或 d/4 纵筋搭接范围纵筋搭接范围 S 10d 或或 200mm 当柱中全部纵向钢筋的配筋率超过当柱中全部纵向钢筋的配筋率超过3%时，箍筋直径不宜小于时，箍筋直径不宜小于8mmn 箍筋的作用箍筋的作用p固定纵向钢筋，组成骨架，防止纵向钢筋受压时被压屈；固定纵向钢筋，组成骨架，防止纵向钢筋受压时被压屈；p对混凝土受压后的侧向膨胀起约束作用。对混凝土受压后的侧向膨胀起约束作用。p在偏心受压柱中可以抵抗斜截面剪力。在偏心受压柱中可以抵抗斜截面剪力。箍筋间距：箍筋间距：在绑扎骨架中不应大于在绑扎骨架中不应大于15d；在焊接骨架中则不应在焊接骨架中则不应大于大于20d（d为纵筋最小直为纵筋最小直 径），且不应大于径），且不应大于400mm，也不也不大于构件横截面的短边尺寸。大于构件横截面的短边尺寸。截面形状复截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的构件，不可采用具有内折角的箍筋的箍筋 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hbss普通箍筋柱普通箍筋柱Dss螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱箍筋箍筋纵筋纵筋6.2 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算NNn素砼的峰值压应变平均值为素砼的峰值压应变平均值为0.002；n钢筋混凝土峰值压应变可达钢筋混凝土峰值压应变可达0.005；n设计时，混凝土极限压应变取设计时，混凝土极限压应变取0.002；n相应纵筋的最大压应力：相应纵筋的最大压应力：s=2.01050.002 =400N/mm26.2.1 配有普通箍筋的轴心受压构件的破坏特征配有普通箍筋的轴心受压构件的破坏特征1.轴心受压短柱的应力分布及破坏形式轴心受压短柱的应力分布及破坏形式短柱短柱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使使长长柱柱在在轴轴力力和和弯弯矩矩的的共共同同作作用用下下发发生破坏生破坏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长细比越大，承载能力降低越多；长细比越大，承载能力降低越多；p混混凝凝土土规规范范用用稳稳定定系系数数 来来表表示示长长柱承载力的降低程度柱承载力的降低程度NN横向裂缝横向裂缝纵筋压屈纵筋压屈2.轴心受压长柱的受力特点及破坏形态轴心受压长柱的受力特点及破坏形态l0/bl0/dl0/i l0/bl0/dl0/i 87281.030261040.52108.5350.9832281110.481210.5420.953429.51180.441412480.9236311250.41614550.8738331320.361815.5620.814034.51390.322017690.754236.51460.292219760.744381530.262421830.6546401600.232622.5900.64841.51670.212824970.5650431740.19l0-构件计算长度；构件计算长度；b 矩形截面的短边尺寸；矩形截面的短边尺寸；d圆形截面的直径；圆形截面的直径；i截面最小圆形半径截面最小圆形半径,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6.2.2 普通箍筋柱的正截面受压承载力计算普通箍筋柱的正截面受压承载力计算n 计算简图计算简图fcNAsA 稳定系数，反映受压构件的承载力随长稳定系数，反映受压构件的承载力随长细比增大而降低的现象。细比增大而降低的现象。A 构件截面面积构件截面面积；当当 0.03时时NAsfcf y AsbhA=AA s6.2.2 普通箍筋柱的正截面受压承载力计算普通箍筋柱的正截面受压承载力计算1.基本公式基本公式0.9 系数，承载力折减系数系数，承载力折减系数；N 轴向压力设计值；轴向压力设计值；1）截面设计：截面设计：已知：已知：N，fc,f y,l0,求求A s2.计算方法计算方法试算法试算法估算估算A A确定稳定系数确定稳定系数2）承载力复核：承载力复核：已知：已知：bh,A s,N，fc,f y,l0,确定稳定系数确定稳定系数求求Nu 安全当Nu N6.3 偏心受压构件承载力计算偏心受压构件承载力计算 6.3.1 偏心受压构件的受力性能偏心受压构件的受力性能bhAsNe0偏偏心心受受压压N,M=Ne0压压弯弯构构件件p偏心距偏心距e0=0时，为轴心受压时，为轴心受压构件；构件；p当当e0时，即时，即N=0时，为时，为受弯构件；受弯构件；p偏心受压构件的受力性能偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于和破坏形态界于轴心受压轴心受压构件和构件和受弯受弯构件；构件；p建筑结构中的钢筋混凝土建筑结构中的钢筋混凝土柱子绝大多数均为压弯构柱子绝大多数均为压弯构件。件。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和和纵向钢筋配筋率纵向钢筋配筋率有关有关当当相对偏心距相对偏心距e0/h0较大，且较大，且As配置的不过多时会出现配置的不过多时会出现受拉破坏。受拉破坏也称为大偏心受压破坏。受拉破坏。受拉破坏也称为大偏心受压破坏。M较大，较大，N较小较小偏心距偏心距e0较大较大1.大偏心受压破坏大偏心受压破坏 截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，As的应力的应力随荷载增加发展较快，随荷载增加发展较快，首先达到屈服首先达到屈服。此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小 最后受压侧钢筋最后受压侧钢筋As 受压屈服，压区混凝土压受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。碎而达到破坏。这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，破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，坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，承载承载力主要取决于受拉侧钢筋力主要取决于受拉侧钢筋。形成这种破坏的条件是：形成这种破坏的条件是：偏心距偏心距e0较大，且较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为，通常称为大偏大偏心受压。心受压。1.大偏心受压破坏大偏心受压破坏破坏特征破坏特征产生受压破坏的条件有两种情况：产生受压破坏的条件有两种情况：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As太太多多2.小偏心受压破坏小偏心受压破坏 截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大，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，而受拉侧钢筋应力较小，当相对偏心距当相对偏心距e0/h0很小时，很小时，受拉侧受拉侧还可能出现受压情况。还可能出现受压情况。截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏，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，受拉侧钢筋高度较大，受拉侧钢筋未达到受拉屈服未达到受拉屈服，破坏具有脆性性质。，破坏具有脆性性质。第二种情况在设计应予避免第二种情况在设计应予避免，因此受压破坏一般为偏心距较，因此受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小的情况，故常称为小偏心受压。小偏心受压。破坏特征破坏特征n由于混凝土受压而破坏，压应力较大一侧钢筋能够达到屈由于混凝土受压而破坏，压应力较大一侧钢筋能够达到屈服强度，而另一侧钢筋受拉不屈服或者受压不屈服。服强度，而另一侧钢筋受拉不屈服或者受压不屈服。总结n 界限破坏界限破坏p在在“受受拉拉破破坏坏”和和“受受压压破破坏坏”之之间间存存在在一一种种界界限限状状态态，称称为为“界界限限破破坏坏”。p受受拉拉钢钢筋筋应应力力达达到到屈屈服服强强度度的的同同时时受受压压区区边边缘缘混混凝凝土土刚刚好好达达到到极极限限压压应应变，就是区分两类偏心受压破坏的界限状态。变，就是区分两类偏心受压破坏的界限状态。p界限状态时的截面应变界限状态时的截面应变h0Asxcbn 大、小偏心受压构件的判别条件大、小偏心受压构件的判别条件p当当 b 时，为大偏心受压时，为大偏心受压p当当 b 时，为小偏心受压时，为小偏心受压3.大小偏心受压的界限大小偏心受压的界限4.附加偏心距附加偏心距n 偏心距偏心距e0p当当截截面面上上作作用用的的弯弯矩矩设设计计值值为为M，轴轴向向压压力力设设计计值值为为N时时，其其偏偏心心距距e0=M/Nn 附加偏心距附加偏心距eap由由于于工工程程中中实实际际存存在在着着荷荷载载作作用用位位置置的的不不定定性性、混混凝凝土土质质量量的的不不均均匀匀性性及施工的偏差等因素，都可能产生附加的偏心距及施工的偏差等因素，都可能产生附加的偏心距ea。p附加偏心距附加偏心距 ea 的取值的取值p规范规范规定规定:ea=max20mm,偏心方向截面最大尺寸的偏心方向截面最大尺寸的1/30 n 初始偏心距初始偏心距eip在在偏偏心心受受压压构构件件正正截截面面承承载载力力计计算算中中，考考虑虑了了附附加加偏偏心心距距后后，轴轴向向压压力力的偏心距用的偏心距用 ei 表示，称为初始偏心距；表示，称为初始偏心距；p初始偏心距初始偏心距 ei=e0+ea5.偏心距增大系数偏心距增大系数 由于侧向挠曲变形，轴向力将由于侧向挠曲变形，轴向力将产生产生二阶效应二阶效应，引起附加弯矩，引起附加弯矩 对于长细比较大的构件，二阶对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。效应引起附加弯矩不能忽略。图示典型偏心受压柱，跨中侧图示典型偏心受压柱，跨中侧向挠度为向挠度为 f。对跨中截面，轴力对跨中截面，轴力N的的偏心距为偏心距为ei+f，即跨中截面的弯矩为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在截面和初始偏心距相同的情况下，柱的况下，柱的长细比长细比l0/h不同，侧向不同，侧向挠度挠度 f 的大小不同，影响程度会有的大小不同，影响程度会有很大差别，将产生不同的破坏类型。很大差别，将产生不同的破坏类型。侧向挠度侧向挠度 f f 与初始偏心距与初始偏心距e ei i相比很小相比很小,对短柱可忽略挠度对短柱可忽略挠度f f影响。影响。不同类型受压构件的偏心距增大系数的取值不同类型受压构件的偏心距增大系数的取值（1 1）短柱）短柱（长细比长细比l0/h5）（2 2）长柱）长柱（长细比长细比 5 30）上述方法确定值上述方法确定值后，后，6.3.2 矩形截面偏心受压构件正截面承载力矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算公式计算公式1.基本假定基本假定（1 1）截面应变保持为平面；）截面应变保持为平面；（2 2）不考虑受拉区混凝土承担拉力；）不考虑受拉区混凝土承担拉力；（3 3）受压区混凝土采用等效矩形应力图。）受压区混凝土采用等效矩形应力图。其强度取混凝土轴心抗压强度设计值其强度取混凝土轴心抗压强度设计值fcfc 乘以系数乘以系数1 1，混凝土的极限压应变变为，混凝土的极限压应变变为cu 2.大偏心受压构件大偏心受压构件 As,As均未知。X=0 M=0ef yAseifcmeAsfyNbAsAsasash0hx2)基本公式的适用条件基本公式的适用条件式中式中As,As，为未知数，无法求解为未知数，无法求解从最小用钢量原则出发，充分发挥砼的作用，从最小用钢量原则出发，充分发挥砼的作用，解得：解得：取取 =b式解得式解得：ef yAseibfceAs sAsAsashNh0 xas3.小偏心受压构件小偏心受压构件5.135.15基本公式：基本公式：5.14适用条件适用条件6.3.3 对称配筋矩形截面偏心受称配筋矩形截面偏心受压构件正截面承构件正截面承载力力的的计算方法算方法对称配筋的定义对称配筋的定义p 对称配筋的意义对称配筋的意义n偏压构件有时承受来自两个方向的弯矩作用，宜采用对称偏压构件有时承受来自两个方向的弯矩作用，宜采用对称配筋。配筋。n对于装配式柱来讲，采用对称配筋比较方便，吊装时不容对于装配式柱来讲，采用对称配筋比较方便，吊装时不容易出错。易出错。n对称配筋的偏心受压构件设计和施工都比较简便。对称配筋的偏心受压构件设计和施工都比较简便。大小偏压均先按大偏压考虑大小偏压均先按大偏压考虑 当当 x h0时，时，为为大偏压大偏压 当当 x h0时，时，为为小偏压小偏压 当当 x h0，而而h hei i0.30.3h0 时时原因：截面尺寸过大，原因：截面尺寸过大，未达到承载能力极限未达到承载能力极限解决方法：无论按大小偏解决方法：无论按大小偏心计算，均将由心计算，均将由 min 控制控制n 大偏心受压构件大偏心受压构件n 小偏心受压构件小偏心受压构件n截截面面承承载载力力复复核核方方法法与与非非对对称称配配筋筋时时相相同同。当当构构件件截截面面上上的的轴轴向向压压力力设设计计值值N与与弯弯矩矩设设计计值值M以以及及其其他他条条件件已已知知，要要求求计计算算截截面面所所能能承承受受的的轴轴向向压压力力设设计计值值时时，无无论论是是大大偏偏心心受受压压还还是小偏心受压，其未知量均为两个，可由基本公式直接求解。是小偏心受压，其未知量均为两个，可由基本公式直接求解。LOGO