最新受压构件截面承载力计算1028幻灯片.ppt

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1、6.1 轴心受压构件的承载力计算4.1 4.1 轴心受压构件的承载力计算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。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。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中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构

2、件计算。件计算。第六章 受压构件的截面承载力第六章 受压构件的截面承载力6.1 轴心受压构件的承载力计算6.1 轴心受压构件的承载力计算配有纵筋及螺旋箍筋柱配有纵筋及螺旋箍筋柱第六章 受压构件的截面承载力 螺旋钢箍柱由于沿柱高配置有间距较密的螺旋筋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（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，从而状态，从而提高了其抗压强度提高了其抗

3、压强度。同时同时螺旋钢箍柱在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，形的能力，表现出较好的延性表现出较好的延性。螺旋钢箍柱的这种。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，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2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)纵筋的作用：纵筋的作用： 协助混凝土受压协助混凝土受压以减少截面尺寸以减少截面尺寸

4、受压钢筋最小配筋率：受压钢筋最小配筋率：0.6% (单侧单侧0.2%)承担可能存在的弯矩作用承担可能存在的弯矩作用可防止构件的突然脆性破坏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。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

5、准。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第六章 受压构件的截面承载力箍筋的作用：箍筋的作用：防止纵筋压屈防止纵筋压屈；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。筋骨架以便于施工。螺旋螺旋箍筋或密排箍筋时能使箍筋或密排箍筋时能使截面核心部分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的混凝土形成约束混凝土，提高构件的承载力和延性。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，或焊接钢环旋筋，或焊接钢环。6.1 轴心受压构件的

6、承载力计算第六章 受压构件的截面承载力4.2、配有纵筋及普通箍筋柱、配有纵筋及普通箍筋柱第六章 受压构件的截面承载力 根据试验研究结果，轴心受压构件可按长细比的不同分为根据试验研究结果，轴心受压构件可按长细比的不同分为短短柱和长柱柱和长柱。轴心受压构件所采用的试件取材料强度、截面尺。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。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，钢筋应变短柱受荷以后，截面应变为均匀分布，钢筋应变s 与混凝与

7、混凝土应变土应变 c相同。相同。随着荷载的增加应变也迅速增加。最后构件的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混凝土压碎钢筋凸出剥落。接着箍筋间的纵向剥落。接着箍筋间的纵向钢筋外凸，构件将因混凝钢筋外凸，构件将因混凝土被压碎而破坏。土被压碎而破坏。属于强属于强度破坏。度破坏。当受压构件的长细比较大时，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，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

8、向压缩变形，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力以前，常由于侧向挠度增大而发生失稳破坏发生失稳破坏。sycsuAfAfNsuluNN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设设 轴心受压轴心受压短柱承载力短柱承载力Nsu 轴心受压轴心受压长柱承载力长柱承载力Nlu6.1 轴心受压构件的承载力计算suluNN稳定系数稳定系数)(9 . 0sycuAfAfNN可靠度调整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。载作用的轴心受压柱

9、的可靠性。第六章 受压构件的截面承载力长柱承载力长柱承载力Nlu 与短柱承载力与短柱承载力Nsu的比值的比值=Nul/Nus，称为，称为轴心轴心受压构件的稳定系数受压构件的稳定系数。稳定系数。稳定系数 主要与柱的主要与柱的长细比长细比l0/b 有有关，关，l0为柱的计算长度为柱的计算长度，与柱两端的支承条件有关，与柱两端的支承条件有关，b为矩为矩形截面的短边边长。形截面的短边边长。通过稳定系数通过稳定系数 ，在截面，在截面上建立平衡关系，即可建上建立平衡关系，即可建立轴心受压构件长、短柱立轴心受压构件长、短柱的统一计算公式的统一计算公式 和长细比l0/b（矩形截面）直接相关il /0AIi/l

10、0/b810121416182022242628l0/d78.510.5121415.517192122.524 l0/i28254248556269768390971.00.980.950.920.870.810.750.700.650.600.56 l0/b3032343638404244464850l0/d262829.5313334.536.5384041.543l0/i1041111181251321391461531601671740.520.480.440.400.360.320.290.260.230.210.19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

11、注：表中注：表中l0为构件计算长度；为构件计算长度；b为矩形截面的短边尺寸；为矩形截面的短边尺寸；d为为圆形截面的直径；圆形截面的直径；i为截面最小回转半径。为截面最小回转半径。 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构件计算长度构件计算长度l0的确定的确定当构件两端为固定时取当构件两端为固定时取0.5l；当一端固定一端为不移动的；当一端固定一端为不移动的铰时取铰时取0.7l；当两端均为不移动的铰时取；当两端均为不移动的铰时取l；当一端固定一；当一端固定一端自由时取端自由时取2l；l为构件支点间长度。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实际

12、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。题。规范规范规定柱的计算长度规定柱的计算长度l0按下列情况采用：按下列情况采用：现浇楼盖现浇楼盖 底层柱底层柱l0 1.0H；其余各层柱；其余各层柱l0 1.25H装配式楼盖装配式楼盖 底层柱底层柱l0 1.25H；其余各层柱；其余各层柱l0 1.5HH为层高。对底层，为层高。对底层，H取基础顶面到楼盖顶面之间的距离；取基础顶面到楼盖顶面之间的距离；其余各层。其余各层。H取上下两层楼盖顶面之间的距离取上下两层楼盖顶面之间的距离6.1 轴心受压构件的

13、承载力计算第六章 受压构件的截面承载力)(9.0sycuAfAfNN当纵向钢筋配筋率大于当纵向钢筋配筋率大于0.03时，式中时，式中A应改用应改用Ac=A-As 当截面的长边或直径小于当截面的长边或直径小于300mm时，式中混凝土轴心抗压强时，式中混凝土轴心抗压强度设计值度设计值fc乘以系数乘以系数0.8；当构件质量确有保证时可不受此限。；当构件质量确有保证时可不受此限。 1）当只有）当只有 未知时，根据长细比先求未知时，根据长细比先求 。 2）当）当 及及 未知时一般先假定未知时一般先假定 及及 从而确定从而确定 再求再求 。sA sA bh11 %AsA 0 .9()ucySNNfAfAA

14、A6.1 轴心受压构件的承载力计算第六章 受压构件的截面承载力（3）截面设计步骤）截面设计步骤按照荷载组合计算轴心压力设计值按照荷载组合计算轴心压力设计值拟定截面尺寸，可根据工程经验及经济配筋率来确定拟定截面尺寸，可根据工程经验及经济配筋率来确定确定确定l0及及计算计算As9 . 09 . 0ycSfAfNA验算最小配筋率验算最小配筋率%6 . 0minbhAs(4)截面复核步骤截面复核步骤确定确定求承载力求承载力Nu比较比较N及及NuAfAfNcsyu9 . 0uNN 安全安全第六章第六章 受压构件的截面承载力受压构件的截面承载力6.2 偏心受压构件的承载力计算1 1、截面受力性能、截面受力

15、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，该结构构件称为力的作用时，该结构构件称为偏心受力构件偏心受力构件。当偏心力为压力时，。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：心受压构件按照偏心力在截面上作用位置的不同可分为：单向偏单向偏心受压构件及双向偏心受压构件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。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

16、构的角柱，在风荷载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，常同时受到轴向力或地震作用下，常同时受到轴向力N N及两个方向弯矩及两个方向弯矩M Mx x，M My y的作的作用，属于双向偏心受压构件。用，属于双向偏心受压构件。4.3 4.3 偏心受压构件的正截面承载力计算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bh第六章第六章 受压构件的截面承载力受压构件的截面承载力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件之一。构件同时受到

17、轴向压力N N及弯矩及弯矩M M的作用，等效于对截的作用，等效于对截面形心的偏心距为面形心的偏心距为e e0 0= =M M/ /N N 的偏心压力的作用。钢筋混凝土偏的偏心压力的作用。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。件之间。当当N N=0=0，NeNe0 0= =M M 时为受弯构件；时为受弯构件；当当M M=0 =0 ，e e0 0=0 =0 时为轴心受压构件。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。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

18、、破坏特征、破坏特征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。1、受拉破坏、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。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 fyAs fyAsNMM较大，较大，N较小较小偏心距偏心距e0较大较大 fyAs fyAsNAs配筋合适配筋合适受拉破坏过程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，截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，As的应的应

19、力随荷载增加发展较快，力随荷载增加发展较快，首先达到屈服首先达到屈服强度。强度。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，压区混凝受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。土压碎而达到破坏。这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，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，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承载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，较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称且受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为为

20、大偏心受压大偏心受压。 fyAs fyAsN受拉破坏时的截面应力和受拉破坏形态受拉破坏时的截面应力和受拉破坏形态（a a）截面应力）截面应力 （b b）受拉破坏形态）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、受压破坏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： 当偏心距当偏心距e0很小，截面全部受压很小，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 sAs fyAsN(3)或虽然偏心距或虽然偏心距e0较大，但轴向力作用另一侧纵向钢筋配置较较大，但轴向力作用另一侧纵向钢筋配置较多时。多时。 sAs fyAs

21、NAs太太多多(2)当偏心距当偏心距e0较小，截面大部分受压较小，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。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。当偏心距当偏心距e0很小时，很小时，受拉侧受拉侧还可能还可能出现出现“反向破坏反向破坏”情况。情况。截面最后是由于受压区混凝土首先压碎截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏。而达到破坏。承载力主要取决于压区混凝土和受压侧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，远侧钢钢筋，破坏时受压区高度较大，远侧钢筋可能受拉也可能受

22、压但一般不会屈服，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。破坏具有脆性性质。第第(2）种情况在设计应予避免）种情况在设计应予避免，因此受压，因此受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为为小偏心受压小偏心受压。受压破坏过程受压破坏过程 sAs fyAsN sAs fyAsNAs太太多多受压破坏时的截面应力和受压破坏形态受压破坏时的截面应力和受压破坏形态（a a）、（）、（b b）截面应力）截面应力 （c c）受压破坏形态）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偏心受压构件的破坏形态第六章 受

23、压构件的截面承载力6.2 偏心受压构件的承载力计算Ne0Ne0fcAsfyAs sh0e0很小很小Ne0Ne0fcAsfyAs sh0e0较小较小Ne0Ne0fcAsfyAs sh0e0较大较大 As较多较多e0e0NNfcAsfyAsfyh0e0较大较大 As适中适中受压破坏（小偏心受压破坏）受压破坏（小偏心受压破坏）受拉破坏（大偏心受拉破坏（大偏心受压破坏）受压破坏）界限破坏界限破坏接近轴压接近轴压接近受弯接近受弯Asb 受受压破坏压破坏-小偏心受压破坏。小偏心受压破坏。 偏心受压构件的偏心受压构件的截面应变分布截面应变分布 截面配筋计算截面配筋计算 当截面尺寸、材料强度及荷载产生的内力设

24、计值当截面尺寸、材料强度及荷载产生的内力设计值N和和M均为已知，均为已知，要求计算需配置的纵向钢筋要求计算需配置的纵向钢筋As 及及As 时，需首先判断是哪一类偏心时，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。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：如前所述，判别两种偏心受压情况的基本条件是：b为大偏心为大偏心受压；受压；b 为小偏心受压为小偏心受压。但在开始截面配筋计算时，。但在开始截面配筋计算时，As 及及As 为为未知，将无从计算相对受压区高度未知，将无从计算相对受压区高度 ，因此也

25、就不能利用，因此也就不能利用 来判别。来判别。此时可近似按下面方法进行判别：此时可近似按下面方法进行判别： 当当ei0.3h0 时，为小偏心受压情况；时，为小偏心受压情况； 当当ei0.3h0时，可按大偏心受压计算时，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作业作业思考题思考题第第 一一 讲讲 思思 考考 题题1 1、在受压构件中什么情况下需设置复合箍筋、在受压构件中什么情况下需设置复合箍筋? ?为什么为什么要采用这样的箍筋？要采用这样的箍筋？2 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？时如何考虑纵向弯曲的影响？3 3、轴心受压构件设计时，纵向受力钢筋和箍筋的作用、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？分别是什么？