4 钢筋混凝土轴心受力构件.ppt

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1、第四章第四章 钢筋混凝土轴心受力构件钢筋混凝土轴心受力构件苏州科技学院苏州科技学院 土木工程学院土木工程学院唐兴荣唐兴荣 博博 士士 教教 授授二二O O一二年元月一二年元月 受拉构件分类受拉构件分类 当外力的作用线与构件轴线相重合的受拉构件称为当外力的作用线与构件轴线相重合的受拉构件称为轴心受拉构件轴心受拉构件 当外力的作用线不与构件轴线相重合的受拉构件称为当外力的作用线不与构件轴线相重合的受拉构件称为偏心受拉构件偏心受拉构件（a）轴心受拉；）轴心受拉；（b）偏心受拉）偏心受拉受拉构件示意图受拉构件示意图偏心受压构件偏心受压构件第六章第六章 在实际工程中，在实际工程中，理想的轴心受拉构件是不

2、存在的理想的轴心受拉构件是不存在的 (由于构件截面尺寸的施工误差、装配式构件安装定位不够准确、以及由于构件截面尺寸的施工误差、装配式构件安装定位不够准确、以及钢筋位置的偏差和混凝土浇筑质量的不均匀等因素，导致构件的实际轴钢筋位置的偏差和混凝土浇筑质量的不均匀等因素，导致构件的实际轴线偏离几何轴线而处于偏心受拉状态线偏离几何轴线而处于偏心受拉状态)（a）圆形水池池壁环向部分）圆形水池池壁环向部分 （b）房屋中屋架的受拉弦杆和腹杆）房屋中屋架的受拉弦杆和腹杆图图4-1 轴心受拉构件工程实例轴心受拉构件工程实例 轴心受拉构件的轴心受拉构件的工程实例工程实例第一节第一节 轴心受拉构件的受力特点轴心受拉

3、构件的受力特点一、一、构件从开始受力到破坏的全过程构件从开始受力到破坏的全过程（加载（加载0 0 NuNu）三个阶段三个阶段 第一阶段：混凝土开裂前第一阶段：混凝土开裂前 第二阶段：混凝土开裂后第二阶段：混凝土开裂后 第三阶段：破坏阶段第三阶段：破坏阶段 当钢筋应力达到抗拉屈服强度当钢筋应力达到抗拉屈服强度fy时，裂缝开展很大，可认为构件达到时，裂缝开展很大，可认为构件达到了破坏状态。了破坏状态。（4-10）第二节第二节 轴心受拉构件的承载力计算轴心受拉构件的承载力计算一、计算公式一、计算公式N轴向拉力轴向拉力设计值设计值fy钢筋抗拉强度钢筋抗拉强度设计值设计值As纵向受拉钢筋截面面积纵向受拉

4、钢筋截面面积二、构造要求二、构造要求（1）纵向受力钢筋）纵向受力钢筋 受力钢筋应沿截面周边均匀地对称布置，并宜优先选择直径较小的钢筋；受力钢筋应沿截面周边均匀地对称布置，并宜优先选择直径较小的钢筋；按构件截面计算的全部受力钢筋的最小配筋百分率不应小于按构件截面计算的全部受力钢筋的最小配筋百分率不应小于90ft/fy，同时不应小于同时不应小于0.4%；轴心受拉构件的受力钢筋不得采用非焊接的搭接接头。轴心受拉构件的受力钢筋不得采用非焊接的搭接接头。（2）箍筋）箍筋 与纵向受力钢筋垂直固定纵向钢筋的位置，并与纵向钢筋组成钢筋骨与纵向受力钢筋垂直固定纵向钢筋的位置，并与纵向钢筋组成钢筋骨架。按构造要求

5、配置（架。按构造要求配置（最小直径最小直径6mm，最大间距，最大间距200mm）第三节第三节 轴心受拉构件构件的裂缝宽度验算轴心受拉构件构件的裂缝宽度验算例例4-1（P50）、例）、例4-2（P52）【解解】【解解】第四节第四节 轴心受压构件轴心受压构件 受压构件的分类受压构件的分类 当外力的作用线与构件轴线相重合的受压构件称为当外力的作用线与构件轴线相重合的受压构件称为轴心受压构件轴心受压构件 当外力的作用线不与构件轴线相重合的受压构件称为当外力的作用线不与构件轴线相重合的受压构件称为偏心受压构件偏心受压构件（a）轴心受压；（）轴心受压；（b）偏心受压）偏心受压受压构件示意图受压构件示意图偏

6、心受压构件偏心受压构件第六章第六章 在实际工程中，理想的轴心受压构件是不存在的在实际工程中，理想的轴心受压构件是不存在的 （由于构件截面尺寸的施工误差、装配式构件安装定位不够准确、以由于构件截面尺寸的施工误差、装配式构件安装定位不够准确、以及钢筋位置的偏差和混凝土浇筑质量的不均匀等因素，导致构件的实及钢筋位置的偏差和混凝土浇筑质量的不均匀等因素，导致构件的实际轴线偏离几何轴线而处于偏心受压状态，而且荷载作用位置的偏差际轴线偏离几何轴线而处于偏心受压状态，而且荷载作用位置的偏差以及构件截面中可能作用的计算未考虑到的附加弯矩，也将使实际压以及构件截面中可能作用的计算未考虑到的附加弯矩，也将使实际压

7、力偏离轴线力偏离轴线）工程实例工程实例轴心受压构件实例轴心受压构件实例（a）屋架中的上弦和受压腹杆；（）屋架中的上弦和受压腹杆；（b）对称框架中的中柱；（）对称框架中的中柱；（c）圆形水池的池壁环向部分）圆形水池的池壁环向部分第五节第五节 配有普通箍筋的轴心受压构构件配有普通箍筋的轴心受压构构件一、试验研究一、试验研究（1）短柱）短柱图图4-5 轴心受压短柱的破坏轴心受压短柱的破坏（2）长柱）长柱 轴心受压长柱的试验表明：轴心受压长柱的试验表明：加载后由于初始偏心距的存在将产生附加载后由于初始偏心距的存在将产生附加弯矩，这样相互影响使长柱最终在弯加弯矩，这样相互影响使长柱最终在弯矩和轴力共同作

8、用下发生破坏。破坏时，矩和轴力共同作用下发生破坏。破坏时，首先在凹面出现纵向裂缝，接着混凝土首先在凹面出现纵向裂缝，接着混凝土压碎，纵筋压屈外鼓，挠度急速发展，压碎，纵筋压屈外鼓，挠度急速发展，柱失去平衡状态，凸边混凝土开裂，柱柱失去平衡状态，凸边混凝土开裂，柱破坏。破坏。轴心受压长柱的破坏轴心受压长柱的破坏 二、正截面受压承载力计算公式二、正截面受压承载力计算公式 图图4-6 轴心受压短柱计算图式轴心受压短柱计算图式（1）轴心受压长柱正截面承载力计算）轴心受压长柱正截面承载力计算（2）轴心受压长柱正截面承载力计算轴心受压长柱正截面承载力计算 三、构造要求三、构造要求1 1、截面形式及尺寸、截

9、面形式及尺寸 轴心受压构件一般采用轴心受压构件一般采用方形方形，只是在有特殊要求时，才采用圆形或多边形。，只是在有特殊要求时，才采用圆形或多边形。混混凝凝土土强强度度等等级级对对受受压压构构件件的的承承载载力力影影响响较较大大。为为了了减减小小柱柱的的截截面面尺尺寸寸，节节约钢材，约钢材，宜采用较高强度等级的混凝土宜采用较高强度等级的混凝土，一般采用，一般采用C25-C40C25-C40。在在受受压压构构件件中中纵纵向向钢钢筋筋采采用用高高强强度度的的钢钢筋筋其其强强度度不不能能充充分分发发挥挥作作用用，因因此此不不宜宜采采用用高高强强度度等等级级的的钢钢筋筋，一一般般采采用用HRB400HR

10、B400级级、HRBF400HRBF400、HRB335HRB335级级、HRBF300HRBF300级。级。2 2、材料强度等级、材料强度等级 轴心受压构件的纵向钢筋作用轴心受压构件的纵向钢筋作用 协助混凝土承受压力协助混凝土承受压力 防止构件突然脆性破坏防止构件突然脆性破坏 增强构件的延性增强构件的延性 承担构件由于混凝土收缩、温度变化和荷载初始偏心等引起的附加弯矩承担构件由于混凝土收缩、温度变化和荷载初始偏心等引起的附加弯矩 3、纵筋、纵筋 纵向受力钢筋纵向受力钢筋沿构件纵向布置沿构件纵向布置 规范规范(GB50010-2010)(GB50010-2010)规定：规定：纵向受力钢筋的直径

11、一般不宜小于纵向受力钢筋的直径一般不宜小于12mm12mm，通常在，通常在12mm 12mm 32mm 32mm范围内选用范围内选用 （纵纵向向受受力力钢钢筋筋的的直直径径应应采采用用得得较较大大一一些些，以以增增大大施施工工时时钢钢筋筋骨骨架架的的刚刚度度和减小钢筋纵向压曲的可能性）和减小钢筋纵向压曲的可能性）受受压压构构件件全全部部纵纵向向钢钢筋筋最最小小配配筋筋率率取取0.6%0.6%，同同时时一一侧侧钢钢筋筋的的配配筋筋率率不不应应小小于于0.2%0.2%。全部纵向钢筋配筋率不宜大于全部纵向钢筋配筋率不宜大于5%5%，建议采用，建议采用0.5%0.5%2%2%。（配筋过多将给施工带来困

12、难，也不经济）（配筋过多将给施工带来困难，也不经济）轴轴心心受受压压构构件件中中，纵纵向向钢钢筋筋应应沿沿截截面面的的四四周周均均匀匀放放置置，其其中中距距不不应应大大于于300300mmmm，钢筋根数不得少于钢筋根数不得少于4 4根。根。当当钢钢筋筋直直径径d d32mm32mm时时，可可采采用用搭搭接接接接头头，但但接接头头位位置置应应设设在在受受力力较较小小处处；其搭接长度不应小于纵向受力钢筋搭接长度的其搭接长度不应小于纵向受力钢筋搭接长度的0.70.7倍，且不应小于倍，且不应小于200mm200mm。4 4、箍筋、箍筋 置于纵向钢筋的外侧，围成箍形，沿构件纵轴方向的距离相等置于纵向钢筋

13、的外侧，围成箍形，沿构件纵轴方向的距离相等 受压构件中的箍筋的作用受压构件中的箍筋的作用 在施工中固定纵向受力钢筋的位置，构成空间骨架在施工中固定纵向受力钢筋的位置，构成空间骨架 给纵向钢筋提供了侧向支点，防止钢筋在受压时发生侧向弯曲给纵向钢筋提供了侧向支点，防止钢筋在受压时发生侧向弯曲 箍筋的数量和布置不需要计算，但为了保证箍筋的作用，构造要求：箍筋的数量和布置不需要计算，但为了保证箍筋的作用，构造要求：柱中及其他受压构件中的周边箍筋应做成柱中及其他受压构件中的周边箍筋应做成封闭式封闭式 箍筋的间距箍筋的间距：不应大于不应大于400400mmmm及构件截面的短边尺寸及构件截面的短边尺寸b b

14、，且不应大于且不应大于1515d d（d d为纵向钢筋的最小直径）为纵向钢筋的最小直径）箍筋的直径箍筋的直径：不应小于不应小于d d/4/4，且不应小于且不应小于6 6mmmm（d d为纵向钢筋的最大直径）为纵向钢筋的最大直径）当当柱柱中中全全部部纵纵向向受受力力钢钢筋筋的的配配筋筋率率超超过过3%3%时时，箍箍筋筋直直径径不不宜宜小小于于8 8mmmm，箍箍筋筋间间距距不不应应大于大于1010d d（d d纵向钢筋的最小直径），且不应大于纵向钢筋的最小直径），且不应大于200200mm;mm;箍筋末端应作箍筋末端应作1351350 0的弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于的弯钩，弯钩末端平直段长

15、度不应小于5 5d d（d d为为箍筋直径）箍筋直径）。当柱的截面短边大于当柱的截面短边大于400400mmmm，且纵向钢筋多于且纵向钢筋多于3 3根时，根时，当柱截面短边尺寸不大于当柱截面短边尺寸不大于400400，但各边纵筋多于，但各边纵筋多于4 4根时根时 应设置复合箍筋应设置复合箍筋图图4-7 轴心受压柱的箍筋轴心受压柱的箍筋【解解】截面配筋图截面配筋图第六节第六节 配有螺旋式或焊接式环向间接钢筋的轴心受压柱配有螺旋式或焊接式环向间接钢筋的轴心受压柱1、破坏特征、破坏特征2、截面、截面承载力的计算承载力的计算 间接钢筋屈服时核心混凝土受到的径向压力值间接钢筋屈服时核心混凝土受到的径向压

16、力值 保证使用阶段不发生间接钢筋外面混凝土保护层剥落保证使用阶段不发生间接钢筋外面混凝土保护层剥落 凡属于下列情况之一，不考虑间接钢筋的影响凡属于下列情况之一，不考虑间接钢筋的影响3、构造要求、构造要求 截截 面面圆形或正多边形（如正八边形）圆形或正多边形（如正八边形）纵向钢筋纵向钢筋不宜少于不宜少于8根、不应少于根、不应少于6根，沿截面周边均匀布置根，沿截面周边均匀布置【解解】（6）截面配筋图）截面配筋图思考题思考题1、说明轴心受拉构件开裂前、即将开裂、开裂后和破坏时受力特点？、说明轴心受拉构件开裂前、即将开裂、开裂后和破坏时受力特点？2、轴心受压短柱有哪些受力特点？、轴心受压短柱有哪些受力

17、特点？3、轴心受压构件中配置纵向钢筋和箍筋的作用是什么？轴心受压构件中纵向受力、轴心受压构件中配置纵向钢筋和箍筋的作用是什么？轴心受压构件中纵向受力钢筋和箍筋有哪些构造要求？钢筋和箍筋有哪些构造要求？4、轴心受压短柱与长柱有哪些区别？其原因是什么？、轴心受压短柱与长柱有哪些区别？其原因是什么？5、为什么轴心受压构件宜采用较高强度等级的混凝土，不宜采用高强度的钢筋？、为什么轴心受压构件宜采用较高强度等级的混凝土，不宜采用高强度的钢筋？6、轴心受压构件中受压钢筋在什么情况下会屈服？在设计中如何考虑？、轴心受压构件中受压钢筋在什么情况下会屈服？在设计中如何考虑？计算题计算题7、P60 题题4-98、P60 题题4-109、p60 题题4-1210、P61 题题4-134-16（不做在作业本上）（不做在作业本上）