混凝土结构规范受压计算.ppt
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1、桥梁工程系杨 剑5 受压构件计算桥梁工程系杨 剑本章主要内容l轴心受压构件的受力性能、设计计算及构造;轴心受压构件的受力性能、设计计算及构造;l偏心受压构件的受力性能、设计计算及构造;偏心受压构件的受力性能、设计计算及构造;桥梁工程系杨 剑5.1 概述桥梁工程系杨 剑 受压构件以承受压力为主的构件,工程上通常称其为受压构件以承受压力为主的构件,工程上通常称其为柱。柱。受压构件在结构中具有重要作用,一旦产生破坏,往往导致受压构件在结构中具有重要作用,一旦产生破坏,往往导致整个结构的损坏,甚至倒塌。整个结构的损坏,甚至倒塌。一般工程结构中的垂直承重构件多属于受压构件,如桥梁工一般工程结构中的垂直承
2、重构件多属于受压构件,如桥梁工程的程的桥墩、桥台、索塔桥墩、桥台、索塔;房屋结构中的;房屋结构中的墙、柱墙、柱,拱桥的,拱桥的主拱圈主拱圈也是以受压为主,因此亦按受压构件计算。也是以受压为主,因此亦按受压构件计算。桥梁工程系杨 剑桥梁工程系杨 剑瑞士萨尔基那山谷桥桥梁工程系杨 剑伦敦塔桥桥梁工程系杨 剑米洛大桥桥梁工程系杨 剑桥梁工程系杨 剑桥梁工程系杨 剑桥梁工程系杨 剑桥梁工程系杨 剑桥梁工程系杨 剑桥梁工程系杨 剑受压构件的分类受压构件的分类l根据纵向压力N作用位置的不同,受压构件可分为:受压构件受压构件偏心受压构件偏心受压构件轴心受压构件轴心受压构件单向偏心受压构件单向偏心受压构件双向
3、偏心受压构件双向偏心受压构件桥梁工程系杨 剑轴心受压轴心受压 单向偏心受压单向偏心受压双向偏心受压双向偏心受压桥梁工程系杨 剑NNM=Ne0e0桥梁工程系杨 剑l轴心受压构件轴心受压构件 纵向压力纵向压力N通过构件截面通过构件截面形心轴线时。形心轴线时。l偏心受压构件偏心受压构件 纵向压力纵向压力N不作用于构件不作用于构件截面的形心或构件截面同时承受轴向压力截面的形心或构件截面同时承受轴向压力N及弯矩及弯矩M的共同作用。的共同作用。桥梁工程系杨 剑轴压构件、偏压构件和受弯构件的联系轴压构件、偏压构件和受弯构件的联系NM=0MN=0NM=Ne0Ne0e0=0e0=轴压构件轴压构件 偏压构件偏压构
4、件 受弯构件受弯构件桥梁工程系杨 剑理想的轴心受压构件在实际结构中并不存在:理想的轴心受压构件在实际结构中并不存在:l实际上纵向压力实际上纵向压力N与构件截面的形心或多或少地存与构件截面的形心或多或少地存在偏心;在偏心;l构件亦不可能是理想的直杆,总是具有或多或少的构件亦不可能是理想的直杆,总是具有或多或少的初始弯曲;初始弯曲;l混凝土材料的非均匀性、配筋数量及位置的不对称混凝土材料的非均匀性、配筋数量及位置的不对称以及构件的施工误差等。以及构件的施工误差等。l所有这些均导致实际结构的受压构件总是处于偏心所有这些均导致实际结构的受压构件总是处于偏心受压状态。受压状态。l但是,如果偏心距很小,在
5、实际结构中能容许略去但是,如果偏心距很小,在实际结构中能容许略去不计时,可近似地将其按轴心受压构件来考虑,否不计时,可近似地将其按轴心受压构件来考虑,否则将其视为偏心受压构件进行分析。则将其视为偏心受压构件进行分析。桥梁工程系杨 剑6.2 轴心受压构件承载力桥梁工程系杨 剑一一.实际结构中的轴心受压构件实际结构中的轴心受压构件 在实际结构中,理想的轴心受压构件几乎是不在实际结构中,理想的轴心受压构件几乎是不存在的。存在的。通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不均匀性等原因,往往存在一偏差、混凝土的不均匀性等原因,往往存在一定的初始偏心距。定
6、的初始偏心距。但有些构件,如以恒载为主的等跨多层房屋但有些构件,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件计算。压力,可近似按轴心受压构件计算。桥梁工程系杨 剑二.轴心受压构件的配筋及分类配筋:配筋:纵筋箍筋纵筋箍筋箍筋:箍筋:普通钢筋、螺旋箍筋(焊接环箍)普通钢筋、螺旋箍筋(焊接环箍)根据所采用的箍筋不同:根据所采用的箍筋不同:轴心受压构件轴心受压构件螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱普通箍筋柱普通箍筋柱桥梁工程系杨 剑普通箍筋螺旋箍筋或焊接环箍普通箍筋柱普通箍筋柱 螺旋螺旋箍筋柱箍筋柱桥梁工程系杨 剑普通钢箍柱普通
7、钢箍柱:箍筋的作用箍筋的作用?纵筋的作用纵筋的作用?螺旋钢箍柱螺旋钢箍柱:箍筋的形状箍筋的形状为圆形,且间距较密,其为圆形,且间距较密,其作用作用?普通箍筋柱普通箍筋柱螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱桥梁工程系杨 剑纵筋的作用:纵筋的作用:协助混凝土受压协助混凝土受压受压钢筋最小配筋率:受压钢筋最小配筋率:0.5%(单侧单侧0.2%)承担弯矩作用承担弯矩作用 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。收缩和徐变能把柱截面中的压力由混凝土向钢筋转移,从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筋率的减而使钢筋压应力不断
8、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,钢筋中的压应力小而增大。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准。就可能在持续使用荷载下增长到屈服应力水准。桥梁工程系杨 剑箍筋作用:箍筋作用:u 固定纵筋位置而形成钢筋骨架;固定纵筋位置而形成钢筋骨架;u 约束核心混凝土,特别是较密的螺旋箍筋的配置,对约束核心混凝土,特别是较密的螺旋箍筋的配置,对核心混凝土的约束更强,使核心混凝土处于三向受压核心混凝土的约束更强,使核心混凝土处于三向受压状态。状态。桥梁工程系杨 剑桥梁工程系杨 剑桥梁工程系杨 剑三三.配置螺旋箍筋后柱的受力性能变
9、化配置螺旋箍筋后柱的受力性能变化Nc普通箍筋混凝土柱螺旋箍筋混凝土柱标距NcNc螺旋箍筋的约束使柱的承载力提高荷载不大时螺旋箍柱和普通箍柱的性能几乎相同保护层剥落使柱的承载力降低桥梁工程系杨 剑四.普通箍筋柱的受力性能及设计计算1.长细比的影响长细比的影响桥梁工程系杨 剑2.2.短柱的受力破坏特征短柱的受力破坏特征 短柱的受力过程可分为弹性、弹塑性以及破坏三个阶段:短柱的受力过程可分为弹性、弹塑性以及破坏三个阶段:N很小时,弹性受力阶段;很小时,弹性受力阶段;N较大时,弹塑性受力阶段:混凝土出现塑性变形,构件内较大时,弹塑性受力阶段:混凝土出现塑性变形,构件内产生应力重新分布,纵向裂缝产生;产
10、生应力重新分布,纵向裂缝产生;N很大时,很大时,破坏阶段:纵向裂缝加宽,钢筋先压屈后混凝土破坏阶段:纵向裂缝加宽,钢筋先压屈后混凝土达到其极限压应变压碎而破坏。达到其极限压应变压碎而破坏。桥梁工程系杨 剑 在轴向压力N的作用下,截面的应变分布基本均匀,因钢筋与混凝土之间有良好的粘结,故二者的应变相等。混凝土压碎时达到其棱柱体抗压强度,破坏时混凝土的极限压应变可取值为0.002,则相应的钢筋压应力为400MPa。由此可知,当受压钢筋的屈服强度400MPa时,可以达到屈服,而对于屈服强度400MPa的钢筋,混凝土压碎破坏时其应力亦只能达到400MPa。桥梁工程系杨 剑3.3.长柱的受力破坏特征长柱
11、的受力破坏特征 长柱的承载力总是小于相同条件下短柱的承 载力;长细比不很大的长柱,破坏还属材料破坏;长细比很大的细长柱有可能发生失稳破坏。引入稳定系数来考虑长细比对构件承载力的影响:桥梁工程系杨 剑轴心受压短柱的破坏轴心受压短柱的破坏NN轴心受压长柱的破坏轴心受压长柱的破坏桥梁工程系杨 剑桥梁工程系杨 剑 NdfsdAsfcdhAsb计算简图计算简图4.4.承载能力计算承载能力计算 折减系数 0.9 是考虑初始偏心的影响,以及主 要承受恒载作用的轴压受压柱的可靠性。Abh,当As 0.03bh时,取A=Ac=bh-As。最小配筋率:As/bh0.5%最大配筋率:As/bh 5%,一般3 通常采
12、用的配筋率:(12)%桥梁工程系杨 剑四.螺旋箍筋柱的受力性能及承载力1.1.受力特征受力特征当混凝土的轴向压力较大时(0.7fc左右)混凝土微裂缝开始迅速发展,导致混凝土侧向变形明显增大;配置足量的螺旋箍筋或焊接圆环箍筋能约束其侧向变形,对混凝土产生间接的被动侧向压力,箍筋则产生环向拉力;当荷载逐步加大到混凝土压应变超过无约束时的极限压应变后,箍筋外部的混凝土将被压坏开始剥落,而箍筋以内即核心部分的混凝土则能继续承载;当箍筋达到抗拉屈服强度而失去约束混凝土侧向变形的能力时,核心混凝土才会被压碎而导致整个构件破坏。桥梁工程系杨 剑保护层剥落桥梁工程系杨 剑2.2.核心混凝土的受力核心混凝土的受
13、力 由于密配螺旋箍筋的约束作用,使核心混凝土由于密配螺旋箍筋的约束作用,使核心混凝土 处于三向受压状态。处于三向受压状态。桥梁工程系杨 剑 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桥梁工程系杨 剑3.3.核心混凝土的环向压应力及三向抗压强度核心混凝土的环向压应力及三向抗压强度桥梁工程系杨 剑4.4.间接钢筋的换算截面面积间接钢筋的换算截面面积 按体积相等的原则确定。按体积相等的原则确定。桥梁工程系杨 剑 达到极限状态时,保护层已剥落,故只考达到极限状态时,保护层已剥落,故只考 虑核心混凝土。虑核心混凝土。计算简图计算简图5.5.承载能力计算承载能力计算Ndf
14、sdAsAcor桥梁工程系杨 剑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 :当当 fcu,k50MPa 时,取时,取1.0;当当 fcu,k=80MPa 时,取时,取0.85;当当50MPafcu,k80MPa时,时,其间直线插值。其间直线插值。规范规范设计公式设计公式桥梁工程系杨 剑规范规范规定:规定:u 按螺旋箍筋计算的承载力不应小于按普通箍筋柱受压承载力。按螺旋箍筋计算的承载力不应小于按普通箍筋柱受压承载力。u 按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力 的的50%。u 对长细比对长细比l0/d大于大于12的柱不考
15、虑螺旋箍筋的约束作用。的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。u 螺旋箍筋的换算面积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%。u 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,同时为方便,同时为方便 施工,施工,s也不应小于也不应小于40mm。桥梁工程系杨 剑6.3 偏心受压构件承载力桥梁工程系杨 剑NM=0MN=0NM=Ne0Ne0e0=0e0=轴压构件轴压构件 偏压构件偏压构件 受弯构件受弯构件 轴压构件、偏压构件和受弯构件间的联系轴压构件、偏压构件和受弯构件间的联系桥梁工程系杨 剑从截面受力性能分析,偏心受压可视为
16、构件由轴心受压从截面受力性能分析,偏心受压可视为构件由轴心受压向受弯构件之间的过渡,当向受弯构件之间的过渡,当M或很小而接近于或很小而接近于0 0时,相时,相当于轴心受压,当当于轴心受压,当M很大而很大而N很小接近于零时就相当于很小接近于零时就相当于受弯构件,因此,构件截面的受力特征亦将由轴心受压受弯构件,因此,构件截面的受力特征亦将由轴心受压逐步向受弯状态过渡。逐步向受弯状态过渡。在线弹性材料力学分析中,这三种状态的截面受力特征在线弹性材料力学分析中,这三种状态的截面受力特征形成连续过渡:形成连续过渡:但在钢筋混凝土结构中,当考虑材料的受力特征以及构但在钢筋混凝土结构中,当考虑材料的受力特征
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