混凝土结构设计原理受压.pptx
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1、第六章 受压构件第1页/共101页第六章 受压构件第2页/共101页第六章 受压构件第3页/共101页6.1 受压构件的构造要求自学(掌握)第六章 受压构件1 1、形状、形状(1 1)一般 采用方形方形、矩形矩形截面;截面;(2 2)单层工业厂房的预制柱常采用I I字形字形截面;截面;(3 3)圆形截面圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。2 2、截面尺寸、截面尺寸截面形状和尺寸截面形状和尺寸(1 1)最小截面尺寸:)最小截面尺寸:250250mm(2 2)长细比要求:)长细比要求:l0/b30、l0/h25及l0/d25。(3 3)模数尺寸:)模数尺寸:边长800mm时,以50mm为模数
2、,边长 800mm时,以100mm为模数。第4页/共101页第六章 受压构件1 1、混凝土:、混凝土:应采用强度等级较高的混凝土;一般结构一般结构常用C25C40C25C40;高层建筑高层建筑常用C50C60C50C60。2 2、钢筋:、钢筋:常用HRB335HRB335和HRB400HRB400。材料强度材料强度第5页/共101页1 1、最小配筋率、最小配筋率(1 1)规定最小配筋率的原因)规定最小配筋率的原因 一是一是防止混凝土受压脆性破坏;二是二是承担偶然的附加弯矩、混凝土的收缩和温度变化产生的拉应力。(2 2)最小配筋率的取值)最小配筋率的取值纵向钢筋 全部全部纵向钢筋的配筋率:建工
3、0.6%0.6%。道桥 0.6%0.6%(C50)0.5%0.5%(C45)一侧一侧纵向钢筋的配筋率 0.2%0.2%。2 2、最大配筋率、最大配筋率 全部全部纵筋配筋率不宜大于不宜大于5%5%。第6页/共101页第六章 受压构件4 4、纵向受力钢筋的、纵向受力钢筋的直径直径:不宜小于12mm;宜根数少而直径粗。3 3、纵向受力钢筋的、纵向受力钢筋的根数根数:矩形截面矩形截面不得少于4根;圆形截面圆形截面不宜少于8根,不应少于6根。5 5、柱侧面的、柱侧面的纵向构造钢筋纵向构造钢筋:h600mm时,应设直径1016mm的纵向构造钢筋。第7页/共101页第六章 受压构件7 7、纵向受力钢筋的、纵
4、向受力钢筋的净间距净间距:50mm。8 8、纵向受力钢筋的、纵向受力钢筋的中距中距:建工 300mm。道桥 350mm。6 6、纵向钢筋的、纵向钢筋的保护层厚度保护层厚度:一般为30mm。第8页/共101页1 1、箍筋形式:箍筋形式:采用封闭式。2 2、箍筋间距:箍筋间距:400mm;截面的短边尺寸;15d。3 3、箍筋直径:箍筋直径:d/4 建工 6mm。道桥 8mm。4 4、当柱中全部纵筋的配筋率当柱中全部纵筋的配筋率3%时时,第六章 受压构件箍筋 箍筋直径箍筋直径 8mm;箍筋间距箍筋间距 10倍纵筋最小直径,且 200mm。箍筋末端箍筋末端应作成135的弯钩,弯钩末端平直段长度弯钩末端
5、平直段长度 10箍筋直径第9页/共101页第六章 受压构件5 5、复合箍筋:复合箍筋:建规规定:建规规定:下列两种情况下应设置复合箍筋:一是柱截面短边 400mm,且各边纵筋3根时;二是柱截面短边 400mm,但各边纵筋4根时。桥规规定:纵筋离角筋的距离桥规规定:纵筋离角筋的距离6 6、不得采用具有内折角的箍筋,以避免箍筋受拉时使折角处混凝土破损。150mm15倍箍筋直 径max第10页/共101页第六章 受压构件(每边多于4根)(每边多于3根)(每边4根)(每边3根)b400b400第11页/共101页复杂截面的箍筋形式第六章 受压构件第12页/共101页轴心受压承载力是轴心受压承载力是正截
6、面受压承载力 的上限上限。本节分本节分普通箍筋柱和螺旋箍筋柱两种情况。(焊接环式箍)6.2 轴心受压构件正截面受压承载力(a)轴心受压 (b)单向偏心受压 (c)双向偏心受压第六章 受压构件第13页/共101页第六章 受压构件第14页/共101页纵筋的作用(1)直接受压,提高柱的承载力;(2)承担偶然偏心等产生的拉应力;(3)改善破坏性能(脆性);(4)减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。箍筋的作用(1)固定纵筋,形成钢筋骨架;(2)承担剪力;(3)约束混凝土,改善混凝土的性能;(4)给纵筋提供侧向支承,防止纵筋压屈。轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力第六章 受压构件第15页/共101页
7、1、轴心受压短柱的受力性能第六章 受压构件(1 1)短柱短柱的概念:的概念:l0/b8、l0/i28(2 2)短柱短柱的受力性能的受力性能(c c)破坏时,砼压碎,纵筋外鼓呈灯笼状。(a a)受力时,全截面应变相等,即s=c=(b b)受力时,侧向弯曲可忽略不计。(d d)破坏时,混凝土应变取0;应力取fc。(e e)破坏时,钢筋应力:对于y 0的钢筋,取fy=fy 对于y 0的钢筋,取fy=ES 0 fy第16页/共101页第六章 受压构件第17页/共101页N2、轴心受压长柱的受力性能第六章 受压构件(1 1)受力时,N不可避免的初始偏心,引起的侧向弯曲、附加弯矩侧向弯曲、附加弯矩不可忽略
8、。(2 2)破坏时,凸边出现横向裂缝横向裂缝,砼拉裂拉裂;凹边凹边出现纵向裂缝纵向裂缝,砼压碎压碎,构件破坏。(3 3)长柱的承载力小于小于相同条件短柱 的承载力。规范用稳定系数稳定系数 表示。的取值见 建工建工内容内容 道桥道桥内容内容N长柱=N短柱相同相同第18页/共101页3、配普通箍筋柱的承载力计算第六章 受压构件(2 2)计算公式)计算公式0.9是考虑与偏心受压构件具有相同的可靠度。当当AAs s0.030.03A A时时,公式中的,公式中的A A改用改用A A-AAs s。(1 1)计算简图)计算简图fcNf y AsAs建建 工工道道 桥桥第19页/共101页4、柱的计算长度-l
9、0第六章 受压构件(1 1)理想支承时:)理想支承时:柱的计算长度-l0NNl0=H两端铰支NNl0=0.7H一端铰支一端固定NNl0=0.5H两端固定NNl0=2H一端固定一端自由H第20页/共101页第六章 受压构件(2 2)实际柱实际柱的计算长度的计算长度l l0 0 (了解)(了解)(见GB50010第条。具体有以下三条规定)(a a)刚性屋盖单层房屋排架柱、露天吊车柱和栈桥柱)刚性屋盖单层房屋排架柱、露天吊车柱和栈桥柱柱的类别柱的类别l0排架方向排架方向垂直排架方向垂直排架方向有柱间有柱间支撑支撑无柱间无柱间支撑支撑无吊车无吊车房屋柱房屋柱单跨单跨1.5H1.0H1.2H两跨及多跨两
10、跨及多跨1.25H1.0H1.2H有吊车有吊车房屋柱房屋柱上柱上柱2.0Hu1.25Hu1.5Hu下柱下柱1.0HL0.8HL1.0HL露天吊车柱和栈桥柱露天吊车柱和栈桥柱2.0HL1.0HL-HuHLH第21页/共101页第六章 受压构件(b b)一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构柱)一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构柱楼盖类别楼盖类别柱的类别柱的类别l0现浇楼盖现浇楼盖底层柱底层柱1.0H其余各层柱其余各层柱1.25H装配式楼盖装配式楼盖底层柱底层柱1.25H其余各层柱其余各层柱1.5HHH楼盖顶面楼盖顶面基础顶面(c c)水平荷载产生的)水平荷载产生的弯矩设计值弯矩设计值占占总弯矩设计值
11、总弯矩设计值的的75%75%以上以上时,时,框架柱的框架柱的计算长度计算长度取下列两公式中的较小值:取下列两公式中的较小值:本页本页(了解)(了解)第22页/共101页配螺旋箍筋配螺旋箍筋或焊接环式箍筋或焊接环式箍筋柱的受压承载力计算柱的受压承载力计算第六章 受压构件N1 1、配螺旋箍筋柱的受力性能、配螺旋箍筋柱的受力性能第23页/共101页第24页/共101页2、配螺旋箍筋柱的轴心受压承载力计算公式推导第25页/共101页dcor代代 入入 推推 得得代代 入入推推 得得ff y As由由 可得:可得:得得 到到A Acorcor=d dcorcor2 2/4/4第26页/共101页螺旋箍筋
12、换算成相当的纵筋面积推推 得得代代 入入推推 得得第27页/共101页令令 得得建工建工公式公式令令 得得道桥道桥公式公式-间接钢筋对砼约束的折减系数 当混凝土C50时,取 =1.0;当混凝土为C80时,取=0.85,其间线性插值。k-间接钢筋影响系数;k 2 第28页/共101页建工建工道桥道桥区别区别建工建工公式公式道桥道桥公式公式建工与道桥公式的区别第六章 受压构件第29页/共101页第六章 受压构件3、公式说明(道桥的规定与建工相同)遇下列情况之一,按遇下列情况之一,按普通箍筋柱普通箍筋柱计算计算(c c)Ass012(等价于道桥的l0/i 48);第30页/共101页 螺旋箍筋的换算
13、截面面积换算截面面积A Ass0ss0 0.25 As(As全部纵筋面积)螺旋箍筋的间距间距 80mm;dcor/5;40mm。螺旋箍筋的直径直径 6mm(建工);8mm(道桥)d/4;第六章 受压构件4、螺旋箍筋的构造规定第31页/共101页破坏形态破坏形态试验表明:偏心受压短短柱有受拉破坏受拉破坏和受压破坏受压破坏两种形态;影响破坏形态破坏形态的主要因素是偏心距偏心距e e0 0和纵向钢筋配筋率。纵向钢筋配筋率。第六章 受压构件6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态偏心距e0较大远侧As配筋合适1 1、受拉破坏、受拉破坏 -大偏心受压破坏。大偏心受压破坏。e0第32页/共101页 A As
14、 s先先屈服;压区混凝土屈服;压区混凝土后后压碎。压碎。延性延性破坏。破坏。破坏特征与适筋的双筋梁适筋的双筋梁相似。第六章 受压构件(1 1)发生条件:)发生条件:偏心距e0较大,A As s的数量合适。(2 2)破坏特征)破坏特征受受拉拉破破坏坏fyAsNe0fyAs第33页/共101页(1 1)发生条件:)发生条件:(a a)相对偏心距e0/h0较小;(b b)相对偏心距e0/h0较大,但A As s的数量过多。第六章 受压构件2 2、受压破坏、受压破坏-小偏心受压破坏小偏心受压破坏NAs太多e0fyAssAs Ne0sAsfyAsNe0sAsfyAs第34页/共101页 离纵向力较近一侧
15、较近一侧的混凝土压碎压碎,钢筋屈服屈服;离纵向力较远一侧较远一侧的钢筋不屈服不屈服。脆性破坏。脆性破坏。破坏特征与超筋梁超筋梁相似 受压破坏的受压破坏的第二种情况第二种情况在设计时在设计时应予避免应予避免。第六章 受压构件(2 2)受压破坏的特征)受压破坏的特征受受压压破破坏坏 Ne0sAsfyAs第35页/共101页 受拉钢筋屈服与受压区边缘混凝土达到cu 同时发生。与适筋梁和超筋梁的界限类似。第六章 受压构件界限破坏第36页/共101页长柱的正截面受压破坏第六章 受压构件(1 1)l l0 0/h h较大时,纵向弯曲不能忽略。(2 2)右右图中,N ei 称一阶弯矩,N f N f 称二阶
16、弯矩。1 1、纵向弯曲引起二阶效应、纵向弯曲引起二阶效应(3 3)长细比长细比l l0 0/h h很大时,很大时,发生发生失稳失稳破坏;破坏;长细比长细比l l0 0/h h一定时,一定时,发生发生材料材料破坏。破坏。yfl0ei第37页/共101页(a a)侧向挠度 f f 很小,可忽略。可忽略。(b b)M随N线性增长。(c c)最后为材料破坏。材料破坏。第六章 受压构件2、三种破坏类型(1 1)短柱)短柱(l l0 0/h h55)MNN0短柱ABDN0ei第38页/共101页(a a)侧向挠度 f f 不能忽略。忽略。(b b)M随N非线性增长。(c c)最后为材料破坏。材料破坏。(d
17、 d)轴向承载力低于相同 情况的短柱的承载力。第六章 受压构件(2)长柱(l0/h=530)MNN0N1N1f1短柱长柱ABDN0eiN1ei第39页/共101页(a a)侧向挠度 f f 的影响的影响 很大。很大。(b b)最后为失稳破坏。失稳破坏。(c c)细长柱不应不应采用。第六章 受压构件(3)细长柱(l0/h30)MNN0N1N1f1N2短柱长柱细长柱ABCDDN2f2N0eiN1eiN2ei第40页/共101页第六章 受压构件6.4 偏心受压长柱的二阶弯矩无侧移无侧移 有侧移有侧移 第41页/共101页1 1、的定义的定义偏心距增大系数yfl02 2、推导、推导 的计算公式的计算公
18、式(了解)(了解)=ei第42页/共101页第六章 受压构件再代入再代入取h=1.1h0推得推得代入代入第43页/共101页 再考虑修正系数 1 1(截面曲率修正系数)(截面曲率修正系数)影响系数 2 2(长细比影响系数)(长细比影响系数),后得第六章 受压构件第44页/共101页第六章 受压构件3、的计算公式建工道桥l l0 0 /i/i 17.517.5时取时取 =1.0=1.0l l0 0 /h/h 5 5第45页/共101页1 1、界限破坏的特征:、界限破坏的特征:受拉钢筋屈服与受压区边缘混凝土达到cu 同时发生。第六章 受压构件6.5 6.5 矩形截面矩形截面偏压构件偏压构件正截面正
19、截面受压承载力受压承载力计算公式计算公式2 2、相对界限受压区高度、相对界限受压区高度 b bycuASAS3 3、大小偏心的分界、大小偏心的分界:b 为大偏心受压 b 为小偏心受压大小偏心破坏的界限大小偏心破坏的界限第46页/共101页(1 1)计算简图)计算简图 等效矩形应力图等效矩形应力图。第六章 受压构件1 1、大偏心受压构件的计算、大偏心受压构件的计算偏压构件的正截面承载力偏压构件的正截面承载力(2 2)计算公式)计算公式第47页/共101页其中其中e0=M/Nea20mmh/30=max第六章 受压构件(3 3)计算公式的条件)计算公式的条件x bh0 x2as注:道桥无注:道桥无
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