混凝土结构设计受压构件承载力计算.pptx

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1、第1页/共57页第2页/共57页第3页/共57页第4页/共57页第5页/共57页第6页/共57页第7页/共57页第8页/共57页（2）荷载长期作用的影响 在实际结构中作用在柱上的荷载大部分为长期作用的荷载；在荷载的长期作用下，混凝土将产生徐变，而钢筋在常温下基本不产生徐变；由平衡条件可知，混凝土压应力将有所减小，而钢筋的压应力将相应增大，在钢筋和混凝土之间产生应力重分布。第9页/共57页轴心受压长柱的应力分布及破坏形态1.长柱的受力特点(1)初始偏心距的存在使附加弯矩的影响不可忽略，构件从轴心受压转变为偏心受压，产生侧向挠度；(2)轴压力较小时，侧向挠度增长缓慢，挠度增长与轴压力大致成正比；当

2、轴压力增加到破坏压力的60%-70%左右时，侧向挠度增长加快，最后构件在轴向压力和附加弯矩的作用下破坏；(3)破坏时受压一侧混凝土被压碎，纵筋被压屈外凸；另一侧混凝土被拉裂，产生水平分布的裂缝。第10页/共57页2.构件的稳定系数 试验研究表明，长柱的承载力 低于其他条件相同的短柱承载力 ，规范采用构件的稳定系数来表示长柱承载力降低的程度：3.柱的计算长度*构件的计算长度 与构件两端支承情况有关：第11页/共57页正截面受压承载力计算1.基本计算公式*当纵向钢筋的配筋率大于3%时，式中 应改为 ，。2.截面的设计与复核 第12页/共57页6.4 配有螺旋式箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算第1

3、3页/共57页第14页/共57页第15页/共57页第16页/共57页6.5 偏心受压构件正截面承载力计算的有关原理 压弯构件 偏心受压构件偏心距e0=0时？当e0时，即N=0，？偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于轴心受压构件和受弯构件。第六章 受压构件第17页/共57页偏心受压构件正截面的破坏形态和机理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 tensile failure第六章 受压构件M较大，N较小偏心距e0较大As配筋合适第18页/共57页发生条件：相对偏心距（）较大，且受拉一侧钢筋不过多；破坏特点：

4、截面部分受拉、部分受压；首先在受拉区出现横向裂缝，随着荷载的增加，裂缝向受压一侧发展；临近破坏时，受拉一侧钢筋首先达到屈服强度，当受压区边缘混凝土达到极限压应变时，受压区混凝土被压碎而破坏。*破坏特点类似于适筋梁，临近破坏时有明显的预兆。第19页/共57页2、受压破坏compressive failure（1）产生受压破坏的条件有两种情况：当相对偏心距e0/h0较小第六章 受压构件或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时As太多第20页/共57页（2）破坏特点：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，当相对偏心距e0/h0很小时，受拉侧还可能出现受压情况。截面

5、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，破坏时受压区高度较大，受拉侧钢筋未达到受拉屈服，破坏具有脆性性质。第21页/共57页（3）界限破坏（大小偏心受压破坏的界限）*当受拉一侧钢筋达到屈服强度的同时，受压区边缘混凝土达到极限压应变，这种特定的破坏状态称界限破坏（大小偏心受压破坏的界限）。*大小偏心受压破坏判别的标准：当 时为大偏心受压破坏（受拉破坏）；当 时为小偏心受压破坏（受压破坏）；当 时为界限破坏。第22页/共57页第六章 受压构件（4 4）附加偏心距和偏心距增大系数）附加偏心距和偏心距增大系数 由于施工误差、计算偏差及材料的不均匀等原因，实际工

6、程中不存在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不利影响，引入附加偏心距ea(Odditional eccentricity)，即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取计算偏心距e0=M/N与附加偏心距ea之和，称为初始偏心距ei(initial eccentricity)，参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距ea取20mm与h/30 两者中的较大值，此处h是指偏心方向的截面尺寸。一、附加偏心距第23页/共57页二、偏心距增大系数 由于侧向挠曲变形，轴向力将产生二阶效应，引起附加弯矩 对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。图示典型偏心受压柱，跨中侧向挠度为 f。对跨中截面，轴力N的偏

7、心距为ei+f，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况下，柱的长细比l0/h不同，侧向挠度 f 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。第六章 受压构件第24页/共57页 对于长细比l0/h8的短柱 侧向挠度 f 与初始偏心距ei相比很小,柱跨中弯矩M=N(ei+f)随轴力N的增加基本呈线性增长，直至达到截面承载力极限状态产生破坏。对短柱可忽略挠度f影响。第六章 受压构件第25页/共57页 长细比l0/h=830的中长柱 f 与ei相比已不能忽略。f 随轴力增大而增大，柱跨中弯矩M=N(ei+f)的增长速度大于轴力N的增长速度，即M随N 的增加呈明

8、显的非线性增长 虽然最终在M和N的共同作用下达到截面承载力极限状态，但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱。因此，对于中长柱，在设计中应考虑附加挠度 f 对弯矩增大的影响。第六章 受压构件第26页/共57页第六章 受压构件长细比l0/h 30的长柱侧向挠度 f 的影响已很大在未达到截面承载力极限状态之前，侧向挠度 f 已呈不稳定发展即柱的轴向荷载最大值发生在荷载增长曲线与截面承载力Nu-Mu相关曲线相交之前这种破坏为失稳破坏，应进行专门计算第27页/共57页偏心距增大系数，取h=1.1h0第六章 受压构件l0第28页/共57页偏心受压构件正截面承载力计算的基本假定 偏心受压构件和

9、受弯构件在破坏形态和受力性能方面有近似之处，其承载力计算的基本假定仍采用受弯构件的基本假定；（1）截面平均应变保持平面（平截面假定）；（2）不考虑截面受拉区混凝土的抗拉强度，拉力全部由纵向受拉钢筋承担；（3）混凝土受压应力-应变关系采用简化形式（不考虑下降段）；（4）钢筋的应力-应变关系采用理想的弹性-塑性曲线；第29页/共57页受拉破坏和受压破坏的界限受拉破坏和受压破坏的界限 即即受拉钢筋屈服受拉钢筋屈服与与受压区混凝土边缘极限压应变受压区混凝土边缘极限压应变e ecu同时达同时达到到 与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。因此，因此，相对界限受压区高度相对界限受压

10、区高度仍为。仍为。第六章 受压构件第30页/共57页*大小偏心受压破坏判别的标准：当 时为大偏心受压破坏（受拉破坏）；当 时为小偏心受压破坏（受压破坏）；当 时为界限破坏；第31页/共57页受拉侧钢筋应力s ss由平截面假定可得第六章 受压构件x=b xnss=Eses第32页/共57页x=b xnss=Eses为避免采用上式出现 x 的三次方程ecueyxnbh0考虑：当x x=x xb，s ss=fy；第六章 受压构件第33页/共57页6.6 偏心受压构件承载力计算大偏心受压构件的截面计算第34页/共57页1.基本计算公式第35页/共57页2.适用条件（1）保证受拉钢筋 达到抗拉屈服强度：

11、（2）保证受压钢筋 达到抗压屈服强度：*当 时，受压钢筋 达不到抗压屈服强度 ；可令 ，则有：第36页/共57页3.截面设计As和As均未知时两个基本方程中有三个未知数，As、As和 x，故无唯一解。与双筋梁类似，为使总配筋面积（As+As）最小?可取x=x xbh0得若As0.002bh?则取As=0.002bh，然后按As为已知情况计算。若Asr rminbh?应取As=r rminbh。第六章 受压构件第37页/共57页As为已知时当As已知时，两个基本方程有二个未知数As 和 x，有唯一解。先由第二式求解x，若x 2a，则可将代入第一式得若x x xbh0？若As若小于r rminbh

12、？应取As=r rminbh。第六章 受压构件则应按As为未知情况重新计算确定As则可偏于安全的近似取x=2a，按下式确定As若xNb，为小偏心受压，由(a)式求x以及偏心距增大系数h h，代入(b)式求e0，弯矩设计值为M=N e0。第六章 受压构件第44页/共57页2、给定轴力作用的偏心距e0，求轴力设计值N若h heie0b，为大偏心受压未知数为x和N两个，联立求解得x和N。第六章 受压构件第45页/共57页若h heie0b，为小偏心受压 联立求解得x和N 尚应考虑As一侧混凝土可能先压坏的情况e=0.5h-a-(e0-ea)，h0=h-a另一方面，当构件在垂直于弯矩作用平面内的长细比

13、l0/b较大时，尚应根据l0/b确定的稳定系数j j，按轴心受压情况验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力上面求得的N 比较后，取较小值。第六章 受压构件第46页/共57页6.7 对称配筋受压构件正截面承载力计算大、小偏心受压构件的判别 由大偏心受压构件基本公式当 时为大偏心受压构件；当 时为小偏心受压构件；第47页/共57页1、当大偏心受压 x=N/a a fcb若x=N/a a fcbNb）为受压破坏；）为受压破坏；第53页/共57页对于对称配筋截面，达到界限对于对称配筋截面，达到界限破坏时的轴力破坏时的轴力Nb是一致的。是一致的。第六章 受压构件如截面尺寸和材料强度保持如截面尺寸和材料强度保持不变，不变，Nu-Mu相关曲线随配相关曲线随配筋率的增加而向外侧增大；筋率的增加而向外侧增大；第54页/共57页6.10 偏心受压构件斜截面承载力计算1.轴向压力对受剪承载力的影响 *轴向压力可增加混凝土剪压区的高度，可提高剪压区混凝土的抗剪能力，但轴向压力对构件抗剪承载力的作用是有限的。第八章 受压构件第55页/共57页2.受剪承载力计算*截面限制条件：*按构造配箍筋的条件：第56页/共57页感谢您的观看！第57页/共57页