混凝土结构设计原理教学受压构件截面承载力.pptx
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1、破坏形态斜截面破坏正截面破坏由M与N引起的破坏 由M、N与V引起的破坏 受力类型偏心受压构件受 弯 构 件N=0,M0N0,M=0 轴心受压构件N0,M0 引 言6 受压构件截面承载力第1页/共70页主要内容主要内容l6.1 受压构件一般构造l6.2 轴心受压构件正截面受压承载力l6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态l6.4 偏心受压长柱的二阶弯矩l6.5 矩形截面正截面受压承载力的一般计算公式l6.6 不对称配筋矩形截面正截面承载力计算l6.7 对称配筋矩形截面正截面承载力计算l6.8 正截面承载力Nu-Mu相关曲线及其应用l6.9 双向偏心受压构件正截面受压承载力计算l6.10 偏心受压
2、构件斜截面承载力计算主要内容6 受压构件截面承载力第2页/共70页6.1 受压构件一般构造截面形式与尺寸 采用矩形截面,单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。柱的截面尺寸不宜过小,一般应控制在l0/b30及l0/h25。当柱截面的边长在800mm以下时,一般以50mm为模数,边长在800mm以上时,以100mm为模数。材料的选择混凝土:受压构件的承载力主要取决于混凝土强度,一般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C25C40,在高层建筑中,C50C60级混凝土也经常使用。钢 筋:纵筋通常采用HRB335级、HRB400级
3、和RRB400级钢筋,不宜过高。箍筋通常采用HRB335级和 HRB400级,也可采用RRB400级钢筋。截面与材料第3页/共70页6.1 受压构件一般构造纵向钢筋 为提高受压构件的延性,减少混凝土收缩和温度变化产生的拉应力,规定了受压钢筋的最小配筋率。规范规定,轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.6%;当混凝土强度等级大于C50时不应小于0.7%;一侧受压钢筋的配筋率不应小于0.2%,受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。另一方面,考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量,全部纵筋配筋率不宜超过5%。全部纵向钢筋的配筋率按r=(As+As)/A计算,一侧受压钢筋的配筋率
4、按r=As/A计算,其中A为构件全截面面积。纵 筋第4页/共70页6.1 受压构件一般构造纵向钢筋 柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于12mm,且选配钢筋时宜根数少而粗,但对矩形截面根数不得少于4根,圆形截面根数不宜少于8根,且应沿周边均匀布置。当柱为竖向浇筑混凝土时,纵筋的净距不应小于50mm。对水平浇筑的预制柱,其纵向钢筋的最小净距应按梁的规定取值。截面各边纵筋的中距不应大于300mm。当h600mm时,在柱侧面应设置直径1016mm的纵向构造钢筋,并相应设置附加箍筋或拉筋。纵 筋第5页/共70页6.1 受压构件一般构造偏心受压柱的纵向构造钢筋与复合箍筋纵 筋第6页/共70页6.1 受压构
5、件一般构造箍 筋 受压构件中箍筋应采用封闭式,其直径不应小于d/4,且不小于6mm,此处d为纵筋的最大直径。箍筋间距对绑扎钢筋骨架,箍筋间距不应大于15d;对焊接钢筋骨架不应大于20d(d为纵筋的最小直径)且不应大于400mm,也不应大于截面短边尺寸 当柱中全部纵筋的配筋率超过3%,箍筋直径不宜小于8mm,且箍筋末端应作成135的弯钩,弯钩末端平直段长度不应小于10倍箍筋直径,或焊成封闭式;箍筋间距不应大于10倍纵筋最小直径,也不应大于200mm。当柱截面短边大于400mm,且各边纵筋配置根数超过3根时,或当柱截面短边不大于400mm,但各边纵筋配置根数超过4根时,应设置复合箍筋。对截面形状复
6、杂的柱,不得采用具有内折角的箍筋,以避免箍筋受拉时产生向外的拉力,使折角处混凝土破损。箍 筋第7页/共70页6.1 受压构件一般构造复杂截面的箍筋形式箍 筋第8页/共70页6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 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。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件计算。普通箍筋柱:纵筋的作用?箍筋的作用?螺旋箍筋柱:箍筋的形状为圆形,且间距较密,其作用?概 述第9页/共70页概 述6.2 轴心受压构件正截
7、面受压承载力第10页/共70页概 述纵筋的作用:协助混凝土受压受压钢筋最小配筋率:0.6%(单侧0.2%)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。试验表明,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准。6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第11页/共70页概 述 箍筋的作用:与纵筋形成骨架,便于施工;防止纵筋的压屈;对核心混凝土形成约束,提高混凝土的抗压强度,增加构件的延性。6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第12页/共70页普
8、通 箍 筋 柱一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算1.破坏形态及受力分析截面应变大体上均匀分布,随着外荷增大,纵筋先达到屈服,随着荷载增加,最后混凝土达到最大应力值。为什么?短柱6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第13页/共70页普 通 箍 筋 柱一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算1.破坏形态及受力分析截面应变大体上均匀分布,随着外荷增大,纵筋先达到屈服,随着荷载增加,最后混凝土达到最大应力值。设计时,偏安全取c=0.002,混凝土达到fc,此时钢筋的应力为:短柱6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第14页/共70页普 通 箍 筋 柱一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力
9、计算1.破坏形态及受力分析长柱在轴力和弯矩的共同作用下发生破坏,首先在构件凹侧出现纵向裂缝,随后混凝土被压碎,纵筋被压曲外凸,凸侧混凝土出现横向裂缝,侧向挠度急剧增大,柱子被破坏。初始偏心距由初始偏心距引起的附加弯矩6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第15页/共70页2.承载力计算轴心受压短柱轴心受压长柱稳定系数稳定系数j 主要与柱的长细比l0/i有关普 通 箍 筋 柱6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第16页/共70页3.公式的应用普 通 箍 筋 柱截面设计问题(1)根据构造要求及经验,确定定截面尺寸(b,h)求:步骤:已知:(2)计算 l0,确定(4)选配筋并绘制配筋图。(3)计算As
10、6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第17页/共70页3.公式的应用普 通 箍 筋 柱截面校核问题 求:步骤:已知:(2)计算Nu则则若若(1)确定6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第18页/共70页混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度二、轴心受压螺旋式箍筋柱的正截面受压承载力计算螺 旋 箍 筋 柱 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第19页/共70页螺 旋 箍 筋 柱 螺旋箍筋柱与普通箍筋柱力位移曲线的比较6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第20页/共70页螺 旋 箍 筋 柱 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第21页/共70页达到极限状态时(保护层已剥落,只考虑核心混凝土)螺 旋
11、 箍 筋 柱 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第22页/共70页螺 旋 箍 筋 柱 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力达到极限状态时(保护层已剥落,只考虑核心混凝土)第23页/共70页螺旋箍筋对承载力的影响系数a,当fcu,k50N/mm2时,取a =1.0;当fcu,k=80N/mm2时,取a=0.85,其间直线插值。螺 旋 箍 筋 柱 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第24页/共70页螺 旋 箍 筋 柱 采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。但配置过多,极限承载力提高过大,则会在远未达到极限承载力之前保护层剥落,从而影响正常使用。规范规定:按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通
12、箍筋柱受压承载力的50%;对长细比过大柱,由于纵向弯曲变形较大,截面不是全部受压,螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。因此,对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用;螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距S有关,为保证约束效果,螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋As面积的25%;螺旋箍筋的间距S不应大于dcor/5,且不大于80mm,同时为方便施工,S也不应小于40mm。螺旋箍筋柱限制条件6.2 轴心受压构件正截面受压承载力第25页/共70页思路:螺 旋 箍 筋 柱 一个公式,需配置两种钢筋,其Ass1=?As=?假定受压筋As由公式计算出Asso假定箍筋直径d,去求出
13、S或假定S求箍筋直径d6.2 轴心受压构件正截面受压承载力公式应用第26页/共70页6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态一、受拉破坏形态偏心受压构件的破坏形态与偏心距e0和纵向钢筋配筋率有关M较大,N较小偏心距e0较大As配筋合适受 拉 破 坏 第27页/共70页6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态 截面受拉侧混凝土较早出现裂缝,As的应力随荷载增加发展较快,首先达到屈服强度。此后,裂缝迅速开展,受压区高度减小。最后受压侧钢筋As 受压屈服,压区混凝土压碎而达到破坏。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,承载力主要取决于受拉侧钢筋。形成这种破坏的条件是:偏
14、心距e0较大,且受拉侧纵向钢筋配筋率合适,通常称为大偏心受压。一、受拉破坏形态偏心受压构件的破坏形态与偏心距e0和纵向钢筋配筋率有关受 拉 破 坏 第28页/共70页6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态受拉破坏时的截面应力和受拉破坏形态(a)截面应力 (b)受拉破坏形态 受 拉 破 坏 第29页/共70页6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态产生受压破坏的条件有两种情况:当相对偏心距e0/h0较小,截面全部受压或大部分受压或虽然相对偏心距e0/h0较大,但受拉侧纵向钢筋配置较多时相对偏心距e0/h0 较小As太多二、受压破坏形态受 压 破 坏 第30页/共70页6.3 偏心受压构件正截面受压
15、破坏形态产生受压破坏的条件有两种情况:当相对偏心距e0/h0较小,截面全部受压或大部分受压或虽然相对偏心距e0/h0较大,但受拉侧纵向钢筋配置较多时 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“反向破坏”情况。截面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,远侧钢筋可能受拉也可能受压,破坏具有脆性性质。第二种情况在设计应予避免,因此受压破坏一般为偏心距较小的情况,故常称为小偏心受压。二、受压破坏形态受 压 破 坏 第31页/共70页6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态受
16、压破坏时的截面应力和受压破坏形态(a)(b)截面应力 (c)受压破坏形态受 压 破 坏 第32页/共70页6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态受拉破坏和受压破坏的界限 即受拉钢筋屈服与受压区混凝土边缘极限压应变ecu同时达到。与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。因此,界限破坏时相对界限受压区高度仍为:当 时,为大偏心受压;当 时,为小偏心受压。界 限 破 坏 第33页/共70页6.4 偏心受压长柱的二阶弯矩 由于施工误差、荷载作用位置的不确定性及材料的不均匀等原因,实际工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,即在正截面受压承载力计算中,偏心距取计算偏心距e0
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