混凝土结构设计原理课件.pptx
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1、纵向力不与构件轴线重合的受力构件称为偏心受力构件。可分为偏心受拉构件和偏心受压构件。一 概述第1页/共81页偏心受压构件正截面承载力偏心受压构件正截面承载力偏心受压构件正截面的破坏形态偏心受压构件正截面的破坏形态1 破坏类型拉压破坏(大偏心受压破坏)发生条件:相对偏心距较大,受拉纵筋不过多时。受拉边出现水平裂缝 继而形成一条或几条主要水平裂缝 主要水平裂缝扩展较快,裂缝宽度增大 使受压区高度减小 受拉钢筋的应力首先达到屈服强度受压边缘的混凝土达到极限压应变而破坏 受压钢筋应力一般都能达到屈服强度拉压破坏图第2页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力5.1 5.1 偏心受压
2、构件正截面的破坏形态偏心受压构件正截面的破坏形态拉压破坏的主要特征:破坏从受拉区开始,受拉钢筋首先屈服,而后受压区混凝土被压坏。拉压破坏形态图第3页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 偏心受压构件正截面的破坏形态偏心受压构件正截面的破坏形态 受压破坏(小偏心受压破坏)随荷载加大到一定数值,截面受拉边缘出现水平裂缝,但未形成明显的主裂缝,而受压区临近破坏时受压边出现纵向裂缝。破坏较突然,无明显预兆,压碎区段较长。破坏时,受压钢筋应力一般能达到屈服强度,但受拉钢筋并不屈服,截面受压边缘混凝土的压应变比拉压破坏时小。发生条件:相对偏心距较大,但受拉纵筋 数量过多;或相对偏心
3、距 较小时。受压破坏图1)第4页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 偏心受压构件正截面的破坏形态偏心受压构件正截面的破坏形态构件全截面受压,破坏从压应力较大边开始,此时,该侧的钢筋应力一般均能达到屈服强度,而压应力较小一侧的钢筋应力达不到屈服强度。若相对偏心距更小时,由于截面的实际形心和构件的几何中心不重合,也可能发生离纵向力较远一侧的混凝土先压坏的情况。2)当相对偏心距很小时受压破坏图2)第5页/共81页偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 偏心受压构件正截面的破坏形态偏心受压构件正截面的破坏形态受压破坏特征:由于混凝土受压而破坏,压应力较大一侧钢筋能够
4、达到屈服强度,而另一侧钢筋受拉不屈服或者受压不屈服。受压破坏形态图第6页/共81页偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 偏心受压构件正截面的破坏形态偏心受压构件正截面的破坏形态2 两类偏心受压破坏的界限根本区别:破坏时受拉纵筋是否屈服。界限状态:受拉纵筋屈服,同时受压区边缘混凝土达到极限压应变界限破坏特征与适筋梁、与超筋梁的界限破坏特征完全相同,因此,的表达式与受弯构件的完全一样。大、小偏心受压构件判别条件:界限状态时截面应变当时,为大偏心受压;当时,为小偏心受压。第7页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 偏心受压构件的二阶效应偏心受压构件的二阶效应3 附
5、加偏心距、初始偏心距可能产生附加偏心距的原因:荷载作用位置的不定性;混凝土质量的不均匀性;施工的偏差等因素。规范规定:两类偏心受压构件的正截面承载力计算中,均应计入轴向压力在偏心方向存在的附加偏心距。vv初始偏心距初始偏心距 初始偏心距理论偏心距附加偏心距ea20mm(1/30)偏心方向截面边长第8页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 偏心受压构件的二阶效应偏心受压构件的二阶效应4 偏心受压长柱的二阶弯矩不同长细比柱从加荷载到破坏的关系标准柱侧向弯曲第9页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 偏心受压构件的二阶效应偏心受压构件的二阶效应5 构件
6、截面承载力计算中二阶效应的考虑 考虑二阶效应的法用增大偏心距的方法考虑由于纵向弯曲所产生的附加弯矩,增大后的偏心距为称为;称为偏心距增大系数,对矩形、T形、I形、环形和圆形截面偏心受压构件,按下式计算:第10页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 矩形截面偏心受拉构件正截面承载力计算矩形截面偏心受拉构件正截面承载力计算 构件的计算长度,截面高度;构件的截面面积;对T形、I形截面,均取;偏心受压构件的截面曲率修正系数,当 1.0时,取 =1.0;构件长细比对截面曲率的影响系数,当时,取=1.0。构件截面上作用的偏心压力设计值;规范规定:当矩形截面或任意截面时,取。其中为截
7、面回转半径。第11页/共81页三 建筑工程中偏心受压构件承载力计算v矩形截面非对称配筋构件正截面承载力第12页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算1 基本计算公式及适用条件大偏心受压构件1)应力图形(2)基本公式(3)适用条件或或矩形截面非对称配筋大偏心受压构件截面应力计算图形第13页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算截面应变分布 小偏心受压构
8、件:1)应力图形矩形截面非对称配筋小偏心受压构件截面应力计算图形第14页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算2)基本公式第15页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算可近似按下式计算:为正:表示受拉;为负:表示受压。3)适用条件:将代入:第16页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载
9、力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算 小偏心反向受压破坏时的计算小偏心反向受压破坏时截面应力计算图形当轴向压力较大而偏心距很小时,有可能受压屈服,这种情况称为小偏心受压的反向破坏。对合力点取矩,得:第17页/共81页偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 矩形截面偏心受拉构件正截面承载力计算矩形截面偏心受拉构件正截面承载力计算第18页/共81页偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算2 大、小偏心受压破坏的设计判别(界限偏心距)设计时可按下列条件进行判别:
10、当 时,可能为大偏压,可能为小偏压,可按大偏压设计;当 时,按小偏压设计。第19页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算3 截面设计大偏心受压构件已知:材料、截面尺寸、弯矩设计值、轴力设计值、计算长度要求:确定受拉钢筋截面面积和受压钢筋截面面积计算偏心矩增大系数,初始偏心距,判别偏压类型。当时,按大偏压计算。计算。由大偏压公式和可看出,共有、和三个未知数,以()总量最小为补充条件,解得。为简化计算,可直接取。第20页/共81页偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载
11、力矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算由大偏压计算公式得其中 如果且与数值相差较多,则取,然后改按已知计算。计算 验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力(按轴压构件),应满足 第21页/共81页偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算应用上式时注意以下几点:1)公式中的 应取全部纵向钢筋的截面面积,包括受拉钢筋 和受压钢筋 。2)由于构件垂直于弯矩作用平面的支撑情况与弯矩作用平面内的不一定相同,因此该方向构件的计算长度 与弯矩作
12、用平面内的不一定一样,应按垂直于弯矩作用平面方向确定。3)对于矩形截面应按垂直于弯矩作用平面方向构件计算长度 与截面短边尺寸 的比值查表确定稳定系数 。第22页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力 矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算(2)已知:材料、截面尺寸、弯矩设计值 、轴力设计值 、计算长度 、受压钢筋截面面积 要求:确定受拉钢筋截面面积计算偏心矩增大系数 ,初始偏心距 ,判别偏压类型。当 时,按大偏压计算。计算相对受压区高度:计算1),满足适用条件。第23页/共81页 偏心受力构件正截面承载力偏心受
13、力构件正截面承载力 矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算2)。说明不足,应增加的数量,按和均未知或增大截面尺寸后重新计算。3)即。说明破坏时受压钢筋未达到抗压强度,可近似取,并对合力点取矩,得验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力(按轴压构件)。应满足:第24页/共81页已知柱的轴向力设计值,弯矩;截面尺寸。;混凝土强度等级为C35。求钢筋截面面积及采用级钢筋;计算长度解:取取第25页/共81页可以按大偏心受压计算:取取第26页/共81页受拉钢筋选用 232+228,故假定为大偏心受压是正确的。垂直于弯矩作用平面的验算:查表得 第27
14、页/共81页满足要求。第28页/共81页例.钢筋混凝土偏心受压柱,截面尺寸b300mm,h400mm计算长度 35m。柱承受轴向压力设计值N310kN,弯矩设计值M170kNm。混凝土强度等级为C25(),纵筋采用HRB400()级钢筋,。截面受压区已配有2 14()钢筋,试求受拉钢筋面积 。(可不验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力)()。解:(1)判别偏压类型第29页/共81页取故按大偏心受压构件计算。(2)计算受拉钢筋 第30页/共81页说明数量不足。计算 为使钢筋总用量最小,取 第31页/共81页偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载
15、力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算小偏心受压构件已知:材料、截面尺寸、弯矩设计值、轴力设计值、计算长度要求:确定受拉钢筋截面面积和受压钢筋截面面积计算偏心矩增大系数,初始偏心距,判别偏压类型。当时,按小偏压计算。值。初步拟定计算和、。第32页/共81页偏心受力构件正截面承载力偏心受力构件正截面承载力矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算如果,应按大偏心受压构件重新计算。出现这种情况是由于截面尺寸过大造成。计算,见下表。验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力(按轴心受压构件)。应满足:第33页/共81页已知矩行截面柱
16、b=300mm,h=600mm。计算长度混泥土强度等级为C30,纵筋采用HRB400级钢筋。,柱上作用轴向力设计值N=2600KN,弯矩设计值M=78KN.m,混泥土强度等级为 C30,钢筋采用HRB400级钢筋。设计纵向钢筋 及 的数量,并验级钢筋。设计纵向钢筋 及 的数量,并验算垂直弯矩作用平面的抗压承载力 解查表得:=14.3N/=300N/=360N/取=40mm=560mm要考虑取,取第34页/共81页属于小偏心受压 对合力中心矩取选用2 16由第35页/共81页由得选用4 20抗压承载力验算:查表得所以平面外承载力满足要求。截面配筋图如下:第36页/共81页第37页/共81页偏心受
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