水工钢筋混凝土受压构件.pptx

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1、 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 概 述水电站厂房柱受压构件（柱）受压构件（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦产生破往往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。坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。第1页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 概 述工作桥的支承排架实际工程中真正的轴心受压构件是没有的。我国规范对偏心很小可略去不计，构件按轴心受压计算。第2页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 概 述第3页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.1 受压构件的构造要求一、截面形式和尺寸一、截面形式和尺寸v采用方形或矩形截面，截面长边布在弯

2、矩作用方向，长短边比值1.51.52.52.5。也可采用T T形、工字形截面。桩常用圆形截面。v截面尺寸不宜过小，水工建筑现浇立柱边长 300mm300mm。v截面边长 800mm，50mm为模数，边长 800mm，以100mm为模数。二、砼二、砼v受压构件承载力主要取决于砼强度，应采用强度等级较高的砼，如C20C20、C25 C25、C30C30或更高。第一节第一节 受压构件的构造要求受压构件的构造要求第4页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.1 受压构件的构造要求第5页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.1 受压构件的构造要求三、纵向钢筋三、纵向钢筋v作用：协助

3、砼受压；承担弯矩。常用IIII级、IIIIII级。不宜用高强钢筋，不宜 用冷拉钢筋。直径 12mm12mm，常用直径121232mm32mm。现浇时纵筋净距 50mm50mm，最大间距 300mm300mm。长边 600mm600mm，中间设101016mm16mm纵向构造钢 筋，间距 4 400mm00mm。第6页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.1 受压构件的构造要求v受压钢筋数量不能过少。规范规定：I I级钢：偏压构件受压或受拉筋配筋率 0.25(柱)或0.200.20(墙)；II II、IIIIII级、LL550LL550级钢：偏压构件受压或受拉筋配筋率 0.200.2

4、0(柱)或0.150.15(墙)；轴心受压构件：全部纵筋配筋率 0.60.6。v纵筋不宜过少，合适配筋率0.82.0。v纵筋不宜过多，不宜超过5.05.0。第7页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.1 受压构件的构造要求 四、箍筋四、箍筋v作用：阻止纵筋受压向外凸，防止砼保护层剥落；约束砼；抗剪。v箍筋应为封闭式。v纵筋绑扎搭接长度内箍筋要加密。v箍筋直径和间距第8页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.1 受压构件的构造要求v截面有内折角时箍筋的布置v基本箍筋和附加箍筋识别内折角！识别内折角！当柱子截面短边尺寸不大于当柱子截面短边尺寸不大于400mm，纵向钢筋多于，

5、纵向钢筋多于4根时；根时；或或每边多于每边多于3根纵筋时，应设复合箍筋。根纵筋时，应设复合箍筋。（？）（？）第9页/共60页 轴压构件：方形、圆形截面；轴压构件：方形、圆形截面；偏压构件：矩形、工形截面。偏压构件：矩形、工形截面。（偏心力应沿长边布置）（偏心力应沿长边布置）截面形式与尺寸截面形式与尺寸 受压构件截面尺寸与长度一般控制受压构件截面尺寸与长度一般控制l0/b30、l0/h25、l0/d25。并满足最小尺寸的要求；截面尺寸应符合模数要求。并满足最小尺寸的要求；截面尺寸应符合模数要求。受压构件截面形式第10页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.2 轴心受压构件正截面承载力

6、计算 第二节第二节 轴心受压构件正截面承载力计算轴心受压构件正截面承载力计算试件为配有纵筋和箍筋的短柱。柱全截面受压，压应变均匀。钢筋与砼共同变形，压应变保持一样。一、试验结果荷载较小，砼和钢筋应力比符合弹模比。荷载加大，应力比不再符合弹模比。荷载长期持续作用，砼徐变发生，砼与钢筋之间引起应力重分配。破坏时，砼的应力达到 ，钢筋应力达到 。第11页/共60页第12页/共60页第13页/共60页第14页/共60页0200400600800100010020030040050020406080100scssscN(kN)弹性阶段弹塑性阶段应力荷载曲线示意图应力荷载曲线示意图ss钢筋混凝土之间的钢筋

7、混凝土之间的应力重分布应力重分布：初期（荷载小）初期（荷载小），钢筋与混凝，钢筋与混凝土应力之比土应力之比等于弹模等于弹模之比。之比。后期（荷载增加）后期（荷载增加），混凝土塑，混凝土塑性变形发展，弹模降低，性变形发展，弹模降低，钢筋钢筋应力增长加快，混凝土应力增应力增长加快，混凝土应力增长变慢。长变慢。第15页/共60页 以上加载过程中钢筋与混凝土应力增量速度的变化称为加载过程的应力重分加载过程的应力重分布布。若构件在加载后荷载维持不变，由于混凝土徐变的作用，随着荷载持续时间随着荷载持续时间的增加，混凝土的压应力逐渐变小，钢筋的压应力逐渐变大的增加，混凝土的压应力逐渐变小，钢筋的压应力逐渐变

8、大。试验表明，混凝土棱柱体混凝土棱柱体 cu=0.00150.002，钢筋混凝土短柱钢筋混凝土短柱 cu=0.00250.0035。主要原因：柱中纵筋发挥了调整混凝土应力的作用；箍筋的存在，使混凝土能比较好地发挥其塑性性能，改善了受压脆性破坏性质。延性延性的好坏取决于箍筋的数量和形式。的好坏取决于箍筋的数量和形式。破坏时一般是纵筋先达到屈服强度，此时可持续增加一些荷载，直到混凝土达到最大压应变值。第16页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.2 轴心受压构件正截面承载力计算不同箍筋短柱的荷载不同箍筋短柱的荷载应变图应变图 A不配筋的素砼短柱；B配置普通箍筋的钢筋砼短柱；C配置螺旋箍

9、筋的钢筋砼短柱。第17页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.2 轴心受压构件正截面承载力计算长柱不仅发生压缩变形，还发生纵向弯曲。长柱破坏荷载小于短柱，柱子越细长小得越多。用稳定系数 表示长柱承载力较短柱的降低。普通箍筋短柱正截面极限承载力 Nu破坏时的极限轴向力；Ac砼截面面积；A s全部纵向受压钢筋截面面积。第18页/共60页长柱柱轴心受心受压构件的承构件的承载力降低力降低现象象长柱破坏形态 初始偏心距初始偏心距附加弯矩和附加弯矩和侧向向挠度度加大了原来的初始偏心距加大了原来的初始偏心距构件承构件承载力降低力降低第19页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.2 轴

10、心受压构件正截面承载力计算影响 值的主要因素为长细比l0/b 。vl0/b8的称为短柱。v实际工程构件计算长度l0取值可参考规范。v长细比限制在l0/b 3030，l0/h 2525。第20页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.2 轴心受压构件正截面承载力计算二、普通箍筋柱的计算 N轴力设计值(按照组合计算)；A构件截面面积；全部纵筋的截面面积；轴压构件的稳定系数。1、基本公式：第21页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.2 轴心受压构件正截面承载力计算二、普通箍筋柱的计算 2、截面设计：3、承载力复核：第22页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.2

11、轴心受压构件正截面承载力计算若构件在加载后荷载维持不变，由于混凝土徐变的作用，随着荷载持续时随着荷载持续时间的增加，混凝土的压应力逐渐变小，钢筋的压应力逐渐变大间的增加，混凝土的压应力逐渐变小，钢筋的压应力逐渐变大。互相作用!钢筋的压应力钢筋的压应力?第23页/共60页例题例题5.1第24页/共60页第25页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.3 偏心受压构件正截面承载力计算(一一)第一类破坏情况第一类破坏情况受拉破坏受拉破坏v偏心距较大，As配筋合适。v破坏特征是受拉钢筋应力先达到屈服，然后压区砼被压碎，受压筋应力一般也达到屈服，与配筋量适中的双筋受弯构件的破坏相类似。v破坏有

12、预兆，属延性破坏。v也称为大偏心受压破坏。第三节第三节 偏心受压构件正截面承载力计算偏心受压构件正截面承载力计算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。一、试验结果一、试验结果第26页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.3 偏心受压构件正截面承载力计算(二二)第二类破坏情况第二类破坏情况受压破坏受压破坏v破坏特征是受压砼先达到极限应变而压坏，As未达到屈服，破坏具有脆性性质，也称为“小偏心受压破坏”。e0很小，全部受压 e0稍大，小部分受拉e0较大，拉筋过多v个别情况，个别情况，e e0 0极小，极小，A As s配置过少，配置过少，破坏可能在距轴向力较远一侧发生

13、。破坏可能在距轴向力较远一侧发生。第27页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.3 偏心受压构件正截面承载力计算二、矩形截面偏心受压构件的计算二、矩形截面偏心受压构件的计算v基本假定同受弯构件。v承载力计算的基本公式：N轴向力设计值；受拉边或受压较小边钢筋的应力；e0轴向力对截面重心的偏心距，e0MN。第28页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.3 偏心受压构件正截面承载力计算受拉侧钢筋应力 s计算 根据平截面假定 将将x=0.8x0 及及s代入代入 s=Es s 第29页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.3 偏心受压构件正截面承载力计算中和轴正好通过

14、As位置，,即 时，取 ；1时，取1=1长细比对截面曲率的影响系数，l0/h15时，取2=1第34页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.3 偏心受压构件正截面承载力计算v作用：偏心距增大系数，考虑长柱偏心受压时的纵向弯曲使偏心距加大的影响。v各符号的含义：考虑小偏压破坏的影响，大偏压时：考虑长细比的影响：v公式适用范围：长柱短柱细长柱，公式不再适用。v公式原理：以破坏截面曲率为主要参数。v考虑因素：e0，l0/h，破坏形态，长细比，砼徐变。第35页/共60页长细比长细比l0/h8的的短柱短柱 材料破坏材料破坏侧向挠度侧向挠度 f 与初始偏心距与初始偏心距ei相比很小，柱相比很小，

15、柱跨中弯矩随轴力跨中弯矩随轴力N基本基本呈线性增长呈线性增长，直至，直至达到截面破坏，对短柱可达到截面破坏，对短柱可忽略忽略挠度影响。挠度影响。长细比长细比l0/h=830的的长柱长柱 材料破坏材料破坏 f 与与ei相比已不能忽略，即相比已不能忽略，即M随随N 的增加呈的增加呈明显的明显的非线性增长非线性增长。对于中长柱，在设计。对于中长柱，在设计中应中应考虑考虑附加挠度附加挠度 f 对弯矩增大的影响。对弯矩增大的影响。长细比长细比l0/h 30的的细长柱细长柱 失稳破坏失稳破坏侧向挠度侧向挠度 f 的影响已很大，在未达到截面的影响已很大，在未达到截面承载力之前，侧向挠度承载力之前，侧向挠度

16、f 已不稳定，最终已不稳定，最终发展为发展为失稳破坏失稳破坏。MNN00M00N0N0e0N1N1e0N1 f1N2N2 e0N2 f2第36页/共60页四四.矩形截面偏心受压构件的矩形截面偏心受压构件的截面设计及承载力复核截面设计及承载力复核大小偏心受压的实用判别准则大小偏心受压的实用判别准则若若h he00.3h0，按大偏心受压情况计算，按大偏心受压情况计算若若h he0 0.3h0，按小偏心受压情况计算，按小偏心受压情况计算（一）大偏心受压（受拉破坏）（一）大偏心受压（受拉破坏）第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.3 偏心受压构件正截面承载力计算第37页/共60页v当截面尺寸和材料强度

17、给定时，界限相对偏心距当截面尺寸和材料强度给定时，界限相对偏心距e0b/h0随随As和和As的减小而的减小而减小；减小；v当当As和和As分别取最小配筋率时，可得分别取最小配筋率时，可得e0b/h0的最小值；的最小值；v受拉钢筋受拉钢筋As按构件全截面面积计算的最小配筋率为按构件全截面面积计算的最小配筋率为0.45ft/fy；v受压钢筋按构件全截面面积计算的最小配筋率为受压钢筋按构件全截面面积计算的最小配筋率为0.002；v近似取近似取h=1.05h0，a=0.05h0，代入可得下表所示结果。，代入可得下表所示结果。第38页/共60页相对界限偏心距的最小值相对界限偏心距的最小值e0b,min/

18、h0=0.2840.322近似取平均值近似取平均值e0b,min/h0=0.3近似判据近似判据真实判据真实判据第39页/共60页（1）As和和As均未知时均未知时两个基本方程，三个未知数，两个基本方程，三个未知数，As、As和和 x，无唯一解无唯一解。与双筋梁类似，为使总配筋面积（与双筋梁类似，为使总配筋面积（As+As）最小）最小?可取可取x=x xbh0得得若Asr rmin bh0?取As=r rmin bh0，按As为已知情况计算。第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.3 偏心受压构件正截面承载力计算为界限抵抗矩系数为界限抵抗矩系数第40页/共60页（2）As为已知时为已知时当当As已

19、知时，两个基本方程有二个未知数已知时，两个基本方程有二个未知数As 和和 x，有唯一解有唯一解。若若 2a x x xbh0，可得可得取取x=2a，对，对As 中心取矩中心取矩若若xx xb，s h，取，取x=h；（2）如）如x x xbh0，按大偏压重算；，按大偏压重算；（3）若）若x x 1.61.6-x-xb，取，取 s=-fy 及及x x =1.61.6-x-xb，再解算。，再解算。第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.3 偏心受压构件正截面承载力计算v当当As一侧若配筋太少，该侧砼可能先达到受压破坏。一侧若配筋太少，该侧砼可能先达到受压破坏。对对As取矩，可得：取矩，可得：e=0.5

20、h-a-e0,h0=h-a小偏压还需验算垂直弯矩作用平面的轴心受压承载力。含义？第43页/共60页（三）矩形截面偏心受压构件（三）矩形截面偏心受压构件承载力复核承载力复核 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算 5.3 偏心受压构件正截面承载力计算（1 1）求x（先按大偏心受压计算）(2)当当xx xbh0时，大偏心受压时，大偏心受压x2axx xbh0时，小偏心受压。时，小偏心受压。按小偏心受压承载力计算方法重新计算。若x x 1.61.6-x-xb，取 s=-fy 重新计算x若x x 0.3fcA，取，取N=0.3fcA;防止斜压破坏防止斜压破坏构造配筋构造配筋5.6偏心受压构件斜截面受剪承载力计算第55页/共60页 第五章 钢筋砼受压构件承载力计算第七节第七节 双向偏心受压构件的正截面承载力计算5.7双向偏心受压构件的正截面承载力计算Nux轴向力作用于x轴、考虑偏心距 ，按全部纵筋计算的构件偏压承载力设计值；Nuy轴向力作用于y轴、考虑偏心距 ，按全部纵筋计算的构件偏压承载力设计值；Nu0按全部纵筋计算的构件轴压承载力设计值，不考虑 ；第56页/共60页5.8 受压构件的延性第57页/共60页5.8 受压构件的延性第58页/共60页5.8 受压构件的延性第59页/共60页感谢您的观看！第60页/共60页