结构设计原理教学ch轴心受力构件.pptx

《结构设计原理教学ch轴心受力构件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结构设计原理教学ch轴心受力构件.pptx（47页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、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。10.1 10.1 概述概述第1页/共47页第2页/共47页第3页/共47页第4页/共47页第5页/共47页l定义作用在构件上的纵向拉力与构件截面形心线重合的构件 l实例只有少数构件设计成钢筋混凝土轴心受拉构件。混凝土的抗拉强度很低（约为混凝土立方体抗压强度的1/121/121/201/20），在较小的拉力作用下就会开裂，因此，采用钢筋混凝土轴心受拉构件是很不经济的常见：拱和桁架中的拉杆、桁架的受拉腹杆、圆形水池壁10.

2、2 钢筋混凝土轴心受拉构件第6页/共47页l受力过程10.2 钢筋混凝土轴心受拉构件第一阶段：纵向钢筋和混凝土共同承受拉力第一阶段：纵向钢筋和混凝土共同承受拉力第二阶段：开裂至钢筋屈服第二阶段：开裂至钢筋屈服,钢筋承受所有拉力钢筋承受所有拉力 第三阶段：裂缝加宽，构件破坏第三阶段：裂缝加宽，构件破坏第7页/共47页l正截面承载力NNu=fyAsfy钢筋抗拉强度设计值，为防止达到正截面承载力时受拉构件上出现的钢筋抗拉强度设计值，为防止达到正截面承载力时受拉构件上出现的裂缝过宽裂缝过宽，300MPal构造要求截面对称正方形、矩形等配筋对称对称布置或沿截面周边均匀布置纵筋选择宜小直径，防裂缝过宽箍筋

3、选择6200（固定纵筋、形成骨架）配筋率As侧/Amax(0.2%，0.45ft/fy)10.2 钢筋混凝土轴心受拉构件第8页/共47页l例题【已知】(某钢筋混凝土屋架下弦杆，截面尺寸为bh=200mm160mmbh=200mm160mm。经内力组合得轴向拉力设计值N=240kNN=240kN。混凝土强度等级为C25C25，纵向钢筋为HRB335HRB335级，确定纵向钢筋截面面积并选择钢筋。【求解】计算纵筋面积并选筋 AsN/fAsN/fy y=240000/300=800mm=240000/300=800mm2 2 选4 4B B1616，As=804mmAs=804mm2 2 验算最小配

4、筋率 minminmaxmax（0.4%0.4%，0.91.27/3000.91.27/300）=0.4%=0.4%As/AAs/A804/(200160)804/(200160)2.5%2.5%minmin=0.4%=0.4%满足要求。画配筋图10.2 钢筋混凝土轴心受拉构件第9页/共47页按箍筋作用和配置方式l轴压构件定义作用在构件上的纵向压力与构件截面形心线重合的构件 l受压构件分类普通箍筋柱螺旋箍筋柱按轴向力作用位置10.3 钢筋混凝土轴心受压构件第10页/共47页l实例恒载较大的等跨多层房屋的中柱；桁架的受压腹杆等恒载较大的等跨多层房屋的中柱；桁架的受压腹杆等荷载作用位置的偏差荷载作

5、用位置的偏差混凝土的非均匀性混凝土的非均匀性配筋的不对称配筋的不对称施工制造的误差等施工制造的误差等l实际理想的轴心受压构件理想的轴心受压构件理想的轴心受压构件理想的轴心受压构件几乎不存在几乎不存在几乎不存在几乎不存在使某些接近轴心受压的构件计算简化使某些接近轴心受压的构件计算简化用轴压柱概念决定初步设计中柱截面尺寸用轴压柱概念决定初步设计中柱截面尺寸偏压柱偏压柱M M作用平面外强度验算可按轴压进行作用平面外强度验算可按轴压进行l意义10.2 钢筋混凝土轴心受压构件第11页/共47页 （普通箍筋柱）（普通箍筋柱）（螺旋箍或焊接环箍筋柱）（螺旋箍或焊接环箍筋柱）第12页/共47页纵筋的作用：起到

6、了调整混凝土应力的作用，使混凝土的塑性性质得到了较好的发挥，改善了受压破坏的脆性性质。计算时以构件的压应变达到0.002为控制条件，此时混凝土达到了fc，相应的纵筋应力达到400N/m2,对于HRB400，HRB335，HPB300热轧钢筋都已经达到屈服。若对于屈服强度或条件屈服强度大于400N/m2的钢筋，在计算f y时只能取400N/m2。第13页/共47页承担初始偏心或其它偶然因素引起的附加承担初始偏心或其它偶然因素引起的附加弯矩。弯矩。箍筋的作用：箍筋的作用：箍筋可以固定纵向受力钢筋的位置，保证箍筋可以固定纵向受力钢筋的位置，保证纵筋与混凝土共同受力直到构件破坏纵筋与混凝土共同受力直到

7、构件破坏 。第14页/共47页第15页/共47页短柱l0/i28或或 l0/b8长柱第16页/共47页配有普通箍筋的轴心受压构件配有普通箍筋的轴心受压构件1.受力分析及破坏特征受力分析及破坏特征短柱：短构件短柱：短构件长柱：长构件长柱：长构件 l0/i28(l0 为柱计算长度，为柱计算长度，i为回转半径。为回转半径。)矩形截面柱，矩形截面柱，l0/b8 第17页/共47页荷载较小时，纵筋和砼基本处于弹性；荷载较小时，纵筋和砼基本处于弹性；荷载较大时，由于砼的塑性发展荷载较大时，由于砼的塑性发展钢筋的应力增加快于砼；钢筋的应力增加快于砼；随着荷载的增加，柱中开始出现裂缝；随着荷载的增加，柱中开始

8、出现裂缝；最后箍筋间的纵筋压屈向外突出最后箍筋间的纵筋压屈向外突出砼被压碎，柱子即告破坏；砼被压碎，柱子即告破坏；短柱的破坏特征短柱的破坏特征初始偏心对构件的承载能力无明显影响初始偏心对构件的承载能力无明显影响。第18页/共47页一般钢筋，一般钢筋，钢钢筋和混凝土的抗压强度筋和混凝土的抗压强度都得到了充分利用都得到了充分利用高强钢筋，钢材的强度不能被充分利用高强钢筋，钢材的强度不能被充分利用构件的最终承载力都是由混凝土的压碎来控制构件的最终承载力都是由混凝土的压碎来控制钢筋的受压强度钢筋的受压强度（0=0.002）短柱的受力分析短柱的受力分析第19页/共47页长柱的破坏特征长柱的破坏特征初始初

9、始偏心距的影响不可忽略。偏心距的影响不可忽略。附加弯矩附加弯矩、侧向挠度侧向挠度，使长柱，使长柱在压弯共同在压弯共同作用下发生破坏，甚至可能发生作用下发生破坏，甚至可能发生失稳破失稳破坏坏现象。现象。破坏时凹侧出现纵向裂缝，随后砼被压破坏时凹侧出现纵向裂缝，随后砼被压碎，碎，凸侧出现横向裂缝，侧移增大，柱子破坏。凸侧出现横向裂缝，侧移增大，柱子破坏。长柱的受力分析长柱的受力分析试验结果表明，长柱的承载能力试验结果表明，长柱的承载能力低于低于相同条件短柱的承载相同条件短柱的承载能力；长细比越大，承载能力降低越多；（能力；长细比越大，承载能力降低越多；（原因？原因？）引入引入 的方法来考虑长柱纵向

10、挠曲的不利影响；的方法来考虑长柱纵向挠曲的不利影响；第20页/共47页短柱：无论荷载大小，全截面均匀受压，沿柱长无弯曲 s sf fy y c cf fc c 强度破坏长柱：随着荷载增大，压应力凹大凸小，沿柱长有弯曲 荷载小，弹 性，s sc c （N N s s，c c）荷载大，弹塑性，c c ，s s 长期荷载，徐变 ，c c ，s s 破坏前，横向挠度增加很快，破坏突然失稳破坏注：短柱一般是s sf fy y ，荷载增加，c c0.2%0.2%达极限而破坏；s s2102105 50.2%0.2%400MPa400MPal普通箍轴压受力性能及破坏力第21页/共47页短柱正截面承载力：l0

11、/b88长柱正截面承载力：l0/b8 8将低于按上式所计算的短柱承载力（失稳破坏）稳定系数=Nu长/Nu短 考虑到构件为非匀质弹性体，截面形心与重心不重合，应力分布不均匀，折减 0.90.9注意：3%3%时，公式中的A应改用Ac代替 l普通箍轴压受力性能及破坏力第22页/共47页普通箍筋柱计算普通箍筋柱计算设计步骤：选定截面尺寸（根据构造要求）通过长细比确定稳定系数：计算钢筋面积：验算是否满足构造要求复核步骤：通过长细比确定稳定系数：计算：验算：第23页/共47页3.构造要求构造要求v 材料：混凝土宜高一些，钢筋强度不宜过高。材料：混凝土宜高一些，钢筋强度不宜过高。v 截面：截面：b250mm

12、,l0/b30。当当d32mm时，可用绑扎搭接接头，但接头位置应设在时，可用绑扎搭接接头，但接头位置应设在受力较小处。受力较小处。v 纵筋：纵筋：d12mm,圆柱中根数圆柱中根数 6，5；50mm 净距，中距净距，中距 350mm,c30mm。0.6%第24页/共47页v 箍筋：箍筋：封闭式；封闭式；d6mm,d纵纵/4（热轧）（热轧）；d5mm,d纵纵/5（冷拔低碳钢丝）；（冷拔低碳钢丝）；s400mm,15d纵纵，sb(横截面短边尺寸横截面短边尺寸)。复合箍筋复合箍筋:1)当柱截面短边尺寸大于当柱截面短边尺寸大于400mm 且各边纵向钢筋多于且各边纵向钢筋多于3根根;2)当柱截面短边尺寸不

13、大于当柱截面短边尺寸不大于400mm 但各边纵向钢筋多于但各边纵向钢筋多于4根时，根时，应设置复合箍筋；应设置复合箍筋；（每边（每边4 4根）根）（每边多于（每边多于4 4根）根）（每边（每边3 3根）根）（每边多于（每边多于3 3根）根）第25页/共47页时，时，d8mm，1350弯钩弯钩10d；焊环：焊环：s200,10d纵纵当当纵筋搭接长度范围内纵筋搭接长度范围内dd纵纵/4，s200mm,10d纵纵第26页/共47页例例10-2(GB50010)某三跨三层现浇框架结构的底层内柱，轴向力设计值N=1300kN，基顶至二楼楼面的高度为H=4.8m，混凝土强度等级为C30，钢筋用HRB335

14、级。试确定柱截面尺寸及纵筋面积。解解由由参考资料附表参考资料附表分别查得分别查得C30砼砼fc=14.3N/mm2，HRB335级钢级钢根据构造要求，根据构造要求，先假定柱截面尺寸先假定柱截面尺寸为为 300mm300mm按表按表10-2规定得：规定得：l0=1.0H=4.8m确定确定 ：由：由l0/b=4800/300=16，查表，查表10-1得得 。计算计算 ：由式（：由式（10-3）第27页/共47页满足最小配筋率的要求满足最小配筋率的要求可得：可得：选用选用（As=1256mm2），箍筋按构造要求可取箍筋按构造要求可取6300。第28页/共47页 当柱轴向力很大且柱截面尺寸受限制；当采

15、用普通箍筋的柱，提高混凝土强度等级和增加了纵筋配筋量也不足以承受该柱轴向压力时。间接钢筋可以约束核心混凝土在纵向受压时产生的横向变形，从而提高了混凝土抗压强度；同时间接钢筋中产生拉应力。配有螺旋箍筋的轴心受压构件配有螺旋箍筋的轴心受压构件第29页/共47页与与普普通通箍箍筋筋柱柱相相比比，螺螺旋旋箍箍筋筋柱柱的的承载力高，变形能力大；承载力高，变形能力大；螺螺旋旋箍箍筋筋使使混混凝凝土土处处于于三三向向受受压压状状态态，从从而而间间接接提提高高了了柱柱子子的的受受压压承承载力和变形能力。载力和变形能力。螺螺旋旋箍箍筋筋柱柱施施工工较较复复杂杂，用用钢钢量量较较多多，一一般般较较少少采采用用。螺

16、螺旋旋钢钢箍箍柱柱箍箍筋的形状为圆形。筋的形状为圆形。保护层剥落第30页/共47页第31页/共47页混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度第32页/共47页达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）第33页/共47页令第34页/共47页螺旋箍筋对承载力的影响系数a a，当fcu,k50N/mm2时，取a a =1.0；当fcu,k=80N/mm2时，取a a=0.85，其间直线插值。第35页/共47页采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。如螺旋箍筋配置过多，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产生剥落

17、，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箍筋柱受压承载力的1.5倍。Nssu1.5Nsu 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。规范规定：对长细比l0/d大于12的柱不应计入间接钢筋的影响作用。第36页/共47页 螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距 s 有关，为保证由一定约束效果，规范规定：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。第37页/共47页注意 N Nu u螺 1.01.0N

18、u普 1.51.5Nu普 l0/d12 12 否则不计fyAss0项 Ass0As/4 否则不计fyAss0项l螺旋箍轴压受力性能及破坏力l计算长度l构造要求常用截面：正方形、圆形、环形及正多边形。截面尺寸：方形截面不宜小于250mm250mm250mm250mm；长细比不宜过大，常取l0/b3030，l0/d2626纵 筋四周均置，44根；0.6%0.6%s s全5%5%121232mm32mm；中距300mm300mm；小结第38页/共47页l构造要求箍筋形式：封闭式直径：d/4，6mm，（8mm，3%级别：HPB300间距：Smaxmin(b,h)，400,15d（绑扎）（绑扎）20d（

19、焊接）（焊接）d纵筋直径纵筋直径 Smaxmin(dcor/5,80);Smin=40mm(螺旋箍)复合箍:min(b,h):min(b,h)400mm400mm且各边纵向钢筋多于3 3根 时，或当柱截面短边尺寸不大于400mm400mm但 各边纵向钢筋多于4 4根注意：纵筋每隔一根位于箍筋转角处，不许内折角箍筋；第39页/共47页l l钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数第40页/共47页l定义两端铰支 l0=l 一端固定一端自由 l0=2l两端固定 l0=0.5l 一端固定一端铰支 l0=0.7ll理想情况反弯点之间的距离l实际情况一般多层房屋中梁柱为刚接的框架

20、结构柱计算长度一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构柱计算长度l0楼盖类别楼盖类别柱的类别柱的类别l l0 0备备 注注现浇楼盖现浇楼盖底层柱底层柱1.00H1.00HH H对底层柱为从基础顶面到一层楼对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度；对其余各层柱为盖顶面的高度；对其余各层柱为上，下两层楼盖顶面之间的高度。上，下两层楼盖顶面之间的高度。其余各层柱其余各层柱1.25H1.25H 装配式楼盖装配式楼盖底层柱底层柱1.25H1.25H其余各层柱其余各层柱1.50H1.50H第41页/共47页例例10-3(GB50010)已知某公共建筑底层门厅内现浇钢筋混凝土圆柱，承受轴心压力设计值N=5200k

21、N。该柱的截面尺寸d=550mm。柱的计算长度l0=5.2m。混凝土强等级为C30，柱中纵筋用HRB335级，箍筋用HPB235级。求该柱的配筋。先按配有纵筋和箍筋柱计算先按配有纵筋和箍筋柱计算。（1）计算稳定系数）计算稳定系数值值：l0/d=5200/550=9.45查表101得：=0.966（2）求纵筋）求纵筋已知圆形混凝土截面面积为解解第42页/共47页由式（10-3）可得：（3）求配筋率）求配筋率配筋率较高，由于混凝土等级不宜再提高，并因配筋率较高，由于混凝土等级不宜再提高，并因 l0/d12，可采用可采用加配螺旋箍筋的办法以提高柱的承载能力加配螺旋箍筋的办法以提高柱的承载能力。下面就

22、按配。下面就按配有纵筋和螺旋箍筋柱来计算有纵筋和螺旋箍筋柱来计算第43页/共47页（4）假定纵筋配筋率）假定纵筋配筋率 则得 选用16根直径22的HRB335级钢筋，得到真实的 混凝土的保护层取用25mm,，得到dcor=d-2c=550-252=500m因为砼为C30C50，故间接钢筋对混凝土约束的折减系数将数值代入上式，得满足构造要求。第44页/共47页（6）假定螺旋箍筋直径）假定螺旋箍筋直径d=10mm，则单肢螺旋筋面积Ass1=78.5mm2。螺旋筋的间距s可通过下式求得：取s=40mm，满满足足不不小小于于40mm，并并不不大大于于80mm及及0.2dcor的要求。的要求。（7）根据所配置的螺旋箍筋d=10mm，s=40mm，重新用式求得间接配筋柱的轴向力设计值求得间接配筋柱的轴向力设计值Nu如下 第45页/共47页由于 ，说明该柱能承受的最大的轴心压力设计值可达5333.7kN。第46页/共47页感谢您的观看。第47页/共47页