钢筋混凝土偏心受压构件.pptx

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1、第1页/共61页第2页/共61页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第3页/共61页偏心受压构件的破坏特征偏心受压构件的破坏特征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1、受拉破坏-大偏心受压情况M 较大，N 较小偏心距e0较大As配筋合适第4页/共61页第5页/共61页受拉构件的破坏受拉构件的破坏 是由于受拉钢筋首先到达屈服，而导致的压区混凝土压坏，其是由于受拉钢筋首先到达屈服，而导致的压区混凝土压坏，其承载力主要取决于受拉钢筋，故称为受拉破坏承载力主要取决于受拉钢筋，故称为受拉破坏 。第6页/共61页 当相对偏心距e0/h0较小或虽然相对偏心距e0/h0较

2、大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时As太多2、受压破坏、受压破坏-小偏心受压情况小偏心受压情况第7页/共61页构件的破坏是由于受压区混凝土到达其抗压强度，距轴力较远一侧的钢筋，构件的破坏是由于受压区混凝土到达其抗压强度，距轴力较远一侧的钢筋，无论受拉或受压，一般均未到达屈服，其承载力主要取决于受压区混凝土无论受拉或受压，一般均未到达屈服，其承载力主要取决于受压区混凝土及受压钢筋，故为受压破坏及受压钢筋，故为受压破坏 。第8页/共61页“受拉破坏受拉破坏”和和“受压受压破坏破坏”都属于材料发生都属于材料发生了破坏，了破坏，相同之处相同之处是截是截面的最终破坏是受压边面的最终破坏是受压边缘混凝土达到极

3、限压应缘混凝土达到极限压应变而被压碎；变而被压碎；不同之不同之处在处在于截面破坏的原因，于截面破坏的原因，即截面受拉部分和受压即截面受拉部分和受压部分谁先发生破坏。部分谁先发生破坏。第9页/共61页3、两类偏心受压破坏的界限、两类偏心受压破坏的界限 b,受拉钢筋先屈服，然后混凝土压碎-大偏心受压；b,混凝土先被压碎，为小偏心受压。第10页/共61页4、偏心受压构件的、偏心受压构件的N-M相关曲线相关曲线第11页/共61页5、附加偏心距附加偏心距 荷载作用位置的不确定性、荷载作用位置的不确定性、混凝土质量的不混凝土质量的不均匀及施工误差等综合的影响。实际工程中不存均匀及施工误差等综合的影响。实际

4、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在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不利影响，引入影响，引入附加偏心距附加偏心距ea。即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取计算偏即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取计算偏心距心距e0=M/N与附加偏心距与附加偏心距ea之和，称为之和，称为初始偏心初始偏心距距ei 一）、附加偏心距一）、附加偏心距第12页/共61页参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距ea取取20mm与与h/30 两者中的较大值，两者中的较大值，h是指偏心是指偏心方向的截面尺寸。方向的截面尺寸。第13页/共61页二阶效效应：轴向力在结构发

5、生层间位移二阶效效应：轴向力在结构发生层间位移和挠曲变形时会引起附加内力；和挠曲变形时会引起附加内力；（1）效应，有侧移框架中，二阶效应，有侧移框架中，二阶效应是指竖向荷载在产生了侧移的框架中效应是指竖向荷载在产生了侧移的框架中引起的附加内力；引起的附加内力；（2）效应，二阶效应是指轴向力效应，二阶效应是指轴向力在产生了挠曲变形的柱段中引起的附加内在产生了挠曲变形的柱段中引起的附加内力。力。6、结构侧移和构件挠曲引起的附加内力、结构侧移和构件挠曲引起的附加内力第14页/共61页 法法 考虑二阶效应的弹性方法考虑二阶效应的弹性方法考虑二阶效应的方法考虑二阶效应的方法第15页/共61页 对跨中截面

6、，轴力对跨中截面，轴力N的的偏偏心距为心距为ei+f，即跨中截，即跨中截面的弯矩为面的弯矩为 M=N(ei+f)。在截面和初始偏心距相在截面和初始偏心距相同的情况下，柱的同的情况下，柱的长细比长细比l0/h不同，侧向挠度不同，侧向挠度 f 的大的大小不同，影响程度会有很小不同，影响程度会有很大差别，将产生不同的破大差别，将产生不同的破坏类型。坏类型。-l0 法法第16页/共61页 对于长细比l0/h5，l0/i17.5或l0/d5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。

7、第17页/共61页 长细比l0/h=530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。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18页/共61页长细比l0/h 30的细长柱侧向挠度 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

8、门计算第19页/共61页偏心距增大系数偏心距增大系数第20页/共61页偏心距增大系数l0第21页/共61页n对于小偏心受压构件，离纵向力较远一侧钢筋可能受对于小偏心受压构件，离纵向力较远一侧钢筋可能受拉不屈服或受压，且受压区边缘的混凝土的应变小一拉不屈服或受压，且受压区边缘的混凝土的应变小一般小于般小于0.0033，截面破坏时的曲率小于界限破坏时的，截面破坏时的曲率小于界限破坏时的曲率曲率。规范用。规范用偏心受压构件截面曲率修正系数偏心受压构件截面曲率修正系数1第22页/共61页n试验表明，随着长细比的增大，达到最大承载力时截试验表明，随着长细比的增大，达到最大承载力时截面应变值面应变值(钢筋

9、与混凝土钢筋与混凝土)减小，使控制截面的极限曲率减小，使控制截面的极限曲率随随l 0/h的增加而减小，通过乘一个修正系数的增加而减小，通过乘一个修正系数2（称为（称为偏心偏心受压构件长细比对截面曲率的影响系数受压构件长细比对截面曲率的影响系数）第23页/共61页实际考虑是在实际考虑是在初始偏心距ei 的基础上的基础上第24页/共61页上节课总结e0=M/N附加偏心距附加偏心距ea取取20mm与与h/30 两者中的较大两者中的较大值，值，h是指偏心方向的截面尺寸。是指偏心方向的截面尺寸。一、初始偏心距一、初始偏心距第25页/共61页二、两类偏心受压破坏的界限二、两类偏心受压破坏的界限 b,受拉钢

10、筋先屈服，然后混凝土压碎-大偏心受压；b,混凝土先被压碎，为小偏心受压。第26页/共61页三、偏心受压构件的三、偏心受压构件的N-M相关曲线相关曲线第27页/共61页原因：四、二阶效应引起的临界四、二阶效应引起的临界截面弯矩增大系数截面弯矩增大系数l0第28页/共61页三个条件同时满足时，第29页/共61页 偏心受压正截面受力分析方法与受弯情况是相同的，偏心受压正截面受力分析方法与受弯情况是相同的，即仍采用以即仍采用以平截面假定平截面假定为基础的计算理论。为基础的计算理论。等效矩形应力图等效矩形应力图的强度为的强度为1 fc，等效矩形应力图的，等效矩形应力图的高度与中和轴高度的比值为高度与中和

11、轴高度的比值为。当受压区高度满足当受压区高度满足x2a/时，受压钢筋可以屈服。时，受压钢筋可以屈服。5.3 非对称配筋非对称配筋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第30页/共61页第31页/共61页1、大偏心受压破坏、大偏心受压破坏适用条件 b,保证受拉钢筋应力先达到屈服；x2as，保证受压钢筋应力能达到屈服。当x 2as时，取x=2as，对受压钢筋取距第32页/共61页As受压不屈服受压不屈服2、受压破坏、受压破坏(小偏心受压小偏心受压)第33页/共61页As受拉不屈服受拉不屈服第34页/共61页As受压屈服受压屈服第35页/共61页As受压屈服时受压屈服时As受压屈服

12、判断条件受压屈服判断条件第36页/共61页大小偏心近似判据真实判据第37页/共61页大偏心受压不对称配筋小偏心受压不对称配筋大偏心受压对称配筋小偏心受压对称配筋不对称配筋对称配筋实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，所以采用对称配筋对称配筋不会在施工中产生差错，为方便施工通常采用对称配筋第38页/共61页非对称配筋矩形截面非对称配筋矩形截面截面设计截面设计按e i 0.3h0按小偏心受压计算若ei 0.3h0先按大偏心受压计算，(b确定为大偏心受压构件。若求得的b时，按小偏心受压计算。)强度复核强度复核第39页/共61页一、不对称配筋截面设计一、不对称配筋截面设计1、大偏心受压（受拉破坏）已

13、知：截面尺寸(bh)、材料强度(fc、fy，fy)、构件长细比(l0/h)以及轴力N和弯矩M设计值，若h hei0.3h0，一般可先按大偏心受压情况计算第40页/共61页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41页/共61页As为已知时两个基本方程求两个未知数As 和 x，先由第二式求解x，若x 2as，则可将代入第一式得若x x xbh0？若As小于r rmi

14、nbh？应取As=r rminbh。则应按As为未知情况重新计算确定As第42页/共61页近似取x=2a，按下式确定As若x2a？例题5-4、5-5、5-6第43页/共61页2、小偏心受压（受压破坏）、小偏心受压（受压破坏）ei0.3h0两个基本方程中有三个未知数，As、As和x x，故无唯一解。为使用钢量最小，故可取As取第44页/共61页当偏心距很小时，如附加偏心距ea与荷载偏心距e0方向相反，则可能发生As一侧混凝土首先达到受压破坏的情况，这种情况称为“反向破坏”(N fcbh)e=0.5h-a-(e0-ea),h0=h-a第45页/共61页第46页/共61页确定As后，就只有x x 和

15、As两个未知数，故可得唯一解。第47页/共61页 ，则将x x 代入直接求得As。（3）根据求得的x和 ，可分为以下情况书上p140表5-2中第三种情况是上述（2）（3）耦合例题7第48页/共61页二、不对称配筋截面复核二、不对称配筋截面复核在截面尺寸(bh)、截面配筋As和As、材料强度(fc、fy，f y)、以及构件长细比(l0/h)均为已知时，求构件能承受的轴力设计值界限偏心距第49页/共61页5.4 对称配筋截面对称配筋截面对称配筋截面，即As=As，fy=fy，a=a。实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，所以采用对称配筋对称配筋不会在施工中产生差错，为方便施工通常采用对称配筋第5

16、0页/共61页1、大偏心受压 x=N/a a1 1 fcb若x=N/a a1 1 fcb 第52页/共61页第53页/共61页对称配筋截面设计对称配筋截面校核例5-9、5-10及5-11构造要求（配筋率问题讲解）作业：5.4、5.5、5.6、5.7、5.8 第54页/共61页受压构件的配筋构造要求材料强度材料强度：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：通常采用400/500级钢筋，不宜过高。截面形状和尺寸截面形状和尺寸：采用矩形截面，单层工业厂房的预

17、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。第55页/共61页纵向钢筋纵向钢筋：纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲作用。同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用（垂直于弯矩作用平面），以及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附表18要求；一侧受压钢筋的配筋率不

18、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 r=(As+As)/A计算，一侧受压钢筋的配筋率按r r=As/A计算，其中A为构件全截面面积。第56页/共61页配筋构造：配筋构造：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。纵向钢筋的保护层厚度要求见附表，且不小于钢筋直径d。当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的净距不小于50mm。对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小应按梁的规定取值。截面

19、各边纵筋的中距不应大于350mm。当h600mm时，在柱侧面应设置直径1016mm的纵向构造钢筋，并相应设置复合箍筋或拉筋。第57页/共61页第58页/共61页箍箍 筋筋：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。箍筋间距不应大于400mm，也不应大于截面短边尺寸；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。当柱中全部纵筋的配筋率超过3%，箍筋直径不宜小于8mm，且箍筋末端应应作成135的弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于10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多于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多于4根时，应设置复合箍筋。对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，以避免箍筋受拉时使折角处混凝土破损。第59页/共61页第60页/共61页感谢您的观看。第61页/共61页