5-1.軸心受力構(gòu)件承載力計(jì)算2

1、軸心受拉構(gòu)件-屋架弦桿6.1 軸心受拉構(gòu)件的承載力計(jì)算 一、受力過程和破壞特征 軸心受拉構(gòu)件從加載開始到破壞為止，其受力過程可分為三個不同階段。 0Ncr0NcrnAAsNNcrNNcrNyNyIII階段 從加載到混凝土開裂前，屬于第I階段。此時，鋼筋和混凝土共同承受拉力。應(yīng)力與應(yīng)變大致成正比。拉力荷載值和截面平均拉應(yīng)變之間基本上呈線性關(guān)系， 混凝土開裂后至鋼筋屈服前，屬于第階段。首先在截面最薄弱處產(chǎn)生第一條裂縫，隨 著荷載的增加，先后在一些截面上出現(xiàn)裂縫。此時，在裂縫處的混凝土不再承受拉力，所有拉力均由鋼筋來承擔(dān)。在相同的拉力增量作用下，平均拉應(yīng)變增量加大NcrNulyN 當(dāng)拉力值接近屈服荷

2、載Ny時，受拉鋼筋開始屈服。在此過程中，荷載稍有增加，裂縫迅速擴(kuò)展。當(dāng)鋼筋全部達(dá)到屈服時，(即荷載達(dá)到屈服荷載Ny時)裂縫開展很大，可認(rèn)為構(gòu)件達(dá)到了破壞狀態(tài)Nu 。二、承載力計(jì)算公式 軸心受拉構(gòu)件破壞時，混凝土早已被拉裂，全部外力由鋼筋來承受。軸心受拉構(gòu)件的承載力計(jì)算公式如下：) 16.( syuAfNN工業(yè)和民用建筑中的單層廠房和多層框架柱偏心受壓構(gòu)件當(dāng)縱向外力N作用線與構(gòu)件截面形心重合時，稱為軸心受力構(gòu)件；當(dāng)縱向外力N作用線偏離構(gòu)件軸線或同時作用軸力及彎矩時，稱為偏心受力構(gòu)件。(a)軸心受壓 (b)單向偏心受壓 (c)雙向偏心受壓受壓構(gòu)件往往在結(jié)構(gòu)中具有重要作用，一旦產(chǎn)受壓構(gòu)件往往在結(jié)構(gòu)中

3、具有重要作用，一旦產(chǎn)生破壞，將導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的損壞，甚至倒塌。生破壞，將導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的損壞，甚至倒塌。軸心受壓構(gòu)件的截面承載力計(jì)算 對于單一勻質(zhì)材料的構(gòu)件，當(dāng)縱向外力對于單一勻質(zhì)材料的構(gòu)件，當(dāng)縱向外力N的作的作用線與構(gòu)件截面形心軸線重合時為用線與構(gòu)件截面形心軸線重合時為軸心受力軸心受力，不重合時為不重合時為偏心受力偏心受力。 鋼筋混凝土構(gòu)件由兩種材料組成，其中混凝土鋼筋混凝土構(gòu)件由兩種材料組成，其中混凝土是非勻質(zhì)材料，鋼筋可不對稱布置，故對鋼筋是非勻質(zhì)材料，鋼筋可不對稱布置，故對鋼筋混凝土構(gòu)件，只有均勻受壓混凝土構(gòu)件，只有均勻受壓(或受拉或受拉)的內(nèi)合力的內(nèi)合力與縱向外力在同一直線時為軸心受力，

4、其余情與縱向外力在同一直線時為軸心受力，其余情況下均為偏心受力。習(xí)慣上利用縱向外力作用況下均為偏心受力。習(xí)慣上利用縱向外力作用點(diǎn)與構(gòu)件混凝土形心是否重合來判別是點(diǎn)與構(gòu)件混凝土形心是否重合來判別是軸心受軸心受力還是偏心受力力還是偏心受力。 在工程中，嚴(yán)格意義上軸線受壓不存在，所謂在工程中，嚴(yán)格意義上軸線受壓不存在，所謂的軸壓構(gòu)件或多或少的都存在偏心。的軸壓構(gòu)件或多或少的都存在偏心。一、配有縱筋和箍筋柱的承載力計(jì)算一、配有縱筋和箍筋柱的承載力計(jì)算 二、配有縱筋和螺旋式二、配有縱筋和螺旋式(或焊接環(huán)式或焊接環(huán)式)箍筋柱箍筋柱的承載力計(jì)算的承載力計(jì)算5.2.1 軸心受壓普通箍筋柱的正截面承載力計(jì)算 縱

5、筋的作用:提高柱的承載力，減小構(gòu)件的截面尺寸；防止因偶然偏心造成的破壞;改善構(gòu)件的延性；以及減小混凝土的徐變變形。箍筋能與縱筋形成骨架；防止縱筋受力后外凸。1受力分析和破壞特征 矩形截面軸心受壓短柱 在軸心荷載作用下整個截面的應(yīng)變基本上是均勻分布的。當(dāng)外力較小時壓縮變形的增加與外力的增長成正比，但外力稍大后，變形增加的速度快于外力增長的速度，配置縱筋數(shù)量越少，這個現(xiàn)象越為明顯。隨著外力的繼續(xù)增加，柱中開始出現(xiàn)微細(xì)裂縫，在臨近破壞荷載時，柱四周出現(xiàn)明顯的縱向裂縫，箍筋間的縱筋發(fā)生壓屈，向外凸出，混凝土被壓碎而整個柱破壞N初始受力試驗(yàn)表明，在整個加載過程中，由于鋼筋和混凝土之間存在著粘結(jié)力，兩者壓

6、應(yīng)變基本一致確定鋼筋與混凝土的應(yīng)力關(guān)系s =c =平衡條件：ssccAAN010020030040050020406080100cs2004006008001000N(kN) cyf =235MPafy=540MPa矩形截面軸心受壓長柱 前述是短柱的受力分析和破壞特征。對于長細(xì)比較大的長柱，試驗(yàn)表明，由于各種偶然因素造成的初始偏心距的影響是不可忽略的。加載后由于有初始偏心距將產(chǎn)生附加彎距，這樣相互影響的結(jié)果使長柱最終在彎矩及軸力共同作用下發(fā)生破壞。對于長細(xì)比很大的長柱，還有可能發(fā)生“失穩(wěn)破壞”的現(xiàn)象，長柱的破壞荷載低于其他條件相同的短柱破壞荷載。穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù) 試驗(yàn)表明，長柱的破壞荷載低于其

7、他條件相同的短柱破壞荷載。規(guī)范中采用穩(wěn)定系數(shù)表示承載能力的降低程度，即suluNN 穩(wěn)定系數(shù)與構(gòu)件的長細(xì)比l0/b （ l0 為柱的計(jì)算長度， b 為柱截面短邊）有關(guān)l0/b ，的關(guān)系 長細(xì)比l0/b 越大，值越小。 l0/b8時，=1；考慮混凝土強(qiáng)度等級，鋼筋種類及陪筋率得出以下統(tǒng)計(jì)關(guān)系：bl0012. 087. 0l0/b=3550l0/b=834bl0021. 0177. 1長細(xì)比l0/b的取值 l0與構(gòu)件兩端支撐條件有關(guān)： 兩端鉸支 l0= l， 兩端固支 l0=0.5 l 一端固支一端鉸支 l0=0.7 l 一端固支一端自由 l0=2 l 表5-1直接查取 規(guī)范7.3.2.-32.承

8、載力計(jì)算公式 N軸向力設(shè)計(jì)值；穩(wěn)定系數(shù)，見表5-1； fc混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 A構(gòu)件截面面積； fy縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； As全部縱向鋼筋的截面面積。 0.9可靠度調(diào)整系數(shù)縱向鋼筋配筋率大于3時，式中A應(yīng)改用An： An= A- As)AfAf(.NNsycu90計(jì)算解決兩類問題 1.計(jì)算截面承載力 例題5.1 2.復(fù)核截面安全度 例題5.25.2.2配有縱筋和螺旋式(或焊接環(huán)式)箍筋柱的承載力計(jì)算 柱承受很大軸心受壓荷載，并且柱截面尺寸由于建筑上及使用上的要求受到限制，若按配有縱筋和箍筋的柱來計(jì)算，即使提高了混凝土強(qiáng)度等級和增加了縱筋配筋量也不足以承受該荷載時，可考慮采用螺旋筋

9、柱或焊接環(huán)筋柱以提高構(gòu)件的承載能力。 但這種柱因施工復(fù)雜，用鋼量較多，造價較高，一般很少采用。 柱的截面形狀一般為圓形或多邊形。 第四章 軸心受力構(gòu)件的截面承載力計(jì)算2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)混凝土在三向受力的情況下，由于側(cè)壓力的的約束作用，其抗壓強(qiáng)度會有所提高。配置螺旋筋或焊接環(huán)筋的柱能起到這種側(cè)向約束作用。試驗(yàn)表明，在螺旋筋或焊接環(huán)筋約束混凝土橫向變形從而提高混凝土強(qiáng)度和變形能力的同時，螺旋筋或焊接環(huán)筋中產(chǎn)生了拉應(yīng)力。當(dāng)外力逐漸加大，它的應(yīng)力達(dá)到抗拉屈服強(qiáng)度時，就不再能有效地約束混凝土的橫向變形，混凝土的抗壓強(qiáng)度就不能再提高，這時構(gòu)件達(dá)到破壞。螺旋筋或焊

10、接環(huán)筋外的混凝土保護(hù)層在螺旋筋或焊接環(huán)筋受到較大拉應(yīng)力時 就開裂，故在計(jì)算時不考慮此部分混凝土。螺旋筋或焊接環(huán)筋(也可稱為“間接鋼筋”)所包圍的核心截面的混凝土的實(shí)際抗壓強(qiáng)度，因套箍作用而高于混凝土軸心抗壓強(qiáng)度。第一節(jié) 軸心受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算混凝土圓柱體三向受壓狀態(tài)的縱向抗壓強(qiáng)度混凝土圓柱體三向受壓狀態(tài)的縱向抗壓強(qiáng)度214cf基本公式-參數(shù)說明f -被約束后的混凝土軸心抗壓強(qiáng)度，2 （r）當(dāng)間接鋼筋的應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度時，柱的核心混凝土受到的徑向壓應(yīng)力值。2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)2cffAss1單根間接鋼筋的截面面積；fy間接鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； s沿構(gòu)

11、件軸線方向間接鋼筋的間距；dcor構(gòu)件的核心直徑；Asso間接鋼筋的換算截面面基本公式建立corssyrsdAf122 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)rcffsddAfcorcorssy44221)65(2corssoyAAf2 （ r）確定的首要內(nèi)容)65(2corssoyrAAf)75(1sdAAcorsssso間接鋼筋的換算截面面核心混凝土面積42corcordA 據(jù)縱向內(nèi)外力的平衡，得到螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋柱的承載力計(jì)算公式如下：sycoruAfAfNNrcffsycorrcAfAf)(corssoyrAAf2。，考慮可靠度調(diào)整系數(shù)取9 . 022)96

12、)(2(9 . 0syssoycorcAfAfAfN85. 080150,時，時混凝土強(qiáng)度小于的折減系數(shù)。間接鋼筋對混凝土約束CC)85.(2sycorrcorcAfAAfssoyAf 為使間接鋼筋外面的混凝土保護(hù)層對抵抗脫落有足夠的安全，為使間接鋼筋外面的混凝土保護(hù)層對抵抗脫落有足夠的安全，規(guī)范規(guī)范規(guī)定按式規(guī)定按式 (59)算得的構(gòu)件承載力不應(yīng)比按式算得的構(gòu)件承載力不應(yīng)比按式(54)算算得的大得的大50。 凡屬下列情況之一者，不考慮間接鋼筋的影響而按式凡屬下列情況之一者，不考慮間接鋼筋的影響而按式(54)計(jì)算計(jì)算構(gòu)件的承載力：構(gòu)件的承載力： (1)當(dāng)當(dāng)l0/d 12時，因長細(xì)比較大，因縱向彎曲引起螺旋筋不起作時，因長細(xì)比較大，因縱向彎曲引起螺旋筋不起作用；用； (2)當(dāng)按式當(dāng)按式(59)算得受壓承載力小于按式算得受壓承載力小于按式(54)算得的受壓承載算得的受壓承載力時；力時； (3)當(dāng)間接鋼筋換算