鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)課件

1、第七章 軸心受壓構(gòu)件的截面承載力計(jì)算一、概述一、概述（1）軸心受力構(gòu)件的含義: 工程上軸力作用線與構(gòu)件截面形心軸線相重合時(shí)稱為軸心受力構(gòu)件。（2） 軸心受力構(gòu)件分： 軸心受拉構(gòu)件、軸心受壓構(gòu)件；（3）軸心受拉構(gòu)件特點(diǎn)： 軸心受拉構(gòu)件承載能力低，但設(shè)計(jì)簡單，因此，拱和桁架結(jié)構(gòu)中的拉桿，以及池的池壁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可近似的按軸心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算。圓圓形形壓壓壓拉拉（4）實(shí)際工程中理想的軸心受力構(gòu)件也是不存在的。原因：施工誤差；荷載不可避免的偏心；構(gòu)件制作過程中的不均勻性等很難達(dá)到完全的真正的軸心受力構(gòu)件。 但是，在在設(shè)計(jì)以恒載為主的多層多跨房屋的和屋架的受壓腹桿等構(gòu)件時(shí)，可近似的簡化軸心受壓構(gòu)件的計(jì)算

2、。（5）本章重點(diǎn)討論軸心受壓構(gòu)件。（6）截面形式：矩形（常用）；圓形；多邊形（7）配筋形式：縱筋；箍筋（普通、螺旋) 軸心受壓構(gòu)件內(nèi)配有縱向鋼筋和箍筋。根據(jù)箍軸心受壓構(gòu)件內(nèi)配有縱向鋼筋和箍筋。根據(jù)箍筋的配置方式不同，軸心受壓構(gòu)件可分為配置筋的配置方式不同，軸心受壓構(gòu)件可分為配置普通箍筋和配置螺旋箍筋普通箍筋和配置螺旋箍筋(或環(huán)式焊接鋼筋或環(huán)式焊接鋼筋)兩兩大類。大類。l普通箍筋的功能：軸心受壓普通箍筋的功能：軸心受壓的件中，的件中，箍筋可以固定縱向箍筋可以固定縱向受力鋼筋的位置；防止縱向受力鋼筋的位置；防止縱向鋼筋在混凝土破碎之前壓屈，鋼筋在混凝土破碎之前壓屈，保證縱筋與混凝土共同受壓保證縱筋

3、與混凝土共同受壓直到構(gòu)件破壞直到構(gòu)件破壞；l螺旋形箍筋功能：出上述外，螺旋形箍筋功能：出上述外，螺旋形箍筋對(duì)混凝上有較強(qiáng)螺旋形箍筋對(duì)混凝上有較強(qiáng)的環(huán)向約束用而能夠提高構(gòu)的環(huán)向約束用而能夠提高構(gòu)件的承載力和延性件的承載力和延性（8）根據(jù)構(gòu)件的長細(xì)比根據(jù)構(gòu)件的長細(xì)比(構(gòu)件的計(jì)算長度構(gòu)件的計(jì)算長度lo與構(gòu)與構(gòu)件的截面回轉(zhuǎn)半徑件的截面回轉(zhuǎn)半徑i之比之比)的不同，軸心受壓構(gòu)的不同，軸心受壓構(gòu)件可分為長柱和短柱。件可分為長柱和短柱。 短柱是指，對(duì)矩形截面短柱是指，對(duì)矩形截面l/b8l/b8、對(duì)圓形截面、對(duì)圓形截面l/d7l/d7、對(duì)一般截面、對(duì)一般截面l/i28l/i28的柱子的柱子 。反之為反之為長柱長

4、柱。 二、構(gòu)造要求(1)材料材料 混凝土強(qiáng)度對(duì)受壓構(gòu)件的承載力影響較大，故混凝土強(qiáng)度對(duì)受壓構(gòu)件的承載力影響較大，故宜采用宜采用強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土，如，如C25，C30，C40等。在高層建筑和重要結(jié)構(gòu)中，尚應(yīng)選擇等。在高層建筑和重要結(jié)構(gòu)中，尚應(yīng)選擇強(qiáng)度等級(jí)更高的混凝土。強(qiáng)度等級(jí)更高的混凝土。 鋼筋與混凝土共同受壓時(shí)，若鋼筋強(qiáng)度過高鋼筋與混凝土共同受壓時(shí)，若鋼筋強(qiáng)度過高(如高于如高于0.002Es)，則不能充分發(fā)揮其作用，則不能充分發(fā)揮其作用，故故不宜用高強(qiáng)度鋼筋作為受壓鋼筋不宜用高強(qiáng)度鋼筋作為受壓鋼筋。同時(shí)。同時(shí)，也，也不得用冷拉鋼筋作為受壓鋼筋不得用冷拉鋼筋作為受壓鋼筋。

5、(2)截面形式截面形式l軸心受壓構(gòu)件以軸心受壓構(gòu)件以方形為主方形為主，根據(jù)需要也可采用矩形截面、圓形截面或，根據(jù)需要也可采用矩形截面、圓形截面或正多邊形截面；正多邊形截面；截面最小邊長不宜小于截面最小邊長不宜小于250mm。l截面尺寸：構(gòu)件長細(xì)比一般截面尺寸：構(gòu)件長細(xì)比一般l0/b 30，通常為通常為15左右。圓形截面一般左右。圓形截面一般 l0/b25。對(duì)矩形截面（偏心構(gòu)件：。對(duì)矩形截面（偏心構(gòu)件：b/h=1/1.21/2.0).l截面模數(shù)：為施工支模方便，截面尺寸要采用整數(shù)，截面模數(shù)：為施工支模方便，截面尺寸要采用整數(shù)，800mm及一下及一下的，取的，取50mm的倍數(shù)，的倍數(shù)，800以上的

6、以上的100mm的倍數(shù)。的倍數(shù)。(3)縱向鋼筋縱向鋼筋l縱向受力鋼筋直徑縱向受力鋼筋直徑d不宜小于不宜小于12mm，一般為，一般為1232mm為便于為便于施工宜選用較大直徑鋼筋施工宜選用較大直徑鋼筋，以減少縱向彎曲，并防止在臨近破壞時(shí)鋼，以減少縱向彎曲，并防止在臨近破壞時(shí)鋼筋過早壓曲。圓柱中縱向鋼筋的根數(shù)不宜少于筋過早壓曲。圓柱中縱向鋼筋的根數(shù)不宜少于8根，且不應(yīng)小于根，且不應(yīng)小于6根。根。矩形柱中不宜少于矩形柱中不宜少于4根。根。l配筋率：最小配筋率：規(guī)范規(guī)定，對(duì)軸心受壓、偏心受壓構(gòu)件，配筋率：最小配筋率：規(guī)范規(guī)定，對(duì)軸心受壓、偏心受壓構(gòu)件，全部縱向配筋率（全部縱向配筋率（As/bh）*10

7、0%不應(yīng)小于不應(yīng)小于0.6%（原因：縱筋配置過小對(duì)（原因：縱筋配置過小對(duì)提高柱的抗載承載能力作用不大），提高柱的抗載承載能力作用不大），同一側(cè)配筋率同一側(cè)配筋率（As/bh）*100%不宜小不宜小于于0.2%(對(duì)偏心受壓柱情況對(duì)偏心受壓柱情況) 最大配筋率：全部縱向鋼筋的最大配筋率最大配筋率：全部縱向鋼筋的最大配筋率不宜大于不宜大于5.0%，常，常用范圍為用范圍為0.5%2.0%, 縱向鋼筋應(yīng)沿截面周邊均勻布置，鋼筋凈距不縱向鋼筋應(yīng)沿截面周邊均勻布置，鋼筋凈距不應(yīng)小于應(yīng)小于50mm，鋼筋中距亦不應(yīng)大于，鋼筋中距亦不應(yīng)大于300mm，混凝土保護(hù)層最小厚度一般為混凝土保護(hù)層最小厚度一般為25mm。

8、當(dāng)鋼筋直徑當(dāng)鋼筋直徑d32mm時(shí)，可采用綁扎搭接接時(shí)，可采用綁扎搭接接頭，但接頭位置應(yīng)設(shè)在受力較小處頭，但接頭位置應(yīng)設(shè)在受力較小處。(4)箍筋箍筋(直徑、間距、復(fù)合箍筋直徑、間距、復(fù)合箍筋 一般、高配筋率、搭接情況一般、高配筋率、搭接情況）應(yīng)當(dāng)應(yīng)當(dāng)采用封閉式箍筋采用封閉式箍筋，以保證鋼筋骨架的整體剛度并，以保證鋼筋骨架的整體剛度并保證構(gòu)在破壞階段箍筋對(duì)混凝土和縱向鋼筋的側(cè)向約保證構(gòu)在破壞階段箍筋對(duì)混凝土和縱向鋼筋的側(cè)向約束作用。束作用。箍筋的間距箍筋的間距s不應(yīng)大于不應(yīng)大于橫截面短邊尺寸，且不大于橫截面短邊尺寸，且不大于400mm。同時(shí)不應(yīng)大于。同時(shí)不應(yīng)大于15d(d為縱向鋼筋的最小直為縱向鋼

9、筋的最小直徑徑)。箍筋采用熱軋鋼筋時(shí)，箍筋采用熱軋鋼筋時(shí)，其直徑不應(yīng)小于其直徑不應(yīng)小于6mm，且不，且不應(yīng)小于應(yīng)小于d/4；采用冷拔低碳鋼筋時(shí)不應(yīng)小于；采用冷拔低碳鋼筋時(shí)不應(yīng)小于5mm和和d/5(為縱向鋼筋的最大直徑為縱向鋼筋的最大直徑)。當(dāng)柱每邊的縱向受力鋼筋不多于當(dāng)柱每邊的縱向受力鋼筋不多于3根根(或當(dāng)柱短邊尺寸或當(dāng)柱短邊尺寸b400mm而縱筋不多于而縱筋不多于4根根)時(shí)。可采用單個(gè)箍筋時(shí)?？刹捎脝蝹€(gè)箍筋,否否則應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋則應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋(圖圖2-9)。當(dāng)柱中全部縱向受力鋼筋配筋率超過當(dāng)柱中全部縱向受力鋼筋配筋率超過3時(shí)，箍筋直徑時(shí)，箍筋直徑不宜小于不宜小于8mm，且應(yīng)焊成封閉環(huán)式，或

10、箍筋末端應(yīng)做成，且應(yīng)焊成封閉環(huán)式，或箍筋末端應(yīng)做成不小于不小于135度的彎鉤，彎鉤末端平直段長度不應(yīng)小于度的彎鉤，彎鉤末端平直段長度不應(yīng)小于10倍倍箍筋直徑。其間距不應(yīng)大于箍筋直徑。其間距不應(yīng)大于10d(為縱向鋼筋的最小直徑為縱向鋼筋的最小直徑)。且不應(yīng)大于且不應(yīng)大于200mm。在受壓縱向鋼筋搭接長度范圍內(nèi)的箍筋直徑不應(yīng)小于在受壓縱向鋼筋搭接長度范圍內(nèi)的箍筋直徑不應(yīng)小于搭接鋼筋較大直徑的搭接鋼筋較大直徑的0.25倍，間距不應(yīng)小于倍，間距不應(yīng)小于10d，且不應(yīng)，且不應(yīng)大于大于200mm(d為受力鋼筋最小直徑為受力鋼筋最小直徑)。三、配有普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件承載能力計(jì)算三、配有普通箍筋的軸心受壓

11、構(gòu)件承載能力計(jì)算（一）（一）普通箍筋柱普通箍筋柱試驗(yàn)分析及破壞特征試驗(yàn)分析及破壞特征 根據(jù)構(gòu)件的長細(xì)比根據(jù)構(gòu)件的長細(xì)比(構(gòu)件的計(jì)算長度構(gòu)件的計(jì)算長度lo與構(gòu)件的截面回轉(zhuǎn)半與構(gòu)件的截面回轉(zhuǎn)半徑徑i之比之比)的不同，軸心受壓構(gòu)件可分為的不同，軸心受壓構(gòu)件可分為: 短柱短柱( (對(duì)矩形截面對(duì)矩形截面l lo o/ /b b88；對(duì)圓形截面；對(duì)圓形截面l lo o/ /d d77；對(duì)一般截面；對(duì)一般截面l lo o/ /i i2828， b b為截面寬度為截面寬度) )和長柱和長柱。 1. 短柱試驗(yàn)研究短柱試驗(yàn)研究bhAsANcNc混凝土壓碎鋼筋凸出oNcl混凝土壓碎鋼筋屈服第一階段：加載至鋼筋屈服第

12、二階段：鋼筋屈服至混凝土壓碎2 基本結(jié)論（1）對(duì)短柱，在整個(gè)加載過程中可能的初始偏心對(duì)構(gòu)件承載力無明顯影響；（2）由于鋼筋和混凝土之間存在著粘結(jié)力、兩者的壓應(yīng)變相等。（3）當(dāng)達(dá)到極限荷載時(shí)，鋼筋混凝上短柱的極限壓應(yīng)變大致與混凝土棱柱體受壓破壞時(shí)的壓應(yīng)變相同，即 0=0.002。此時(shí)混凝土的應(yīng)力達(dá)到棱柱體抗壓強(qiáng)度fck。（4）若鋼筋的屈服壓應(yīng)變小于混凝土破壞時(shí)的壓應(yīng)變則鋼筋首先達(dá)到抗壓屈服強(qiáng)度 ，鋼筋承擔(dān)的壓力維持不變，而繼續(xù)增加的荷載全部由混凝土承擔(dān)，直至混凝土被壓碎，在這類構(gòu)件中鋼筋和混凝土的抗壓強(qiáng)度都得到充分利用。 ykf（5）對(duì)于高強(qiáng)度鋼筋在構(gòu)件破壞時(shí)可能達(dá)不到屈服：短柱破壞時(shí)，鋼筋應(yīng)力

13、為s=0.002Es=0.002210N/2=400N/2，鋼材的強(qiáng)度不能被充分利用。此時(shí)計(jì)算中鋼筋的強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度或條件屈服強(qiáng)度）只能取400N/mm2（6）總之，在軸心受壓短柱中，不總之，在軸心受壓短柱中，不論受壓鋼筋在構(gòu)件破壞時(shí)是否屈論受壓鋼筋在構(gòu)件破壞時(shí)是否屈服，構(gòu)件的最終承載力都是由混服，構(gòu)件的最終承載力都是由混凝土壓碎來控制。在臨近破壞時(shí)，凝土壓碎來控制。在臨近破壞時(shí)，短柱四周出現(xiàn)明顯的縱向裂縫，短柱四周出現(xiàn)明顯的縱向裂縫，箍筋間的縱向鋼筋發(fā)生壓曲外鼓，箍筋間的縱向鋼筋發(fā)生壓曲外鼓，呈燈籠狀，以混凝土壓碎而告破呈燈籠狀，以混凝土壓碎而告破壞。壞。（二）（二） 短柱受壓截面分析的基本

14、方程短柱受壓截面分析的基本方程N(yùn)ucAs ssss=Essys,hfyccccccff)2501(100011200=0.002ocfcc平衡方程ucssNAA變形協(xié)調(diào)方程sc物理方程若若 s=0=0.002，則則2/400200000002.0002.0mmNEss軸心受壓短柱中，軸心受壓短柱中，當(dāng)鋼筋的強(qiáng)度超過當(dāng)鋼筋的強(qiáng)度超過400N/mm2時(shí)，其強(qiáng)時(shí)，其強(qiáng)度得不到充分發(fā)揮度得不到充分發(fā)揮當(dāng)0=0.002時(shí)，混凝土壓碎，柱達(dá)到最大承載力（三）（三）. 長柱軸心受壓試驗(yàn)研究長柱軸心受壓試驗(yàn)研究長柱的承載力短柱的承載力（相同材料、截面和配筋）原因：長柱受軸力和彎矩（二次彎矩）的共同作用規(guī)范”采

15、用穩(wěn)定系數(shù)來反映這種柱的承載能力隨長細(xì)比增大而降低的現(xiàn)象.blblblblbl/012. 087. 05035/021. 0177. 1344/18/00000時(shí)，時(shí)，時(shí)，試驗(yàn)研究表明：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，為安全計(jì)，取值小于上述結(jié)果，詳見教材表中，為安全計(jì)，取值小于上述結(jié)果，詳見教材表6-1短長cucuNN和長細(xì)比l0/b（矩形截面）直接相關(guān)il /0AIi/suluNN穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù) 主要與柱的長細(xì)主要與柱的長細(xì)比比l0/b有關(guān)有關(guān) 軸心受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算軸心受壓軸心受壓短短柱柱sycsuAfAfN軸心受壓軸心受壓長長柱柱suluNN suluNN穩(wěn)定

16、系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù) 主要與柱的長細(xì)主要與柱的長細(xì)比比l0/b有關(guān)有關(guān))(9 . 0sycuAfAfNN可靠度調(diào)整系數(shù)可靠度調(diào)整系數(shù) 0.9是考慮初始偏心的影響，以及主要承受恒是考慮初始偏心的影響，以及主要承受恒載作用的軸心受壓柱的可靠性。載作用的軸心受壓柱的可靠性。4 設(shè)計(jì)計(jì)算表達(dá)式設(shè)計(jì)計(jì)算表達(dá)式5設(shè)計(jì)計(jì)算方法(1)截面選擇計(jì)算;(2)承載能力校核.1. 配筋形式配筋形式ssdcordcor四、四、配有配有螺旋螺旋箍筋的軸心受壓構(gòu)件承載能力計(jì)算箍筋的軸心受壓構(gòu)件承載能力計(jì)算螺旋鋼箍柱螺旋鋼箍柱 和和 焊接環(huán)筋柱焊接環(huán)筋柱 2. 試驗(yàn)研究試驗(yàn)研究Nc素混凝土柱普通鋼筋混凝土柱螺旋箍筋鋼

17、筋混凝土柱荷載不大時(shí)螺旋箍柱和普通箍柱的性能幾乎相同保護(hù)層剝落使柱的承載力降低螺旋箍筋的約束使柱的承載力提高標(biāo)距NcNc試驗(yàn)結(jié)果分析：（1）柱受壓柱橫向變形螺旋箍筋約束橫向變形提高柱的承載能力。（2）外載不大時(shí)，螺旋箍筋受力不明顯。（3）外載較大，混凝土壓應(yīng)力較大，螺旋箍筋受有較大的應(yīng)力，橫向約束明顯。（4）混凝土壓應(yīng)變超過極限壓應(yīng)變，箍筋外的混凝土剝落，而核芯（箍筋內(nèi)的）混凝土在三向應(yīng)力狀態(tài)下，可進(jìn)一步承受壓力。3. 承載力計(jì)算承載力計(jì)算dcorrfyAss1fyAss1約束混凝土的抗壓強(qiáng)度cccrff當(dāng)箍筋屈服時(shí)徑向壓應(yīng)力r達(dá)最大值corssycorcorssycorssyrAAfsddA

18、fsdAf244220211核心區(qū)混凝土的截面積間接鋼筋的換算面積由力的平衡，得： 軸心受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)（保護(hù)層已達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)（保護(hù)層已剝落，不考慮）剝落，不考慮）ucccorysNf Af A 2ccorysyssof Af Af A 第三章 軸心受壓構(gòu)件的截面承載力sAdAsscorss10間接鋼筋的換算面積:00.9(2)uccoryssysNNf Af Af A間接鋼筋對(duì)承載力的影響系數(shù)間接鋼筋對(duì)承載力的影響系數(shù) ，當(dāng)，當(dāng)fcu,k50N/mm2時(shí)，取時(shí)，取 = 1.0；當(dāng)；當(dāng)fcu,k=80N/mm2時(shí)

19、，取時(shí)，取 =0.85，其間直線插值。，其間直線插值。令22考慮可靠度調(diào)整系數(shù)0.9，規(guī)范規(guī)定：軸心受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算采用螺旋箍筋可有效提高柱的軸心受壓承載力。采用螺旋箍筋可有效提高柱的軸心受壓承載力。如螺旋箍筋配置過多，極限承載力提高過大，則會(huì)在遠(yuǎn)未如螺旋箍筋配置過多，極限承載力提高過大，則會(huì)在遠(yuǎn)未達(dá)到極限承載力之前保護(hù)層產(chǎn)生剝落，從而影響正常使用。達(dá)到極限承載力之前保護(hù)層產(chǎn)生剝落，從而影響正常使用。 規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：按螺旋箍筋計(jì)算的承載力不應(yīng)大于按普通箍筋柱受壓承載按螺旋箍筋計(jì)算的承載力不應(yīng)大于按普通箍筋柱受壓承載力的力的1.5倍。倍。對(duì)長細(xì)比過大柱，由于縱向彎曲變形較大，截面不是全部對(duì)長細(xì)比過大柱，由于縱向彎曲變形較大，截面不是全部受壓，螺旋箍筋的約束作用得不到有效發(fā)揮。受壓，螺旋箍筋的約束作用得不到有效發(fā)揮。規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：對(duì)長細(xì)比