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文檔簡介
1、第5章 受壓構(gòu)件的截面承載力1.1.軸壓構(gòu)件正截面受壓承載力;軸壓構(gòu)件正截面受壓承載力;2.2.偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài);偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài);3.3.縱向彎曲的影響,縱向彎曲的影響,N-MN-M關(guān)系曲線;關(guān)系曲線;4.4.大小偏壓的界限及大、小偏壓截面(正截面)大小偏壓的界限及大、小偏壓截面(正截面) 承載力計算;承載力計算;5.5.矩形截面對稱、不對稱配筋,工字形截面對稱配筋矩形截面對稱、不對稱配筋,工字形截面對稱配筋 的計算方法及的計算方法及構(gòu)造要求構(gòu)造要求;6.6.偏心構(gòu)件的斜截面承載力計算。偏心構(gòu)件的斜截面承載力計算。 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 教學(xué)要求教學(xué)要求1. 1. 理解軸心受
2、壓螺旋筋柱間接配筋的原理;理解軸心受壓螺旋筋柱間接配筋的原理;2. 2. 深刻理解偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)和矩形截面受深刻理解偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)和矩形截面受壓承載力的計算簡圖和基本計算公式;壓承載力的計算簡圖和基本計算公式;3. 3. 熟練掌握矩形截面對稱配筋偏心受壓構(gòu)件的受壓熟練掌握矩形截面對稱配筋偏心受壓構(gòu)件的受壓承載力計算;承載力計算;4. 4. 領(lǐng)會受壓構(gòu)件中縱向鋼筋和箍筋的主要構(gòu)造要求。領(lǐng)會受壓構(gòu)件中縱向鋼筋和箍筋的主要構(gòu)造要求。 基本概念基本概念1.受壓構(gòu)件:承受軸向壓力為主的構(gòu)件。受壓構(gòu)件:承受軸向壓力為主的構(gòu)件。2.分類:分類:(1)軸心受壓構(gòu)件)軸心受壓構(gòu)件:軸向力作用線通
3、過構(gòu)件截面的幾:軸向力作用線通過構(gòu)件截面的幾何中心(理論上應(yīng)為物理中心,即重心);何中心(理論上應(yīng)為物理中心,即重心);(2)偏心受壓構(gòu)件)偏心受壓構(gòu)件:軸向力作用線不通過構(gòu)件截面的:軸向力作用線不通過構(gòu)件截面的幾何中心;通過一個主軸時,為單向偏心;不通過幾何中心;通過一個主軸時,為單向偏心;不通過二個主軸時,為雙向偏心;二個主軸時,為雙向偏心;中間柱中間柱角柱角柱邊柱邊柱(1)軸心受壓構(gòu)件:結(jié)構(gòu)的中間柱)軸心受壓構(gòu)件:結(jié)構(gòu)的中間柱 (恒載為主,跨度相等);(恒載為主,跨度相等);(2)單向偏心受壓構(gòu)件:結(jié)構(gòu)的邊柱;)單向偏心受壓構(gòu)件:結(jié)構(gòu)的邊柱;(3)雙向偏心受壓構(gòu)件:結(jié)構(gòu)的角柱;)雙向偏心
4、受壓構(gòu)件:結(jié)構(gòu)的角柱;3. 框架結(jié)構(gòu)中的受壓構(gòu)件框架結(jié)構(gòu)中的受壓構(gòu)件5.1 5.1 受壓構(gòu)件的一般構(gòu)造要求受壓構(gòu)件的一般構(gòu)造要求(9.39.3條)條)5.1.1 截面形式和尺寸截面形式和尺寸1. 截面形式:截面形式:矩形、方形:矩形、方形:常用(便于支模)常用(便于支模) 工字形:工字形:為了節(jié)約砼,減輕自重為了節(jié)約砼,減輕自重 圓形、多邊形:圓形、多邊形:主要為了建筑造型主要為了建筑造型 T形:形:拱結(jié)構(gòu)的肋拱結(jié)構(gòu)的肋2. 尺寸要求:尺寸要求: 方形柱:方形柱:截面尺寸截面尺寸 250250mm ; 有抗震要求時有抗震要求時 300300mm。 矩形柱:矩形柱:l0/b30; l0/h25避
5、免柱長細(xì)比過大;避免柱長細(xì)比過大; h800mm,采用,采用50mm的倍數(shù),的倍數(shù), h800mm,采用,采用100mm的倍數(shù);的倍數(shù); 工字形柱:工字形柱:翼緣厚度翼緣厚度120 mm, 腹板厚度腹板厚度100 mm(地震區(qū)加大)。(地震區(qū)加大)。5.1.2 材料強(qiáng)度要求:材料強(qiáng)度要求: 1. 混凝土混凝土:一般?。阂话闳30C50,高層建筑底層柱可,高層建筑底層柱可 C40C40(主要因為軸力大)(主要因為軸力大); 2. 縱筋縱筋:HRB335、HRB400、HRBF400、HRB500 不宜采用高強(qiáng)鋼筋;不宜采用高強(qiáng)鋼筋; 3. 箍筋箍筋:HRB400,HRB335,也可采用,也可采
6、用HPB300,5.1.3 受力縱筋受力縱筋1. 配筋率配筋率:min:全部縱筋全部縱筋0.6%0.6%(300,335300,335),或),或 0.55%0.55%(400400),或),或0.5%0.5%(500500);一側(cè)鋼筋);一側(cè)鋼筋0.2%0.2%max:5 5% %,從經(jīng)濟(jì)、施工、受力綜合考慮,從經(jīng)濟(jì)、施工、受力綜合考慮2. 設(shè)置設(shè)置:軸壓構(gòu)件:沿截面四周均勻布置,軸壓構(gòu)件:沿截面四周均勻布置,4根根;偏壓構(gòu)件:偏心方向截面的兩邊。當(dāng)偏壓構(gòu)件:偏心方向截面的兩邊。當(dāng)h600mm600mm時,側(cè)面應(yīng)時,側(cè)面應(yīng)設(shè)設(shè)10mm10mm的構(gòu)造鋼筋,并設(shè)相應(yīng)的附加箍筋或拉筋的構(gòu)造鋼筋,并
7、設(shè)相應(yīng)的附加箍筋或拉筋。圓柱:縱筋且宜沿周邊均勻布置,不宜少于圓柱:縱筋且宜沿周邊均勻布置,不宜少于8 根,不應(yīng)少根,不應(yīng)少于于6 根;根;3. 鋼筋直徑鋼筋直徑:12mmmm,通常選用通常選用16mm16mm32mm32mm 為了減少鋼筋在施工中可能出現(xiàn)的彎曲為了減少鋼筋在施工中可能出現(xiàn)的彎曲100025mm,受壓鋼筋直徑,受壓鋼筋直徑 28mm,不宜采用搭接接頭。,不宜采用搭接接頭。5.1.4 箍筋箍筋1. 形式形式:封閉式:封閉式箍住縱筋,防止縱筋壓屈箍住縱筋,防止縱筋壓屈; 可以焊接或綁扎??梢院附踊蚪壴?。 2. 間距間距: 綁扎骨架綁扎骨架15d(縱筋最小直徑)(縱筋最小直徑) 且且
8、400mm;截面短邊尺寸截面短邊尺寸b。3. 直徑:直徑:(1/4)d(1/4)d(縱筋最大直徑);(縱筋最大直徑);6mm6mm 注:注:當(dāng)縱筋當(dāng)縱筋3% %時,箍筋直徑時,箍筋直徑8mm8mm, 間距間距10d10d(縱筋最小直徑)(縱筋最小直徑) 且且200mm200mm4. 箍筋彎鉤:箍筋彎鉤:箍筋末端應(yīng)做成箍筋末端應(yīng)做成135彎鉤,且彎鉤末彎鉤,且彎鉤末端平直段長度端平直段長度10d,d 為縱向受力鋼筋的最小直徑;為縱向受力鋼筋的最小直徑;5. 復(fù)合箍筋復(fù)合箍筋:b400mm且一邊鋼筋且一邊鋼筋3根;根; 或或b400mm且一邊鋼筋且一邊鋼筋4根需設(shè)置。根需設(shè)置。5.2 5.2 軸心
9、受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算在實際結(jié)構(gòu)中,理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎是不存在的。在實際結(jié)構(gòu)中,理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎是不存在的。通常由于通常由于施工制造的誤差施工制造的誤差、荷載作用位置的不確定性、混凝土荷載作用位置的不確定性、混凝土質(zhì)量的不均勻性質(zhì)量的不均勻性等原因,往往存在一定的等原因,往往存在一定的初始偏心距初始偏心距。但有些構(gòu)件,如以但有些構(gòu)件,如以恒載恒載為主的為主的等跨多層房屋的內(nèi)柱、桁架中的等跨多層房屋的內(nèi)柱、桁架中的受壓腹桿受壓腹桿等,主要承受軸向壓力,可近似按軸心受壓構(gòu)件計算。等,主要承受軸向壓力,可近似按軸心受壓構(gòu)件計算。普通箍筋柱普通箍筋柱:箍筋箍筋的作用的作
10、用? 縱筋縱筋的作用的作用?螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱:箍筋的形狀為圓:箍筋的形狀為圓形,且間距較密,其作用形,且間距較密,其作用?第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算普通箍筋柱:普通箍筋柱:縱筋縱筋+普通箍筋普通箍筋螺旋箍筋柱:螺旋箍筋柱:縱筋縱筋+螺旋式箍筋;螺旋式箍筋;第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算 縱筋的作用:縱筋的作用: 協(xié)助混凝土受壓,提高承載力,減小協(xié)助混凝土受壓,提高承載力,減小bh;為何規(guī)定受壓鋼筋最小配筋率?
11、為何規(guī)定受壓鋼筋最小配筋率?防止偶然偏心破壞,承擔(dān)可能不大的彎矩;防止偶然偏心破壞,承擔(dān)可能不大的彎矩;減小砼的收縮和徐變,改善延性;減小砼的收縮和徐變,改善延性;u 承受砼收縮和溫度變化引起的拉應(yīng)力。承受砼收縮和溫度變化引起的拉應(yīng)力。實驗表明,收縮和徐變能把柱截面中的壓力由混凝土實驗表明,收縮和徐變能把柱截面中的壓力由混凝土向鋼筋轉(zhuǎn)移,從而使鋼筋壓應(yīng)力不斷增長。壓應(yīng)力的向鋼筋轉(zhuǎn)移,從而使鋼筋壓應(yīng)力不斷增長。壓應(yīng)力的增長幅度隨配筋率的減小而增大。如果不給配筋率規(guī)增長幅度隨配筋率的減小而增大。如果不給配筋率規(guī)定一個下限,鋼筋中的壓應(yīng)力就可能在持續(xù)使用荷載定一個下限,鋼筋中的壓應(yīng)力就可能在持續(xù)使用
12、荷載下增長到屈服應(yīng)力水準(zhǔn)。下增長到屈服應(yīng)力水準(zhǔn)。第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算 箍筋的作用箍筋的作用 與縱筋形成骨架;與縱筋形成骨架;防止縱筋受壓后外凸(壓屈);防止縱筋受壓后外凸(壓屈);改善構(gòu)件延性;改善構(gòu)件延性;5.2.1 軸心受壓普通箍筋柱的正截面受壓承載力計算軸心受壓普通箍筋柱的正截面受壓承載力計算1. 短柱的破壞過程短柱的破壞過程 短柱軸壓下,截面的應(yīng)變基本均勻。由于鋼筋和短柱軸壓下,截面的應(yīng)變基本均勻。由于鋼筋和砼的粘結(jié)力,使鋼筋和砼能夠共同變形。砼的粘結(jié)力,使鋼筋和砼能夠共同變形。 軸力較
13、小時,鋼筋和砼均處于彈性階段,軸力較小時,鋼筋和砼均處于彈性階段,與與N N成成正比,正比,c ,s 也與也與N N成正比;成正比;第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算 隨隨N增加,進(jìn)入彈塑性階段,這時砼的塑性變形增增加,進(jìn)入彈塑性階段,這時砼的塑性變形增加速度快于加速度快于N的增加速度,同時鋼筋的壓應(yīng)力比砼的的增加速度,同時鋼筋的壓應(yīng)力比砼的壓應(yīng)力增長快。此時鋼筋與砼之間存在壓應(yīng)力增長快。此時鋼筋與砼之間存在應(yīng)力重分布應(yīng)力重分布。 當(dāng)當(dāng)N N繼續(xù)增加,繼續(xù)增加,在在c= =fc之前,之前,鋼筋屈服,但鋼筋屈服
14、,但柱未破壞;繼柱未破壞;繼續(xù)加載,砼被續(xù)加載,砼被壓碎,柱破壞。壓碎,柱破壞。第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算2. 長柱的破壞過程長柱的破壞過程長長柱的長細(xì)比較大,加載過程中除了壓縮變形外,還存柱的長細(xì)比較大,加載過程中除了壓縮變形外,還存在彎曲變形,即側(cè)向撓度,原因是在彎曲變形,即側(cè)向撓度,原因是初始偏心距初始偏心距。軸壓。軸壓初始偏心距初始偏心距附加彎矩附加彎矩側(cè)向撓度側(cè)向撓度偏心距加大偏心距加大 彎矩增大彎矩增大柱在柱在N和和M的共同作用下破壞的共同作用下破壞長柱的破壞一側(cè)受壓,長柱的破壞一側(cè)受壓,
15、產(chǎn)生豎向裂縫;另一側(cè)產(chǎn)生豎向裂縫;另一側(cè)受拉,鋼筋壓屈外凸,受拉,鋼筋壓屈外凸,砼產(chǎn)生橫向裂縫。砼產(chǎn)生橫向裂縫。第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算試驗表明,長柱承載力試驗表明,長柱承載力Nul低于其他條件相同的短柱低于其他條件相同的短柱承載力承載力Nus,砼規(guī)砼規(guī)采用構(gòu)件的采用構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)?來表示來表示長柱承載力降低的程度,即:長柱承載力降低的程度,即:w 和長細(xì)比和長細(xì)比l0/b(矩形截面)直接相關(guān)(矩形截面)直接相關(guān)blblblblbl/012. 087. 05035/021. 0177. 13
16、44/18/00000時,時,時,試驗研究表明:suluNN?值可查值可查砼砼規(guī)規(guī)6.2.15條條或書中表或書中表5-1注:注:構(gòu)件構(gòu)件計算長度計算長度l0按按砼規(guī)砼規(guī)6.2.20條取用。條取用。第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算3. 承載力計算公式承載力計算公式)(9 . 0sycuAfAfNN0.9可靠度調(diào)整系數(shù)可靠度調(diào)整系數(shù) ,考慮初始偏心的影響,以及主要承,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。受恒載作用的軸心受壓柱的可靠性。NfcAs fybhAsA注意:注意:若若As /b
17、 h 3%,則,則A=b h;若若As /b h3%,則取則取A=An=b h- As ,重新計算重新計算第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算4. 長期荷載作用下截面混凝土和鋼筋的應(yīng)力重分布長期荷載作用下截面混凝土和鋼筋的應(yīng)力重分布NcAslNcAs s1 c1l i c2As s2Ncl ( i+ cr)NcAs s3 c3l cr構(gòu)件在長期荷載構(gòu)件在長期荷載作用下,卸荷會作用下,卸荷會使鋼筋受壓,砼使鋼筋受壓,砼受拉。若柱的配受拉。若柱的配筋率過大,可能筋率過大,可能使砼被拉裂,故使砼被拉裂,故要控制柱中全
18、部要控制柱中全部鋼筋的配筋率,鋼筋的配筋率,max55% %卸載卸載再加載再加載卸載卸載再加載再加載第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算 初選截面尺寸初選截面尺寸 先假定配筋率,通常取先假定配筋率,通常?。?%2%),以及穩(wěn)定,以及穩(wěn)定系數(shù),通常先取系數(shù),通常先取w=1.0。代入公式求。代入公式求A(A=bh)。 重新計算配筋重新計算配筋 由表由表7.17.1求穩(wěn)定系數(shù),代入公式(求穩(wěn)定系數(shù),代入公式(7.27.2)求配筋。)求配筋。注意驗算配筋率。注意驗算配筋率。5.5.軸心受壓構(gòu)件設(shè)計計算方法軸心受壓構(gòu)件設(shè)
19、計計算方法NfcAs fybhAsA)(9 . 0sycuAfAfNN第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算5.2.2 軸心受壓螺旋式箍筋柱的正截面受壓承載力計算軸心受壓螺旋式箍筋柱的正截面受壓承載力計算1. 螺旋箍筋的作用螺旋箍筋的作用 普通箍筋的作用;普通箍筋的作用; 對核心砼形成約束作用,對核心砼形成約束作用, 提高砼的抗壓強(qiáng)度,提高砼的抗壓強(qiáng)度, 增大構(gòu)件的承載力,增大構(gòu)件的承載力, 提高構(gòu)件延性。提高構(gòu)件延性。ssdcordcor因此,當(dāng)柱承受較大的軸因此,當(dāng)柱承受較大的軸壓力,且壓力,且A A受到限制
20、,可受到限制,可以考慮采用螺旋箍筋來以考慮采用螺旋箍筋來提高柱子的承載力提高柱子的承載力第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算2. 受力特點(diǎn)受力特點(diǎn)試驗表明:螺旋箍筋能約束核心砼的橫向變形,同時箍試驗表明:螺旋箍筋能約束核心砼的橫向變形,同時箍筋中會產(chǎn)生相應(yīng)的拉應(yīng)力,當(dāng)加載到一定程度時,筋中會產(chǎn)生相應(yīng)的拉應(yīng)力,當(dāng)加載到一定程度時,箍箍筋達(dá)到其屈服強(qiáng)度,不能繼續(xù)約束砼,構(gòu)件破壞。筋達(dá)到其屈服強(qiáng)度,不能繼續(xù)約束砼,構(gòu)件破壞。另外:箍筋以外的另外:箍筋以外的砼,當(dāng)加載到一砼,當(dāng)加載到一定值時,會開裂定值時,會開裂并剝落
21、,故計算并剝落,故計算中不考慮此部分中不考慮此部分砼的承載力。砼的承載力。第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算由于螺旋式由于螺旋式(或焊接環(huán)式或焊接環(huán)式)箍筋的套箍作用,使核芯混箍筋的套箍作用,使核芯混凝土的抗壓強(qiáng)度由凝土的抗壓強(qiáng)度由f c 提高到提高到f c1 ,可采用混凝土圓柱,可采用混凝土圓柱體側(cè)向均勻壓應(yīng)力的三軸受壓試驗所得的近似公式計體側(cè)向均勻壓應(yīng)力的三軸受壓試驗所得的近似公式計算,即:算,即: f cc= f c + 4 r3. 計算公式計算公式r fyAss1 fyAss1rsdcors(a)(b
22、)(c)r 螺旋式螺旋式(或焊或焊接環(huán)式接環(huán)式)箍筋屈服時,箍筋屈服時,柱的核芯混凝土受到柱的核芯混凝土受到的徑向壓應(yīng)力。的徑向壓應(yīng)力。r可由在箍筋間距可由在箍筋間距s 范范圍內(nèi)圍內(nèi)r的合力與箍筋拉的合力與箍筋拉力相平衡的條件求得力相平衡的條件求得第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算間接鋼筋對混凝土約束的折減系數(shù)間接鋼筋對混凝土約束的折減系數(shù):當(dāng)砼的強(qiáng)度等級:當(dāng)砼的強(qiáng)度等級C50 時,取時,取=1.0;當(dāng)砼的強(qiáng)度等級為;當(dāng)砼的強(qiáng)度等級為C80時,取時,取=0.85;其;其間按線性內(nèi)插法確定。間按線性內(nèi)插法確定。
23、d cor構(gòu)件的核芯截面構(gòu)件的核芯截面 直徑,直徑,按間接鋼筋內(nèi)表面確定按間接鋼筋內(nèi)表面確定Ass1 單根間接鋼筋的截面單根間接鋼筋的截面面積面積Ass0 間接鋼間接鋼筋換算截面面積筋換算截面面積Acor 混凝土核芯截面面積混凝土核芯截面面積第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算根據(jù)縱向內(nèi)外力平衡條件,并考慮可靠度調(diào)整系數(shù)根據(jù)縱向內(nèi)外力平衡條件,并考慮可靠度調(diào)整系數(shù)0.9,可列公式:,可列公式:第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算
24、4. 適用條件(注意的問題)適用條件(注意的問題)規(guī)范規(guī)范規(guī)定:規(guī)定:按螺旋箍筋計算的按螺旋箍筋計算的承載力承載力不應(yīng)大于不應(yīng)大于按普通箍筋柱受壓承載力的按普通箍筋柱受壓承載力的50%。如螺旋箍筋配置過多,極限承載力提高過大,如螺旋箍筋配置過多,極限承載力提高過大,則會在遠(yuǎn)未達(dá)到極限承載力之前保護(hù)層產(chǎn)生剝落,從而則會在遠(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。影響正常使用。 對長細(xì)比對長細(xì)比l0/d12的柱不考慮螺旋箍筋的約束作用。的柱不考慮螺旋箍筋的約束作用。:長細(xì)比過大,縱向彎曲變形大,截面不是全:長細(xì)比過大,縱向彎曲變形大,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
25、。部受壓,螺旋箍筋的約束作用得不到有效發(fā)揮。第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算螺旋箍筋的換算面積螺旋箍筋的換算面積Ass0不得小于全部縱筋不得小于全部縱筋A(yù)s 面積面積的的25%。螺旋箍筋螺旋箍筋套箍作用不明顯。套箍作用不明顯。螺旋箍筋的間距螺旋箍筋的間距s不應(yīng)大于不應(yīng)大于dcor/5,且不大于,且不大于80mm,同,同時為方便施工,時為方便施工,s也不應(yīng)小于也不應(yīng)小于40mm。間距間距s太大,套箍作用不明顯;間距太小,與太大,套箍作用不明顯;間距太小,與砼的整體性不好。砼的整體性不好。5.2 5.2 軸心受
26、壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力7.3 7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)=M=N e0NAssANe0AssA壓彎構(gòu)件壓彎構(gòu)件 偏心受壓構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件偏心距偏心距e0=0時,軸心受壓構(gòu)件時,軸心受壓構(gòu)件當(dāng)當(dāng)N=0,M 0時,受彎構(gòu)件時,受彎構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài)界于偏心受壓構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài)界于軸心受壓軸心受壓構(gòu)構(gòu)件和件和受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件之間。之間。AssAh0basas第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載
27、力受壓構(gòu)件的截面承載力7.3 7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏壓構(gòu)件的破壞形態(tài)與偏壓構(gòu)件的破壞形態(tài)與偏心距偏心距e0和和縱向鋼筋配筋率縱向鋼筋配筋率有關(guān)有關(guān)1. 受拉破壞形態(tài)受拉破壞形態(tài)大偏心受壓構(gòu)件大偏心受壓構(gòu)件 fyAs fyAsNMM較大,較大,N較小較小偏心距偏心距e0較大較大 fyAs fyAsN遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離N一側(cè)的鋼筋一側(cè)的鋼筋A(yù)s配筋合適配筋合適7.3.1 偏心受壓短柱的破壞形態(tài)偏心受壓短柱的破壞形態(tài)第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力5.3 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)形成受拉破壞形成
28、受拉破壞(大偏心受壓破壞)(大偏心受壓破壞)的條件是:的條件是: 偏心距偏心距e0較大或較大或M大,大,N??;且?。磺褹s配筋合適。配筋合適。 截面受拉側(cè)砼較早出現(xiàn)橫向裂縫,截面受拉側(cè)砼較早出現(xiàn)橫向裂縫,As的應(yīng)力隨荷載增加發(fā)的應(yīng)力隨荷載增加發(fā)展較快,展較快,首先達(dá)到屈服首先達(dá)到屈服強(qiáng)度。強(qiáng)度。 橫向裂縫迅速開展,受壓區(qū)高度減小;橫向裂縫迅速開展,受壓區(qū)高度減??; 受壓側(cè)鋼筋受壓側(cè)鋼筋A(yù)s 受壓屈服,受壓屈服, 壓區(qū)砼壓碎而達(dá)到破壞。壓區(qū)砼壓碎而達(dá)到破壞。具有明顯預(yù)兆,具有明顯預(yù)兆, 屬延性破壞,相似于有受壓屬延性破壞,相似于有受壓 鋼筋的適筋梁,鋼筋的適筋梁,承載力主要取承載力主要取 決于受
29、拉側(cè)鋼筋決于受拉側(cè)鋼筋。 fyAs fyAsN第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力7.3 7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)受拉破壞時的截面應(yīng)力和受拉破壞形態(tài)受拉破壞時的截面應(yīng)力和受拉破壞形態(tài)(a a)截面應(yīng)力)截面應(yīng)力 (b b)受拉破壞形態(tài))受拉破壞形態(tài)第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力7.3 7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)2. 受壓破壞形態(tài)受壓破壞形態(tài)小偏心受壓小偏心受壓產(chǎn)生受壓破壞的條件有兩種情況:產(chǎn)生受壓破壞的條件有兩種情況: 當(dāng)相對偏心距當(dāng)相對偏心距e0/h0較小,截面
30、全部受壓或大部分受壓較小,截面全部受壓或大部分受壓 sAs fyAsN 相對偏心距相對偏心距e0/h0較大,但受拉側(cè)縱向鋼筋配置較多較大,但受拉側(cè)縱向鋼筋配置較多時時 sAs fyAsNAs太太多多第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力7.3 7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài) 軸向力軸向力N近側(cè)砼和鋼筋的受力較大,近側(cè)砼和鋼筋的受力較大, 而遠(yuǎn)側(cè)鋼筋應(yīng)力較小而遠(yuǎn)側(cè)鋼筋應(yīng)力較小 破壞時,破壞時,N近側(cè)砼(壓應(yīng)力較大一側(cè))達(dá)到極限壓應(yīng)變而被壓碎。近側(cè)砼(壓應(yīng)力較大一側(cè))達(dá)到極限壓應(yīng)變而被壓碎。同側(cè)的受壓鋼筋應(yīng)力也達(dá)到了屈服強(qiáng)度;而另一側(cè)縱向鋼筋
31、可能同側(cè)的受壓鋼筋應(yīng)力也達(dá)到了屈服強(qiáng)度;而另一側(cè)縱向鋼筋可能受拉,也可能受壓,但應(yīng)力較小,均未達(dá)到屈服強(qiáng)度。受拉,也可能受壓,但應(yīng)力較小,均未達(dá)到屈服強(qiáng)度。因此受壓破壞一般為因此受壓破壞一般為 偏心距較小的情況,偏心距較小的情況, 故常稱為故常稱為小偏心受壓小偏心受壓。 sAs fyAsN sAs fyAsNAs太太多多第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力7.3 7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài) 小偏心受壓總結(jié)小偏心受壓總結(jié) 破壞特征:破壞特征:破壞時,破壞時,N近側(cè)砼先被壓碎,同側(cè)鋼筋受壓屈服,近側(cè)砼先被壓碎,同側(cè)鋼筋受壓屈服,N遠(yuǎn)側(cè)鋼
32、筋可能受拉也可能受壓,但均不屈服。遠(yuǎn)側(cè)鋼筋可能受拉也可能受壓,但均不屈服。 破壞性質(zhì):破壞性質(zhì):脆性破壞脆性破壞 注意注意小偏心受壓可能發(fā)生反向破壞小偏心受壓可能發(fā)生反向破壞 偏心距偏心距e0很小,很小,N較大,較大,N近側(cè)鋼筋近側(cè)鋼筋A(yù)S遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于遠(yuǎn)側(cè)鋼筋多于遠(yuǎn)側(cè)鋼筋A(yù)S時時。 由于截面的實際重心和構(gòu)件的幾何形心不由于截面的實際重心和構(gòu)件的幾何形心不重合,重心軸向重合,重心軸向N作用線方向偏移,且越過縱作用線方向偏移,且越過縱向軸向力向軸向力N的作用線,導(dǎo)致遠(yuǎn)離的作用線,導(dǎo)致遠(yuǎn)離N一側(cè)砼先壓一側(cè)砼先壓碎,這種現(xiàn)象稱為碎,這種現(xiàn)象稱為反向破壞。反向破壞。第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受
33、壓構(gòu)件的截面承載力7.3 7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)小偏心受壓的截面應(yīng)力和破壞形態(tài)小偏心受壓的截面應(yīng)力和破壞形態(tài) 第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力7.3 7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)3. 3. 受拉破壞和受壓破壞的界限受拉破壞和受壓破壞的界限即即受拉鋼筋屈服受拉鋼筋屈服與與受壓區(qū)混凝土邊緣極限壓應(yīng)變受壓區(qū)混凝土邊緣極限壓應(yīng)變 cu同時達(dá)到。類似于適筋梁和超筋梁。同時達(dá)到。類似于適筋梁和超筋梁。因此,因此,相對界限受壓區(qū)高度相對界限受壓區(qū)高度仍為仍為:scuybEf1判斷條件:判斷條件:當(dāng)當(dāng)
34、b,屬于大偏心受壓;,屬于大偏心受壓;當(dāng)當(dāng)b,屬于小偏心受壓。,屬于小偏心受壓。 偏壓構(gòu)件截面平均應(yīng)變符合偏壓構(gòu)件截面平均應(yīng)變符合平截面假定平截面假定第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力7.3 7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)MuNuN0A(N0,0)B(Nb,Mb)C(0,M0)4. 偏心受壓構(gòu)件的偏心受壓構(gòu)件的Nu- -Mu相關(guān)曲線相關(guān)曲線 對于給定的截面、材料強(qiáng)度和配對于給定的截面、材料強(qiáng)度和配筋,達(dá)到正截面承載力極限狀態(tài)時,筋,達(dá)到正截面承載力極限狀態(tài)時,其其壓力和彎矩是相互關(guān)聯(lián)的壓力和彎矩是相互關(guān)聯(lián)的,可用,可用一條一條Nu-
35、-Mu相關(guān)曲線表示。相關(guān)曲線表示。 Nu- -Mu相關(guān)曲線相關(guān)曲線反映了在壓力反映了在壓力和彎矩共同作用下正截面承載力和彎矩共同作用下正截面承載力的規(guī)律,具有以下一些的規(guī)律,具有以下一些特點(diǎn)特點(diǎn): 相關(guān)曲線上的任一點(diǎn)代表截面處于正截面承載力極限狀態(tài)相關(guān)曲線上的任一點(diǎn)代表截面處于正截面承載力極限狀態(tài)時的一種內(nèi)力組合(時的一種內(nèi)力組合(Nu,Mu)。)。 如一組內(nèi)力(如一組內(nèi)力(N,M)在曲線內(nèi)側(cè)說明截面未達(dá)到極限狀態(tài),)在曲線內(nèi)側(cè)說明截面未達(dá)到極限狀態(tài),是安全的;是安全的; 如(如(N,M)在曲線外側(cè),則表明截面承載力不足。)在曲線外側(cè),則表明截面承載力不足。第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力
36、受壓構(gòu)件的截面承載力7.3 7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài) 當(dāng)彎矩為零時(當(dāng)彎矩為零時(A點(diǎn)),即為軸心受壓構(gòu)件;當(dāng)軸力為零時點(diǎn)),即為軸心受壓構(gòu)件;當(dāng)軸力為零時(C點(diǎn)),即為受彎構(gòu)件。點(diǎn)),即為受彎構(gòu)件。MuNuN0A(N0,0)B(Nb,Mb)C(0,M0) 截面受彎承載力截面受彎承載力Mu與作用的軸與作用的軸壓力壓力N大小有關(guān)。大小有關(guān)。當(dāng)軸壓力較小時,當(dāng)軸壓力較小時,Mu隨隨N的增加的增加而增加(而增加(CB段);段);當(dāng)軸壓力較大時,當(dāng)軸壓力較大時,Mu隨隨N的增加的增加而減小(而減?。ˋB段)。段)。截面受彎承載力在截面受彎承載力在B點(diǎn)達(dá)點(diǎn)達(dá)(
37、Nb,Mb)到最大,該點(diǎn)近似為界限到最大,該點(diǎn)近似為界限破壞。破壞。CB段(段(NNb)為受拉破壞)為受拉破壞大偏壓破壞;大偏壓破壞;AB段(段(N Nb)為受壓破壞)為受壓破壞小偏壓破壞。小偏壓破壞。第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力6.3 6.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)7.3.2 偏心受壓長柱的破壞形態(tài)偏心受壓長柱的破壞形態(tài)MNN0M0NusNuseiNumNumeiNum fmNulNul eiNul fl短柱短柱:長細(xì)比長細(xì)比l0/h8側(cè)向撓度側(cè)向撓度 f 與初始偏心距與初始偏心距ei相相比很小。比很小。柱跨中彎矩柱跨中彎矩M
38、=N(ei+f ) 隨軸隨軸力力N的增加基本呈線性增長。的增加基本呈線性增長。直至達(dá)到截面承載力極限狀直至達(dá)到截面承載力極限狀態(tài)產(chǎn)生破壞態(tài)產(chǎn)生破壞材料破壞材料破壞。對短柱可忽略側(cè)向撓度對短柱可忽略側(cè)向撓度f影響。影響。elxfysin f y xeieiNNle第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力6.3 6.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)MNN0M0NusNuseiNumNumeiNum fmNulNul eiNul fl中長柱中長柱:長細(xì)比長細(xì)比l0/h =830f 與與ei相比已不能忽略。相比已不能忽略。f 隨軸力增大而增大,柱跨中彎矩
39、隨軸力增大而增大,柱跨中彎矩M = N ( ei + f ) 的增長速度大于軸力的增長速度大于軸力N的增長速度。的增長速度。即即M隨隨N 的增加呈明顯的非線性增長。的增加呈明顯的非線性增長。最終在最終在M和和N的共同作用下達(dá)到的共同作用下達(dá)到截面承載力極限狀態(tài),但軸向承截面承載力極限狀態(tài),但軸向承載力明顯低于同樣截面和初始偏載力明顯低于同樣截面和初始偏心距情況下的短柱。心距情況下的短柱。因此,對于中長柱,在設(shè)計中應(yīng)因此,對于中長柱,在設(shè)計中應(yīng)考慮側(cè)向撓度考慮側(cè)向撓度 f 對彎矩增大的影對彎矩增大的影響。響。elxfysin f y xeieiNNle第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件
40、的截面承載力7.3 7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)MNN0M0NusNuseiNumNumeiNum fmNulNul eiNul fl長柱:長柱:長細(xì)比長細(xì)比l0/h 30側(cè)向撓度側(cè)向撓度 f 的影響已很大的影響已很大在未達(dá)到截面承載力極在未達(dá)到截面承載力極限狀態(tài)之前,側(cè)向撓度限狀態(tài)之前,側(cè)向撓度 f 已呈已呈不穩(wěn)定不穩(wěn)定發(fā)展發(fā)展即柱的軸向荷載最大值發(fā)即柱的軸向荷載最大值發(fā)生在荷載增長曲線與截面生在荷載增長曲線與截面承載力承載力Nu- -Mu相關(guān)曲線相相關(guān)曲線相交之前交之前這種破壞為這種破壞為失穩(wěn)破壞失穩(wěn)破壞,應(yīng)進(jìn)行專門計算應(yīng)進(jìn)行專門計算elxfysin
41、 f y xeieiNNle第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力7.3 7.3 偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)MNN0M0NusNuseiNumNumeiNum fmNulNul eiNul fl 結(jié)論:結(jié)論:當(dāng)偏心距當(dāng)偏心距ei不變時,不變時,NusNumNul長長細(xì)比細(xì)比l0/h 增加,構(gòu)件正截面受壓承增加,構(gòu)件正截面受壓承載力會降低。載力會降低。 二階彎矩的影響二階彎矩的影響第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力7.3.3 附加偏心距附加偏心距ea=Max(h/30 , 20mm) 第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受
42、壓構(gòu)件的截面承載力 偏心受壓構(gòu)件的正截面承載力計算時,應(yīng)計入軸向壓力偏心受壓構(gòu)件的正截面承載力計算時,應(yīng)計入軸向壓力在偏心方向存在的在偏心方向存在的附加偏心距附加偏心距ea,其值應(yīng)取其值應(yīng)取20mm 和偏心方向和偏心方向截面最大尺寸的截面最大尺寸的1/30 兩者中的較大值。兩者中的較大值。 施工中的問題,會使幾何尺寸、鋼筋位置和設(shè)計規(guī)定有偏差;施工中的問題,會使幾何尺寸、鋼筋位置和設(shè)計規(guī)定有偏差; 荷載的作用位置和計算位置會有偏差;荷載的作用位置和計算位置會有偏差; 砼的質(zhì)量不均勻。砼的質(zhì)量不均勻??紤]附加偏心距考慮附加偏心距ea的原因?的原因? 初始偏心距初始偏心距ei ,ei=e0+eae
43、0軸向力對截面重心的偏心距,軸向力對截面重心的偏心距,e0=M/N;ea附加偏心距,附加偏心距,ea=Max(h/30 , 20mm) 7.3.4 偏心受壓長柱的二階彎矩偏心受壓長柱的二階彎矩二階彎矩:二階彎矩:指在結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)產(chǎn)生側(cè)移(層間位移)和側(cè)向撓度指在結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)產(chǎn)生側(cè)移(層間位移)和側(cè)向撓度時,構(gòu)件的軸向壓力所引起的時,構(gòu)件的軸向壓力所引起的附加彎矩。附加彎矩。1. 1. 二階彎矩二階彎矩如何計算?如何計算?第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力偏壓短柱的彎矩偏壓短柱的彎矩(忽略撓度忽略撓度):M=Ne0偏壓短柱的彎矩偏壓短柱的彎矩(考慮撓度考慮撓度):M=N(e
44、0+f)一般將一般將M=Ne0稱為初始彎矩稱為初始彎矩或一階彎矩,將或一階彎矩,將M=Nf稱為稱為二階彎矩。二階彎矩。2. 2. 何時考慮何時考慮二階彎矩二階彎矩的影響?的影響?第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力規(guī)范規(guī)范規(guī)定:彎矩作用平面內(nèi)截面對稱的偏心受壓構(gòu)件,當(dāng)規(guī)定:彎矩作用平面內(nèi)截面對稱的偏心受壓構(gòu)件,當(dāng)同一主軸方向的桿端彎矩比同一主軸方向的桿端彎矩比M2 /M10.9,且且設(shè)計軸壓比設(shè)計軸壓比0.9 0.9 時時,若構(gòu)件的長細(xì)比滿足公式若構(gòu)件的長細(xì)比滿足公式(6.2.36.2.3)的要求,可不考慮軸的要求,可不考慮軸向壓力在該方向撓曲桿件中產(chǎn)生的附加彎矩影響;否則
45、應(yīng)根據(jù)向壓力在該方向撓曲桿件中產(chǎn)生的附加彎矩影響;否則應(yīng)根據(jù)本規(guī)范本規(guī)范第第6.2.4 6.2.4 條條的規(guī)定,按截面的兩個主軸方向分別考慮軸的規(guī)定,按截面的兩個主軸方向分別考慮軸向壓力在撓曲桿件中產(chǎn)生的附加彎矩影響。向壓力在撓曲桿件中產(chǎn)生的附加彎矩影響。2101234MMil(7.11)第第7 7章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力2101234MMil(7.11)式中:式中: M1 、M2分別為偏心受壓構(gòu)件分別為偏心受壓構(gòu)件兩端截面按結(jié)構(gòu)分析確定的兩端截面按結(jié)構(gòu)分析確定的對同一主軸的組合彎矩設(shè)計值對同一主軸的組合彎矩設(shè)計值,絕對值較大端為,絕對值較大端為M2 ,絕對值,絕對值較小
46、端為較小端為M1,當(dāng)構(gòu)件按單曲率彎曲時,當(dāng)構(gòu)件按單曲率彎曲時,M1 /M2取正值,否則取取正值,否則取負(fù)值;負(fù)值;lc構(gòu)件的計算長度,可近似取偏心受壓構(gòu)件相應(yīng)主軸方向構(gòu)件的計算長度,可近似取偏心受壓構(gòu)件相應(yīng)主軸方向上下支撐點(diǎn)之間的距離;上下支撐點(diǎn)之間的距離;i 偏心方向的截面回轉(zhuǎn)半徑。偏心方向的截面回轉(zhuǎn)半徑。偏心壓桿的撓度曲線公式偏心壓桿的撓度曲線公式(2)f 撓度撓度 用曲率表示用曲率表示撓度(撓度(f )撓度曲線的控制撓度曲線的控制截面曲率截面曲率5.4 5.4 偏心受壓長柱的二階彎矩偏心受壓長柱的二階彎矩020222sinlxlfdxdy第第5 5章章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力當(dāng)當(dāng)x =l 0 / 2 時時5.4 5.4 偏心受壓長柱的二階彎矩偏心受壓長柱的二階彎矩只考慮只考慮f 與控制截面曲率與控制截面曲率的的絕對值絕對值之間的數(shù)量關(guān)系之間的數(shù)量關(guān)系 由平截面假定求曲率由平截面假定求曲率( )c cs sh h0 0界限破壞時,界限破壞時,s = y ,c=cu = = 0.00330.00330hsc0000330h/Ef.hsys
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