軸心受力構(gòu)件正截面承載力計算PPT課件

1、1 軸心受壓構(gòu)件的實際應(yīng)用多高層建筑中的框架柱，單層工業(yè)廠房中屋架的上弦桿，橋 梁結(jié)構(gòu)中的橋墩，拱、樁等均屬于受壓構(gòu)件。 利用混凝土構(gòu)件承受以軸向壓力為主的內(nèi)力，可以充分發(fā)揮 混凝土材料的強度優(yōu)勢，因而在工程結(jié)構(gòu)中混凝土受壓構(gòu)件 應(yīng)用比較普遍。 建筑實際結(jié)構(gòu)中，理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎是不存在的，這 是因為： 通常施工制造的誤差、荷載作用位置的不確定性、 混凝土質(zhì)量的不均勻性等，使得上述構(gòu)件存在一定的初始偏 心距。第1頁/共19頁框架結(jié)構(gòu)中的柱 (Columns of Frame Structure)第2頁/共19頁屋架結(jié)構(gòu)中的上弦桿 (Top Chord of Roof Truss Struc

2、ture)第3頁/共19頁樁基礎(chǔ) (Pile Foundation)第4頁/共19頁2 普通箍筋柱與螺旋箍筋柱實際工程結(jié)構(gòu)中，一般把承受軸向壓力的鋼筋混凝土柱按照箍筋的作用及配置方式分為兩種：l 普通箍筋柱（Tied Columns） 配有縱向鋼筋和普通箍筋的柱l 螺旋箍筋柱（Spiral Columns） 配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的柱 縱筋的作用：l 提高承載力，減小截面尺寸l 提高混凝土的變形能力l 抵抗構(gòu)件的偶然偏心l 減小混凝土的收縮與徐變 第5頁/共19頁普通鋼箍柱Tied Columns螺旋鋼箍柱Spiral Columns2/2第6頁/共19頁3 短柱與長柱 短柱（Short Co

3、lumns）是如何形成 的？ 我們通常將柱的截面尺寸與柱長之比較小的柱，稱為短柱。在實際結(jié)構(gòu)中，帶窗間墻的柱、高層建筑地下車庫的柱子，以及樓梯間處的柱都容易形成短柱。 窗間墻的短柱第7頁/共19頁受壓短柱的破壞過程砼被壓碎破壞n 在開始加載時，混凝土和鋼筋都處于彈性工作階段，鋼筋和混凝土的應(yīng)力基本上按彈性模量的比值來分配。n 隨著荷載的增加，混凝土應(yīng)力的增加愈來愈慢，而鋼筋的應(yīng)力基本上與其應(yīng)變成正比增加，柱子變形增加的速度就快于外荷增加的速度。隨著荷載的繼續(xù)增加，柱中開始出現(xiàn)微小的縱向裂縫。應(yīng)力軸力混凝土的應(yīng)力增長鋼筋應(yīng)力增長第8頁/共19頁n 在臨近破壞荷載時，柱身出現(xiàn)很多明顯的縱向裂縫，混

4、凝土保護層剝落，箍筋間的縱筋被壓屈向外鼓出，混凝土壓碎。短柱的破壞特征破壞時，一般是縱筋先達到屈服強度(y=0.002)，此時可繼續(xù)增加一些荷載。最后,混凝土達到極限壓應(yīng)變值(一般在0.00250.0035)，構(gòu)件破壞。 表現(xiàn)為“材料破壞”。第9頁/共19頁什么是長柱（Slender Columns） 我們通常將截面尺寸與柱長之比較大的柱定義為長柱。在實際結(jié)構(gòu)中，一般的框架柱、門廳柱等都屬于長柱。軸心受壓長柱與短柱的主要受力區(qū)別在于：由于偏心所產(chǎn)生的附加彎矩和失穩(wěn)破壞在長柱計算中必須考慮。 第10頁/共19頁軸心受壓長柱的破壞過程n 由于初始偏心距的存在，構(gòu)件受荷后產(chǎn)生附加彎矩，伴之發(fā)生側(cè)向撓

5、度。n 構(gòu)件破壞時，首先在靠近凹邊出現(xiàn)縱向裂縫，同時在凸邊出現(xiàn)水平的橫向裂縫，隨后受壓區(qū)混凝土被壓潰，縱筋向外鼓出，側(cè)向撓度迅速發(fā)展，構(gòu)件失去平衡，最后將凸邊的混凝土拉斷。n 表現(xiàn)為“材料破壞” 和“失穩(wěn)破壞”。n 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范采用穩(wěn)定系數(shù)來表示長柱承載力的降低程度。 第11頁/共19頁 軸心受壓長柱穩(wěn)定系數(shù) 主要與柱的長細比 l0 / b 有關(guān)，穩(wěn)定系數(shù)的定義如下：suluNN l l0 0/b/bl l0 0/d/dl l0 0/i/il l0 0/b/bl l0 0/d/dl l0 0/i/i87281.030261040.52108.5350.9832281110.481210.

6、5420.953429.51180.441412480.9236311250.41614550.8738331320.361815.5620.814034.51390.322017690.754236.51460.292219760.744381530.262421830.6546401600.232622.5900.64841.51670.212824970.5650431740.19規(guī)范給出的穩(wěn)定系數(shù)與長細比的關(guān)系第12頁/共19頁4 普通箍筋柱受壓承載力的計算 計算簡圖)(9 . 0sycuAfAfNNfcfyAsNfyAsAs 計算公式5普通箍筋柱受壓構(gòu)造要求P60第13頁/共19頁

7、核心區(qū)混凝土三軸受壓狀態(tài)的產(chǎn)生6 軸心受壓螺旋式箍筋柱正截面承載力計算fyAss1 Sdcor fyAss1S第14頁/共19頁 f 為被約束后混凝土的軸心抗壓強度;為系數(shù)。cffyss1yss1coryss02corcorcor22244f Af A df Ads dAs 混凝土受到的徑向壓應(yīng)力值 的計算方法uccoryss0ys0.9(2)NNf Af Af A 螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋柱的承載力計算公式第15頁/共19頁混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范有關(guān)螺旋箍的規(guī)定：螺旋箍筋計算的承載力不應(yīng)大于按普通箍筋柱受壓承載力的50%。對長細比l0/d大于12的柱不考慮螺旋箍筋的約束作用。螺旋箍筋的換算面積A

8、ss0不得小于全部縱筋A(yù)s 面積的25%螺旋箍筋的間距s不應(yīng)大于80mm 及dcor/5，也不應(yīng)小于40mm。第16頁/共19頁 工程實際中的軸心受拉構(gòu)件包括桁架式屋架的受拉桿、拱的拉桿以及水池的池壁等。 軸心受拉構(gòu)件從加載到破壞，其受力過程分為三個階段：從加載到砼受拉開裂前，為彈性階段；砼開裂后到鋼筋即將屈服，為第二階段；受拉鋼筋開始屈服到全部受拉鋼筋達到屈服，為第三階段，此時混凝土裂縫開展很大，可以認為構(gòu)件達到了破壞狀態(tài)。 破壞特征：軸心受拉構(gòu)件破壞時，混凝土不承受拉力，全部拉力由鋼筋來承受。 軸心受拉破壞時混凝土裂縫貫通，縱向拉鋼筋達到其受拉屈服強度，正截面承載力公式如下： uysNNfA 縱向鋼筋抗拉強度設(shè)計值；N 軸心受拉承載力設(shè)計值。 yf第17頁/共19頁小結(jié) 普通鋼箍軸心受壓構(gòu)件在計算上分為長柱和短柱。對于軸心受壓構(gòu)件的受壓承截力，短柱和長柱均采用統(tǒng)一的公式計算，其中采用穩(wěn)定系數(shù)來表達縱向彎曲變形對受