偏心受力構(gòu)件正截面的性能與計(jì)算

偏心受力構(gòu)件正截面的性能與計(jì)算第一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)構(gòu)件截面上承受一偏心距為的偏心力或時(shí)，該構(gòu)件即為偏心受力構(gòu)件。1工程應(yīng)用實(shí)例及構(gòu)件的配筋形式第二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日若構(gòu)件的截面上同時(shí)承受軸向力（或）和彎矩，可將其看成是偏心距為（或）、偏心力為（或）的偏心受力構(gòu)件。1工程應(yīng)用實(shí)例及構(gòu)件的配筋形式壓彎構(gòu)件或拉彎構(gòu)件第三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日偏心受壓構(gòu)件是最常見的結(jié)構(gòu)構(gòu)件之一。例如，單層工業(yè)廠房的排架柱、混凝土框架結(jié)構(gòu)中的框架柱、拱形屋架的上弦桿、高層剪力墻結(jié)構(gòu)中的墻肢，橋梁結(jié)構(gòu)中的拱橋主拱、橋墩等，均屬于偏心受壓構(gòu)件。1工程應(yīng)用實(shí)例及構(gòu)件的配筋形式第四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日如果桁架或屋架的下弦節(jié)點(diǎn)有懸掛荷載，下弦桿除受軸向拉力外還承受彎矩的作用，是偏心受拉構(gòu)件。此外，如水池的池壁、工業(yè)筒倉(cāng)的倉(cāng)壁，在水平向均屬偏心受拉構(gòu)件。

1工程應(yīng)用實(shí)例及構(gòu)件的配筋形式第五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日偏心受力構(gòu)件的截面一般采用矩形形式。也可根據(jù)需要作成I形、T形、L形或十字形。矩形截面柱構(gòu)造簡(jiǎn)單，但其材料的利用率不如I形及T形柱。I形及T形偏心受壓構(gòu)件，如果翼緣厚度太小，會(huì)使受拉翼緣過早出現(xiàn)裂縫，影響構(gòu)件的承載力和耐久性。再考慮到翼緣及腹板的穩(wěn)定，一般翼緣的厚度不宜小于120mm，腹板厚度不宜小于100mm，對(duì)于

地震區(qū)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，腹板的厚度還宜再加夫些。

1工程應(yīng)用實(shí)例及構(gòu)件的配筋形式第六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日偏心受力構(gòu)件配有縱向受力鋼筋和環(huán)狀的橫向箍筋。1工程應(yīng)用實(shí)例及構(gòu)件的配筋形式第七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日縱向鋼筋布置在彎矩作用方向。箍筋的布置方式根據(jù)截面的形狀和縱筋的位置及根數(shù)來確定。配置縱向鋼筋的一側(cè)，構(gòu)件截面尺寸大于400mm，且縱向受力鋼筋多于3根時(shí)，或截面尺寸未超過400mm，但縱向受力鋼筋多于4根時(shí)，還應(yīng)增加附加鋼筋。1工程應(yīng)用實(shí)例及構(gòu)件的配筋形式第八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日偏心受力構(gòu)件中的箍筋除了起到和軸心受力構(gòu)件中的箍筋相同的作用外，對(duì)于承受較大橫向剪力的構(gòu)件，箍筋還可以幫助混凝土抗剪。偏心受力構(gòu)件中對(duì)鋼筋直徑、間距、混凝土保護(hù)層厚度等的基本要求和軸心受壓構(gòu)件相同。1工程應(yīng)用實(shí)例及構(gòu)件的配筋形式第九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日偏心受壓短柱的破壞形態(tài)試驗(yàn)表明，鋼筋混凝土偏心受壓短柱的破壞形態(tài)有受拉破壞和受壓破壞兩種破壞形態(tài)。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日1.受拉破壞形態(tài)受拉破壞形態(tài)又稱大偏心受壓破壞，它發(fā)生于軸向壓力的相對(duì)偏心較大，且受拉鋼筋配置得不太多時(shí)。受拉破壞形態(tài)的特點(diǎn)是受拉鋼筋先達(dá)到屈服強(qiáng)度，最總導(dǎo)致受壓區(qū)邊緣混凝土壓碎截面破壞。這種破壞形態(tài)與適筋梁的破壞形態(tài)相似。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日在荷載作用下，在靠近軸向壓力的一側(cè)受壓，另一側(cè)受拉。隨著荷載的增加，首先在受拉區(qū)產(chǎn)生橫向裂縫；荷載再增加，拉區(qū)的裂縫不斷地開展，在破壞前主裂縫逐漸明顯，受拉鋼筋的應(yīng)力達(dá)到屈服，進(jìn)入流幅階段，受拉變形的發(fā)展大于受壓變形，中和軸上升，使混凝土壓區(qū)高度迅速減小，最后壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到其極限壓應(yīng)變值，出現(xiàn)縱向裂縫而混凝土被壓碎，構(gòu)件即告破壞，這種破壞屬于延性破壞的類型；破壞時(shí)壓區(qū)的縱筋也能到達(dá)受壓屈服強(qiáng)度。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)受拉破壞時(shí)的截面應(yīng)力和受拉破壞形態(tài)第十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2.受壓破壞形態(tài)受壓破壞形態(tài)又稱小偏心受壓破壞，截面破壞是從受壓區(qū)開始的。受壓破壞形態(tài)的特點(diǎn)是受壓區(qū)邊緣混凝土先被壓碎，受壓鋼筋應(yīng)力達(dá)到抗壓屈服強(qiáng)度，遠(yuǎn)側(cè)鋼筋可能受拉也可能受壓，但基本上都不屈服，屬于脆性破壞類型，破壞無(wú)明顯預(yù)兆，壓碎區(qū)段較長(zhǎng)，混凝土強(qiáng)度越高，破壞越帶突然性。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日受壓破壞發(fā)生于以下兩種情況：（1）當(dāng)軸向力的相對(duì)偏心距較小時(shí)，構(gòu)件截面全部受壓或大部分受壓；（2）當(dāng)軸向力的相對(duì)偏心距雖然較大，但卻配置了特別多的受拉鋼筋，致使受拉鋼筋始終不屈服。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)受壓破壞時(shí)的截面應(yīng)力和受壓破壞形態(tài)第十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日“受拉破壞形態(tài)”與“受壓破壞形態(tài)”都屬于材料發(fā)生了破壞，它們的相同之處是截面的最終破壞都是受壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到其極限壓應(yīng)變值而被壓碎；不同之處在于截面破壞的起因，受拉破壞的起因是受拉鋼筋的屈服，受壓破壞的起因是受壓區(qū)邊緣混凝土被壓碎。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日在“受拉破壞形態(tài)”與“受壓破壞形態(tài)”之間存在著一種界限破壞形態(tài)，稱為“界限破壞”。它不僅有橫向主裂縫，而且比較明顯。其主要特征是：在受拉鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度的同時(shí)，受壓區(qū)混凝土被壓碎。界限破壞形態(tài)也屬于受拉破壞形態(tài)。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日偏心受壓長(zhǎng)柱的破壞類型試驗(yàn)表明，鋼筋混凝土柱在承受偏心受壓荷載后，會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲。但長(zhǎng)細(xì)比小的柱子，即所謂“短柱”，由于縱向彎曲小，在設(shè)計(jì)時(shí)一般可以忽略不計(jì)。對(duì)于長(zhǎng)細(xì)比較大的柱則不同，它會(huì)產(chǎn)生比較大的縱向彎曲，設(shè)計(jì)時(shí)必須予以考慮。偏心受壓長(zhǎng)柱在縱向彎曲影響下，可能發(fā)生失穩(wěn)破壞和材料破壞兩種破壞類型。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日長(zhǎng)細(xì)比很大時(shí)，構(gòu)件的破壞不是由材料引起的，而是由于構(gòu)件縱向彎曲失去平衡引起的，稱為“失穩(wěn)破壞”。當(dāng)柱長(zhǎng)細(xì)比在一定范圍內(nèi)時(shí)，雖然在承受偏心受壓荷載后，偏心距增大，使柱的承載能力比同樣截面的短柱減小，但就其破壞特征來講與短柱一樣都屬于“材料破壞”，即因截面材料強(qiáng)度耗盡而產(chǎn)生破壞。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第二十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)不同長(zhǎng)細(xì)比柱從加荷到破壞的N-M關(guān)系第二十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日在圖中能看出，這三根柱的軸向力偏心距值雖然相同，但其承受縱向力值的能力是不同的。這表明構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比的加大會(huì)降低構(gòu)件的正截面受壓承載力。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是：長(zhǎng)細(xì)比較大時(shí)，偏心受壓構(gòu)件的縱向彎曲引起了不可忽略的附加彎矩或稱二階彎矩。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第二十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日軸向壓力對(duì)偏心受壓構(gòu)件的側(cè)移和撓曲產(chǎn)生附加彎矩和附加曲率的荷載效應(yīng)稱為偏心受壓構(gòu)件的二階荷載效應(yīng)，簡(jiǎn)稱二階效應(yīng)。由側(cè)移產(chǎn)生的二階效應(yīng)，稱效應(yīng)。由撓曲產(chǎn)生的二階效應(yīng)，稱效應(yīng)。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算第二十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日桿端彎矩同號(hào)時(shí)的二階效應(yīng)（1）控制截面的轉(zhuǎn)移不論大偏心受壓，還是小偏心受壓，彎矩對(duì)配筋總是不利的；當(dāng)軸力相差不多時(shí)，彎矩大的不利；故，在偏心受壓構(gòu)件中，當(dāng)軸向力相差不多時(shí)，彎矩大的截面就是控制整個(gè)構(gòu)件配筋的控制截面。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第二十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日偏心受壓構(gòu)件在桿端同號(hào)彎矩（

）和軸向力的共同作用下，將產(chǎn)生單曲率彎曲。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)桿端彎矩同號(hào)時(shí)的二階效應(yīng)第二十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日不考慮二階效應(yīng)時(shí)，桿件的彎矩圖，即一階彎矩圖示于圖（b），桿端B截面的彎矩M2最大，因此整個(gè)桿件的截面承載力計(jì)算是以它為控制截面來進(jìn)行的。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第二十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日考慮二階效應(yīng)后，軸向壓力P對(duì)桿件中部任一截面產(chǎn)生附加彎矩，與一階彎矩M0疊加后，得合成彎矩：3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)任一截面的撓度值第二十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D（c）為附加彎矩圖，圖（d）為合成彎矩圖?？梢?，在桿件中部總有一個(gè)截面，它的彎矩M是最大的。如果附加彎矩比較大，且M1接近M2的話，就有可能發(fā)生的情況。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第二十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日這時(shí)，偏心受壓構(gòu)件的控制截面就由原來的桿端截面轉(zhuǎn)移到桿件長(zhǎng)度中部彎矩最大的那個(gè)截面。例如，當(dāng)時(shí)，這個(gè)控制截面就在桿件長(zhǎng)度的中點(diǎn)?？梢?，當(dāng)控制截面轉(zhuǎn)移到桿件長(zhǎng)度中部時(shí)，就要考慮二階效應(yīng)。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第二十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）考慮二階效應(yīng)的條件桿端彎矩同號(hào)時(shí)，發(fā)生控制截面轉(zhuǎn)移的情況是不普遍的，為了減少計(jì)算工作量，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)只要滿足下述三個(gè)條件中的一個(gè)條件時(shí)，就要考慮二階效應(yīng)：3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第三十頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日M1、M2分別為已考慮側(cè)移影響的偏心受壓構(gòu)件兩端截面按結(jié)構(gòu)彈性分析確定的同一主軸的組合彎矩設(shè)計(jì)值，絕對(duì)值較大的為M2，絕對(duì)值較小端為M1，當(dāng)構(gòu)件按單曲率彎曲時(shí)，M1/M2取整值；構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度，可近似取偏心受壓構(gòu)件相應(yīng)主軸方向上下支承點(diǎn)之間的距離；偏心方向的截面回轉(zhuǎn)半徑，對(duì)于矩形截面bh，A偏心受壓構(gòu)件的截面面積。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第三十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日（3）考慮二階效應(yīng)后控制截面的彎矩設(shè)計(jì)值《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，除排架結(jié)構(gòu)柱外，其他偏心受壓構(gòu)件考慮軸向壓力在撓曲桿件中產(chǎn)生的二階效應(yīng)后控制截面的彎矩設(shè)計(jì)值，應(yīng)按下列公式計(jì)算：3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第三十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)小于1.0時(shí)取1.0；對(duì)剪力墻及核心筒墻肢，因其效應(yīng)不明顯，可取等于1.0。構(gòu)件端截面偏心距調(diào)節(jié)系數(shù)，當(dāng)小于0.7時(shí)取0.7；彎矩增大系數(shù)，，；附加偏心距；截面曲率修正系數(shù)，當(dāng)計(jì)算值大于1.0時(shí)取1.0。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第三十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日截面高度；對(duì)環(huán)形截面，取外直徑；對(duì)圓形截面，取直徑；截面有效高度；對(duì)環(huán)形截面，??；對(duì)圓形截面，取，此處，是環(huán)形截面的外半徑，是縱向鋼筋所在圓周的半徑，是圓形截面的半徑；A構(gòu)件截面面積。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第三十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日桿端彎矩異號(hào)時(shí)的二階效應(yīng)這時(shí)桿件按雙曲率彎曲，桿件長(zhǎng)度中都有反彎點(diǎn)，最典型的是框架柱。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)桿端彎矩異號(hào)時(shí)的二階效應(yīng)第三十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日雖然軸向壓力對(duì)桿件長(zhǎng)度中部的截面將產(chǎn)生附加彎矩，增大其彎矩值，但彎矩增大后還是比不過端節(jié)點(diǎn)截面的彎矩值，即不會(huì)發(fā)生控制截面轉(zhuǎn)移的情況，故不必考慮二階效應(yīng)。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第三十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日第5章講的正截面承載力計(jì)算的基本假定同樣適用于偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的計(jì)算。與受彎構(gòu)件相似，當(dāng)受壓區(qū)高度達(dá)到界限受壓區(qū)高度時(shí)，受拉鋼筋達(dá)到屈服。因此，相應(yīng)于界限破壞形態(tài)的相對(duì)受壓區(qū)高度仍可用查表的方式確定。4矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的基本計(jì)算公式第三十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日區(qū)分大、小偏心受壓破壞形態(tài)的界限當(dāng)時(shí)，屬于大偏心受壓破壞形態(tài)；當(dāng)時(shí)，屬于小偏小受壓破壞形態(tài)。4矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的基本計(jì)算公式第三十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日矩形截面大偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的基本計(jì)算公式由力的平衡條件及各力對(duì)受拉鋼筋合力點(diǎn)取矩的力矩平衡條件，可以得到：4矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的基本計(jì)算公式第三十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，2022年，8月28日4矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的基本計(jì)算公式式中：受壓承載力設(shè)計(jì)