第四章 鋼筋混凝土軸心受力構(gòu)件

第四章鋼筋混凝土軸心受力構(gòu)件本章主要內(nèi)容軸心受拉構(gòu)件的計算軸心受壓構(gòu)件的計算4.1 軸心受拉構(gòu)件軸心受拉：縱向拉力作用線與構(gòu)件截面形心軸線重合時構(gòu)件為軸心受拉。承受節(jié)點荷載的鋼筋混凝土桁架、拱拉桿、受內(nèi)壓力作用的環(huán)形截面管壁及圓形貯液池的筒壁等，通常按軸心受拉構(gòu)件計算。矩形水池的池壁、矩形剖面料倉或煤斗的壁板、受地震作用的框架邊柱，以及雙肢柱的受拉肢，屬于偏心受拉構(gòu)件。受拉構(gòu)件除軸向拉力外，還同時受彎矩和剪力作用。圖示構(gòu)件從加載到破壞的受力過程可分為三個階段：混凝土開裂前，鋼筋和混凝土共同受力階段；混凝土開裂后構(gòu)件帶裂縫工作階段；（鋼筋受力）鋼筋屈服后的破壞階段一、軸心受拉構(gòu)件的受力特點一、軸心受拉構(gòu)件的受力特點1、混凝土開裂前，鋼筋和混凝土共同受力階段：由平衡條件：令，稱為換算截面面積。隨著荷載增加，，，，——構(gòu)件開裂荷載。2、混凝土開裂后，構(gòu)件帶裂縫工作階段：開裂前后，裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力發(fā)生突變：3、鋼筋屈服后的破壞階段：一、軸心受拉構(gòu)件的受力特點二、軸心受拉構(gòu)件承載力計算N——為軸向拉力的設(shè)計值；fy——為鋼筋抗拉強度設(shè)計值；As為全部受拉鋼筋的截面面積，應(yīng)滿足As≥(0.9ft/fy)A，A為構(gòu)件截面面積。構(gòu)造要求：縱向受力鋼筋：受力鋼筋應(yīng)沿截面周邊均勻布置，并宜選用較小直徑鋼筋；為避免配筋過少，；軸心受拉構(gòu)件的受力鋼筋不得采用非焊接的搭接接頭。搭接而不加焊的受拉鋼筋接頭僅允許用在圓形池壁或管中，且接頭位置應(yīng)錯開，鋼筋搭接長度應(yīng)不小于和300mm。箍筋：箍筋的主要作用是固定縱向受力鋼筋的位置，并與縱向鋼筋組成鋼筋骨架。1、計算軸心拉力設(shè)計值N2、計算所需受拉鋼筋面積As3、選擇滿足構(gòu)造要求的配筋0SR式中S–––荷載效應(yīng)組合設(shè)計值0–––結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)，對一、二、三級分別取1.1,1.0,0.9

R

–––結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力（承載力）的設(shè)計值承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式基本組合:（1）由可變荷載效應(yīng)控制的組合式中G–––永久荷載分項系數(shù)。有利時取1.0，不利時取1.2SGK–––永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。一般情況取1.4Q1、

Qi–––第一個和第i個活荷載分項系數(shù)。SQ1K–––大于其它任意第i個可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。SQiK–––第i個可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。ci–––第i個可變荷載的組合系數(shù)RETURN作業(yè)11、裂縫及裂縫寬度裂縫的開展是由于混凝土的回縮，鋼筋的伸長，導(dǎo)致混凝土與鋼筋之間產(chǎn)生相對滑移的結(jié)果。裂縫寬度等于混凝土在開裂截面的回縮量。當(dāng)荷載長期作用時，由于混凝土的滑移徐變和拉應(yīng)力的松弛，將導(dǎo)致裂縫間受拉混凝土不斷退出工作，使裂縫開展寬度增大；

混凝土的收縮使裂縫間混凝土的長度縮短，這也會引起裂縫的進一步開展；由于荷載的變動使鋼筋時而被拉長時而又回縮，其直徑也時脹時縮，將引起粘結(jié)強度的降低，導(dǎo)致裂縫寬度的增大。三、軸心受拉構(gòu)件裂縫寬度驗算混凝土構(gòu)件中產(chǎn)生裂縫的必要條件是結(jié)構(gòu)中存在拉應(yīng)力。結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生拉應(yīng)力的原因主要有：荷載作用結(jié)構(gòu)的不均勻沉降收縮作用和溫度變化混凝土凝結(jié)、硬化施工2、裂縫產(chǎn)生的原因三、荷載產(chǎn)生的裂縫裂縫形成的原因荷載形成的裂縫施工原因(a)材料混合不均勻(b)長時間攪拌(c)快速澆筑(d)先后澆筑時差過長澆筑速度過快：當(dāng)構(gòu)件高度較大，如一次快速澆筑混凝土，因下部混凝土尚未充分硬化，產(chǎn)生下沉，引起裂縫。交接縫：澆筑先后時差過長，先澆筑的混凝土已硬化，導(dǎo)致交接縫混凝土不連續(xù)，這是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的起始位置，將成為結(jié)構(gòu)承載力和耐久性的缺陷。施工原因(a)材料混合不均勻(b)長時間攪拌(c)快速澆筑(d)先后澆筑時差過長混合材料不均勻：由于攪拌不均勻，材料的膨脹性和收縮的差異，引起局部的一些裂縫。長時間攪拌：混凝土運輸時間過長，長時間攪拌突然停止后很快硬化產(chǎn)生的異常凝結(jié)，引起網(wǎng)狀裂縫。骨料方面第十章鋼筋混凝土構(gòu)件的變形和裂縫裂縫控制等級《規(guī)范》將裂縫控制分為三個等級（29頁）一級：嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。

要求：按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土的拉應(yīng)力。二級：一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。

要求

：按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合計算時，構(gòu)件受拉邊緣混凝土的拉應(yīng)力。三級：允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。裂縫的出現(xiàn)、分布與開展★在裂縫出現(xiàn)前，混凝土和鋼筋的應(yīng)變沿構(gòu)件的長度基本上是均勻分布的?！锂?dāng)混凝土的拉應(yīng)力達到抗拉強度時，首先會在構(gòu)件最薄弱截面位置出現(xiàn)第一條（批）裂縫?！锪芽p出現(xiàn)瞬間，裂縫截面位置的混凝土退出受拉工作，應(yīng)力為零，而鋼筋拉應(yīng)力應(yīng)力產(chǎn)生突增Dss=ft/r，配筋率越小，Dss就越大?！镉捎阡摻钆c混凝土之間存在粘結(jié)，隨著距裂縫截面距離的增加，混凝土中又重新建立起拉應(yīng)力sc，而鋼筋的拉應(yīng)力則隨距裂縫截面距離的增加而減小。★當(dāng)距裂縫截面有足夠的長度l時，混凝土拉應(yīng)力sc增大到ft，此時將出現(xiàn)新的裂縫。10.2裂縫寬度的驗算★從第一條（批）裂縫出現(xiàn)到裂縫全部出齊為裂縫出現(xiàn)階段，該階段的荷載增量并不大，主要取決于混凝土強度的離散程度。裂縫數(shù)量最終趨于穩(wěn)定。★裂縫間距的計算公式即是以該階段的受力分析建立的?！锪芽p出齊后，隨著荷載的繼續(xù)增加，裂縫寬度不斷開展。裂縫的開展是由于混凝土的回縮，鋼筋不斷伸長，導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生變形差，這是裂縫寬度計算的依據(jù)。★由于混凝土材料的不均勻性，裂縫的出現(xiàn)、分布和開展具有很大的離散性，因此裂縫間距和寬度也是不均勻的。但大量的試驗統(tǒng)計資料分析表明，裂縫間距和寬度的平均值具有一定規(guī)律性，是鋼筋與混凝土之間粘結(jié)受力機理的反映。驗算公式：軸心受拉構(gòu)件acr=1.5×1.9×0.85×1.1=2.7受彎構(gòu)件acr=1.5×1.66×0.85=2.1裂縫寬度的計算公式偏心受拉構(gòu)件acr=1.5×1.9×0.85=2.4系數(shù)ψ的物理意義就是反映裂縫間受拉區(qū)混凝土對縱向受拉鋼筋應(yīng)變的影響程度。★當(dāng)y<0.2時，取y=0.2；當(dāng)y>1.0時，取y=1.0；★對直接承受重復(fù)荷載作用的構(gòu)件，取y=1.0。2、鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)y3、裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力σsk◆

軸心受拉構(gòu)件

rte為以有效受拉混凝土截面面積計算的受拉鋼筋配筋率。Ate為有效受拉混凝土截面面積對于軸心受拉構(gòu)件：c——最外層縱向受拉鋼筋外邊緣到受拉區(qū)底邊的距離（mm），當(dāng)c<20mm時，取c=20mm；◆用帶肋變形鋼筋比用光圓鋼筋的平均裂縫間距要小些，即鋼筋表面特征同樣影響平均裂縫間距，對此可用鋼筋的等效直徑deq代替d。4.2

軸心受壓構(gòu)件主要以承受軸向壓力為主,通常還有彎矩和剪力作用

受壓構(gòu)件的分類及構(gòu)造要求按照縱向壓力作用位置的不同，受壓構(gòu)件（柱）可分為軸心受壓和偏心受壓兩種情況：受壓構(gòu)件（柱）往往在結(jié)構(gòu)中具有重要作用，一旦產(chǎn)生破壞，往往導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的損壞，甚至倒塌。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。通常由于施工制造的誤差、荷載作用位置的偏差、混凝土的不均勻性等原因，往往存在一定的初始偏心距。但有些構(gòu)件，如以恒載為主的等跨多層房屋的內(nèi)柱、桁架中的受壓腹桿等，主要承受軸向壓力，可近似按軸心受壓構(gòu)件計算。4.2

軸心受壓構(gòu)件普通箍筋柱：縱筋的作用？

箍筋的作用？螺旋箍筋柱：箍筋的形狀為圓形，且間距較密，其作用？軸心受壓柱根據(jù)其構(gòu)造的不同又可分為：普通箍筋柱、螺旋箍筋柱、鋼管混凝土柱及鋼骨混凝土柱四大類。本課程只介紹普通箍筋柱和螺旋箍筋柱兩類。箍筋普通鋼箍柱螺旋鋼箍柱縱筋箍筋縱筋螺旋箍筋螺旋箍筋縱筋的作用：◆協(xié)助混凝土受壓，以提高構(gòu)件正截面受壓承載力；受壓鋼筋最小配筋率：0.6%(單側(cè)0.2%)◆

提高構(gòu)件的變形能力，改善受壓破壞的脆性；試驗表明素混凝土棱柱體構(gòu)件達到最大應(yīng)力值時的壓應(yīng)變值一般在0.0015~0.002之間，而鋼筋混凝土短柱達到應(yīng)力峰值時的壓應(yīng)變一般在0.0025~0.0035之間?！?/p>

承擔(dān)可能產(chǎn)生的偏心彎矩作用；◆減小持續(xù)壓應(yīng)力下混凝土收縮和徐變的影響。

箍筋的作用：◆與縱筋形成鋼筋骨架，防止縱筋受力后壓屈和固定縱筋的位置；◆

減小受壓縱筋的支承長度，增強鋼筋骨架的穩(wěn)定性；◆

對于承受較大橫向剪力的構(gòu)件，箍筋可以協(xié)同混凝土抗剪，提高構(gòu)件的抗剪強度；◆使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，使其強度和延性有所提高，從而改善構(gòu)件破壞時的脆性。4.2軸心受壓構(gòu)件柱的分類短柱：長柱：對矩形截面：對圓形截面：對任意截面：其中：l0為柱的計算長度；

b為矩形截面短邊尺寸；

d為圓截面直徑；

i為圓截面的最小回轉(zhuǎn)半徑。一、普通箍筋柱1.短柱的受力特點和破壞形態(tài)

試驗表明：由于鋼筋和混凝土之間存在粘結(jié)力，兩者的壓應(yīng)變相等。當(dāng)達到極限荷載時，鋼筋混凝土短柱的極限壓應(yīng)力變大致與混凝土棱柱體受壓破壞時的壓應(yīng)變相同，即混凝土先壓壞，鋼筋后屈服表示鋼筋的抗壓強度設(shè)計值。一、普通箍筋柱即：對于高強度鋼筋，在構(gòu)件破壞時可能達不到屈服，鋼材的強度不能充分利用。1.短柱的受力特點和破壞形態(tài)2．細長軸心受壓構(gòu)件的承載力降低現(xiàn)象初始偏心距附加彎矩和側(cè)向撓度加大了原來的初始偏心距構(gòu)件承載力降低規(guī)范采用穩(wěn)定系數(shù)來反映承載力隨長細比增大而降低的現(xiàn)象。穩(wěn)定系數(shù)3.軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓短柱軸心受壓長柱穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)j主要與柱的長細比l0/i有關(guān)系數(shù)0.9

是可靠度調(diào)整系數(shù)4.設(shè)計方法

（1）截面設(shè)計已知：軸心壓力設(shè)計值N，材料強度等級、構(gòu)件計算長度，截面面積bxh求：縱向受壓鋼筋面積（2）截面復(fù)核5、構(gòu)造要求（1）、截面型式及尺寸：軸心受壓：一般采用方形、矩形、圓形和正多邊形

最小邊長構(gòu)件長細比混凝土：C25C30C35C40等鋼筋：縱筋：HRB400級、HRB335級和

RRB400級

箍筋：HPB235級、HRB335級也可采用HRB400級

（2）材料強度要求縱筋的構(gòu)造要求：直徑：不宜小于12mm，常用16~32mm，宜用粗鋼筋縱筋凈距：不應(yīng)小于50mm；預(yù)制柱，不應(yīng)小于30mm和1.5d(d為鋼筋的最大直徑)

縱筋中距：不應(yīng)大于300mm。鋼筋布置：軸心受壓構(gòu)件的縱向鋼筋沿截面周邊均勻?qū)ΨQ布置；偏心受壓構(gòu)件的受力鋼筋按計算要求設(shè)置在彎矩作用方向的兩對邊；有時按需要還需在側(cè)面設(shè)置構(gòu)造鋼筋?？v筋的連接接頭：（宜設(shè)置在受力較小處）可采用機械連接接頭、焊接接頭和搭接接頭縱筋構(gòu)造要求

全部縱筋配筋率不應(yīng)小于0.6%；不宜大于5%對稱配筋一側(cè)鋼筋配筋率不應(yīng)小于0.2%

對于直徑大于28mm的受拉鋼筋和直徑大于32mm的受壓鋼筋，不宜采用綁扎的搭接接頭。

箍筋

箍筋形式：封閉式

箍筋間距：在綁扎骨架中不應(yīng)大于15d；在焊接骨架中則不應(yīng)大于20d（d為縱筋最小直徑），且不應(yīng)大于400mm，也不大于構(gòu)件橫截面的短邊尺寸箍筋直徑：不應(yīng)小于d／4(d為縱筋最大直徑)，且不應(yīng)小于6mm。當(dāng)縱筋配筋率超過3％時，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm，其間距不應(yīng)大于10d，且不應(yīng)大于200mm。當(dāng)截面短邊不大于400mm，且縱筋不多于四根時，可不設(shè)置復(fù)合箍筋；當(dāng)截面短邊大于400mm且縱筋多于3根時，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋。

箍筋構(gòu)造要求在縱筋搭接長度范圍內(nèi)：

箍筋的直徑：不宜小于搭接鋼筋直徑的0.25倍；

箍筋間距：當(dāng)搭接鋼筋為受拉時，不應(yīng)大于5d，且不應(yīng)大于100mm；當(dāng)搭接鋼筋為受壓時，不應(yīng)大于10d，且不應(yīng)大于200mm；（d為受力鋼筋中的最小直徑）當(dāng)搭接的受壓鋼筋直徑大于25mm時，應(yīng)在搭接接頭兩個端面外50mm范圍內(nèi)各設(shè)置兩根箍筋。間接鋼筋的間距不應(yīng)大于80mm及dcor/5(dcor為按間接鋼筋內(nèi)表面確定的核心截面直徑)，且不小于40mm；間接鋼筋