職業(yè)教育(結(jié)構(gòu))05

第5章鋼筋混凝土受壓構(gòu)件5.1概述受壓構(gòu)件——承受軸向壓力為主的構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件——理想的不存在

單向偏心受壓--主要介紹偏心受壓構(gòu)件

雙向偏心受壓分類應(yīng)用：鋼筋混凝土柱、桁架受壓腹桿和弦桿、剪力墻。5.1概述5.2受壓構(gòu)件構(gòu)造要求一、材料

選用：宜高不宜低，≮C25，一般C30~C401、混凝土原因：受壓構(gòu)件承載力主要取決于混凝土強(qiáng)度

減小構(gòu)件的截面尺寸、節(jié)約鋼筋

選用：不宜高，通常HRB335、HRB4002、鋼筋或RRB400原因：高強(qiáng)度鋼筋應(yīng)力得不到發(fā)揮。5.2受壓構(gòu)件構(gòu)造要求二、截面形式和尺寸◆采用矩形截面，單層工業(yè)廠房的預(yù)制柱常采用工字形截面?！?/p>

圓形截面主要用于橋墩、樁和公共建筑中的柱?！?/p>

柱的截面尺寸不宜過小，一般應(yīng)控制在l0/b≤30及l(fā)0/h≤25。◆

當(dāng)柱截面的邊長在800mm以下時(shí)，一般以50mm為模數(shù)，邊長在800mm以上時(shí)，以100mm為模數(shù)。5.2受壓構(gòu)件構(gòu)造要求三、配筋

1、縱向鋼筋（1）作用

◆協(xié)助混凝土承壓；

◆承受拉應(yīng)力（M引起、偶然偏心矩、收縮、溫度應(yīng)力變化引起）

◆防止混凝土脆性破壞。

◆減小混凝土的徐變（2）構(gòu)造

◆直徑：≮4Φ12mm（宜采用較大直徑）通常選用16~32mm—保證骨架剛度

◆布置：沿截面四邊均勻布置，凈距≮50mm，中距≯300mm，保護(hù)層≮｛30，d｝max。

ρmax：≯5%（一般≯3%）

◆配筋率全部：≮0.6%（當(dāng)混凝土＞C60時(shí)，≮0.7%）ρmin

受壓一側(cè)：≮0.2%5.2受壓構(gòu)件構(gòu)造要求2、箍筋(1)、作用

◆防止縱筋受壓時(shí)壓屈；

◆固定縱筋位置，并組成骨架；

◆約束核心混凝土變形，提高混凝土的強(qiáng)度和變形能力；

◆承受剪力。5.2受壓構(gòu)件構(gòu)造要求

(2)、構(gòu)造——須封閉

●直徑≮｛d/4，6mm｝max

當(dāng)ρ＞3%時(shí)：≮8mm≯｛b，400mm｝min綁扎骨架中≯15d，

●間距焊接骨架中≯20d當(dāng)ρ＞3%時(shí)：≯｛10d，200mm｝min

ll內(nèi)受拉筋：≯｛5d，100mm｝min

受壓筋：≯｛10d，200mm｝min

5.2受壓構(gòu)件構(gòu)造要求5.2受壓構(gòu)件構(gòu)造要求

①b＞400mm且每邊縱筋＞3根時(shí)；

●復(fù)合箍筋

②

b≯400mm且每邊縱筋＞4根時(shí)。

注意：禁止采用內(nèi)折角的箍筋——受拉后有拉直趨勢，使混凝土崩裂。

5.2受壓構(gòu)件構(gòu)造要求5.2受壓構(gòu)件構(gòu)造要求5.3軸心受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算◆在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎是不存在的?！敉ǔＳ捎谑┕ぶ圃斓恼`差、荷載作用位置的不確定性、混凝土質(zhì)量的不均勻性等原因，往往存在一定的初始偏心距?！舻行?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(jì)算。普通鋼箍柱：箍筋的作用？

縱筋的作用？螺旋鋼箍柱：箍筋的形狀為圓形，且間距較密，其作用？5.3軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算一、普通箍筋柱1、受力特點(diǎn)⑴短柱（矩形截面lo/h<8；圓形lo/d<7）

﹡應(yīng)力變化N較小時(shí)：鋼筋和混凝土共同承擔(dān)，以混凝土為主；N較大時(shí)：鋼筋應(yīng)力增長快，混凝土增長緩慢；﹡破壞特點(diǎn)：縱筋先達(dá)，砼后達(dá)極限壓應(yīng)變0.002；﹡外觀特征：出現(xiàn)縱向裂縫，保護(hù)層脫落，箍筋間縱筋向外突鼓呈燈籠狀。5.3軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算⑵長柱﹡破壞特點(diǎn)：產(chǎn)生附加彎矩和彎曲變形（側(cè)向撓度）；凹邊：產(chǎn)生縱向裂縫→箍筋間縱筋壓屈向外

﹡外觀特征突鼓→砼壓碎；

凸邊：受拉產(chǎn)生橫向裂縫。

﹡試驗(yàn)表明：長柱承載力低于其他條件相同的短柱承載力。﹡處理：引入穩(wěn)定系數(shù)φ——反映軸壓構(gòu)件承載力隨長細(xì)比的影響5.3軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)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(xì)比l0/b有關(guān)（表5-1）可靠度調(diào)整系數(shù)0.9是考慮初始偏心的影響，以及主要承受恒載作用的軸心受壓柱的可靠性。2、計(jì)算公式5.3軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算二、配有縱筋和間接鋼筋（螺旋式）的柱

1、受力性能

◆

螺旋箍約束混凝土橫向變形→核心混凝土處三向受壓狀態(tài)→混凝土強(qiáng)度提高

●

結(jié)論：采用螺旋箍筋可有效提高柱的軸心受壓構(gòu)件承載力

2、相關(guān)規(guī)定

◆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)層剝落，從而影響正常使用。《規(guī)范》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力的50%。5.3軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算

◆柱長細(xì)比過大，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?！兑?guī)范》規(guī)定：●對長細(xì)比l0/d大于12的柱不考慮螺旋箍筋的約束作用?！袈菪拷畹募s束效果與其截面面積Ass1和間距s有關(guān)，為保證有一定約束效果，《規(guī)范》規(guī)定：●

螺旋箍筋的換算面積Ass0不得小于全部縱筋A(yù)'s的25%●螺旋箍筋的間距s不應(yīng)大于dcor/5，且不大于80mm，同時(shí)為方便施工，s也不應(yīng)小于40mm。5.3軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算◆復(fù)習(xí)上節(jié)：受力特點(diǎn)及構(gòu)造要求軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算注：1、在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎是不存在的。2、通常由于施工制造的誤差、荷載作用位置的不確定性、混凝土質(zhì)量的不均勻性等原因，往往存在一定的偏心距。即：工程中常見的受壓構(gòu)件為偏心受壓構(gòu)件◆本節(jié)內(nèi)容：受力特點(diǎn)偏心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算5.3軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算5.4矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載能力計(jì)算壓彎構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件偏心距e0=0時(shí)，軸心受壓構(gòu)件當(dāng)e0→∞時(shí)，即N=0時(shí)，受彎構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài)界于軸心受壓構(gòu)件和受彎構(gòu)件。5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算一、破壞特征偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)與偏心距e0和縱向鋼筋配筋率有關(guān)1、大偏心受壓破壞形成條件：偏心距e0較大，且受拉側(cè)縱向鋼筋配筋率合適M較大，N較小偏心距e0較大5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算◆截面受拉側(cè)混凝土較早出現(xiàn)裂縫，

As的應(yīng)力隨荷載增加發(fā)展較快，

首先達(dá)到屈服強(qiáng)度?！舸撕螅芽p迅速開展，受壓區(qū)高度減小?！糇詈笫軌簜?cè)鋼筋A(yù)'s受壓屈服，壓區(qū)混凝土壓碎而達(dá)到破壞?！暨@種破壞具有明顯預(yù)兆，變形能力較大，破壞特征與配有受壓鋼筋的適筋梁相似，承載力主要取決于受拉側(cè)鋼筋?！粢虼耍?dāng)偏心距e0較大，且受拉側(cè)縱向鋼筋配筋率合適，通常稱為大偏心受壓（受拉破壞）。5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算大偏壓破壞時(shí)的截面應(yīng)力和受拉破壞形態(tài)（a）受拉破壞形態(tài)（b）截面應(yīng)力

5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算2、小偏心受壓破壞產(chǎn)生受壓破壞的條件有兩種情況：

⑴當(dāng)相對偏心距e0/h0較小，截面全部受壓或大部分受壓⑵或雖然相對偏心距e0/h0較大，但受拉側(cè)縱向鋼筋配置較多時(shí)As太多5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算◆

截面受壓側(cè)混凝土和鋼筋的受力較大。◆而受拉側(cè)鋼筋應(yīng)力較小。◆當(dāng)相對偏心距e0/h0很小時(shí)，‘受拉側(cè)’還可能出現(xiàn)“反向破壞”情況?！艚孛孀詈笫怯捎谑軌簠^(qū)混凝土首先壓碎而達(dá)到破壞?！舫休d力主要取決于壓區(qū)混凝土和受壓側(cè)鋼筋，破壞時(shí)受壓區(qū)高度較大，遠(yuǎn)側(cè)鋼筋可能受拉也可能受壓，破壞具有脆性性質(zhì)?！舻诙N情況在設(shè)計(jì)應(yīng)予避免，因此受壓破壞偏心距較小或雖然偏心距較大，但受拉側(cè)縱向鋼筋配置較多時(shí)，常稱為小偏心受壓（受壓破壞）。As太多5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算小偏壓破壞時(shí)的截面應(yīng)力和受壓破壞形態(tài)受壓破壞形態(tài)和截面應(yīng)力5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算3、受拉破壞和受壓破壞的界限◆兩類破壞的根本區(qū)別：距N較遠(yuǎn)一側(cè)鋼筋是否屈服?！羰芾摻钋c受壓區(qū)混凝土邊緣達(dá)極限壓應(yīng)變ecu同時(shí)達(dá)到——“界限狀態(tài)”。◆與適筋梁和超筋梁的界限情況類似?！粢虼耍鄬缦奘軌簠^(qū)高度仍為ξb

◆判斷

ξ≤ξb：大偏心受壓ξ＞ξb：小偏心受壓

5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算二、偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算理論1、基本假定◆偏心受壓正截面受力分析方法與受彎情況是相同的，即仍采用以平截面假定為基礎(chǔ)的計(jì)算理論?！舾鶕?jù)混凝土和鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，即可分析截面在壓力和彎矩共同作用下受力全過程?！魧τ谡孛娉休d力的計(jì)算，同樣可按受彎情況，對受壓區(qū)混凝土采用等效矩形應(yīng)力圖?！舻刃Ь匦螒?yīng)力圖的強(qiáng)度為afc，等效矩形應(yīng)力圖的高度與中和軸高度的比值為b

。5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算2、N—M相關(guān)曲線（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(shí)的一種內(nèi)力組合。）（1）N與M的內(nèi)力相關(guān)影響大偏壓時(shí)：N增加→Mu增大→有利小偏壓時(shí)：N增加→Mu減小→不利界限時(shí)：Nb一定→Mu達(dá)最大值（2）承載力狀態(tài)N、M內(nèi)力位于曲線內(nèi)：處于安全狀態(tài)；N、M內(nèi)力位于曲線上：處于極限狀態(tài)；N、M內(nèi)力位于曲線外：處于破壞狀態(tài)。5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算

由于施工誤差、荷載作用位置的不確定性及材料的不均勻等原因，實(shí)際工程中不存在理想的軸心受壓構(gòu)件。為考慮這些因素的不利影響，引入附加偏心距ea，即在正截面受壓承載力計(jì)算中，偏心距取計(jì)算偏心距e0=M/N與附加偏心距ea之和，稱為初始偏心距ei附加偏心距ea取20mm與h/30

兩者中的較大值，此處h是指偏心方向的截面尺寸。3、附加偏心距5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算4、偏心距增大系數(shù)——η◆由于側(cè)向撓曲變形，軸向力將產(chǎn)生二階效應(yīng)，引起附加彎矩?！魧τ陂L細(xì)比較大的構(gòu)件，二階效應(yīng)引起附加彎矩不能忽略?！魣D示典型偏心受壓柱，跨中側(cè)向撓度為

f?！魧缰薪孛妫S力N的偏心距為ei+f

，即跨中截面的彎矩為M=N(ei+f)?！粼诮孛婧统跏计木嘞嗤那闆r下，柱的長細(xì)比l0/h不同，側(cè)向撓度f的大小不同，影響程度會(huì)有很大差別，將產(chǎn)生不同的破壞類型?！魧Χ讨珊雎詡?cè)向撓度f影響?！?/p>

對于中長柱，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮側(cè)向撓度f對彎矩增大的影響?！簟兑?guī)范》：以ηei代替（ei+f）5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算，

ζ1——截面曲率對ei影響系數(shù)，ζ1＝0.5fcA/N≤1ζ2——構(gòu)件長細(xì)比對ei影響系數(shù)，ζ2＝1.15－0.01lo/h≤1《規(guī)范》：對于長細(xì)比小于5的短柱可不考慮撓度影響，取η=1.05.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算小結(jié)：1、偏心受壓構(gòu)件的破壞類型及其特點(diǎn)；2、相關(guān)參數(shù)：◆附加偏心距◆偏心距增大系數(shù)作業(yè)：思考題：4、5、6下節(jié)內(nèi)容：計(jì)算公式及其運(yùn)用。當(dāng)x≤xb時(shí)當(dāng)x>xb時(shí)—受拉破壞(大偏心受壓)—受壓破壞(小偏心受壓)5、矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算公式及適用條件5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算三、對稱配筋截面◆實(shí)際工程中，受壓構(gòu)件常承受變號彎矩作用，當(dāng)彎矩?cái)?shù)值相差不大，可采用對稱配筋?！舨捎脤ΨQ配筋不會(huì)在施工中產(chǎn)生差錯(cuò)，故有時(shí)為方便施工或?qū)τ谘b配式構(gòu)件，也采用對稱配筋?！魧ΨQ配筋截面，即As=As'，fy=fy'，a=a'，其界限破壞狀態(tài)時(shí)的軸力為Nb=afcbxbh0。因此，除考慮偏心距大小外，還要根據(jù)軸力大?。∟<Nb或N>Nb）的情況判別屬于哪一種偏心受力情況。5.4偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算1、當(dāng)hei>eib.min=0