第七單元軸心受壓構(gòu)件承載力計算課件

第七單元軸心受壓構(gòu)件承載力計算軸心受壓構(gòu)件的概念和類型；普通箍筋柱的構(gòu)造要求、破壞形態(tài)；軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)；正截面承載力計算螺旋箍筋柱的構(gòu)造要求、受力特點及破壞形態(tài)。

第七單元軸心受壓構(gòu)件承載力計算軸心受壓構(gòu)件的概念和類型

概述承受以軸向壓力為主的構(gòu)件稱為受壓構(gòu)件。鋼筋混凝土受壓構(gòu)件分為軸心受壓構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件。（1）軸心受壓構(gòu)件：縱向外圧力作用線與受壓構(gòu)件軸線相重合；（2）偏心受壓構(gòu)件：軸向力作用線不通過構(gòu)件截面的幾何中心；分為單向偏心受壓構(gòu)件和雙向偏心受壓構(gòu)件。（第八單元）

概述承受以軸向壓力為主的構(gòu)件稱為受壓構(gòu)件。第七單元軸心受壓構(gòu)件承載力計算ppt課件第七單元軸心受壓構(gòu)件承載力計算ppt課件第七單元軸心受壓構(gòu)件承載力計算ppt課件第七單元軸心受壓構(gòu)件承載力計算ppt課件

概述在實際結(jié)構(gòu)中，軸心受壓構(gòu)件是不存在的。（Why？）

如果偏心距過小，可以忽略不計時，為方便計算，仍按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計。由于作用位置的偏差，混凝土組成結(jié)構(gòu)的非均勻性、鋼筋的非對稱布置以及施工誤差等，使得構(gòu)件的幾何中心與實際軸線不重合。

概述在實際結(jié)構(gòu)中，軸心受壓構(gòu)件是不存在的。（Why？）由按箍筋的功能和配置方式分為普通箍筋柱和螺旋箍筋柱兩類。

概述

概述

7-2普通箍筋柱

一.構(gòu)造要求截面形狀：正方形、矩形等；縱筋對稱布置，沿構(gòu)件高度設(shè)置有等間距的箍筋。軸心受壓構(gòu)件承載力主要由混凝土承擔。

7-2普通箍筋柱一.構(gòu)造要求

一.構(gòu)造要求1.材料強度等級

混凝土：C25C30C35C40等

鋼筋：

縱筋不宜選擇高強鋼筋，

HRB335、HRB400.

箍筋HPB300、HRB335。

一.構(gòu)造要求1.材料強度等級

一.構(gòu)造要求2.截面尺寸軸心受壓構(gòu)件的截面尺寸不宜過小。不宜小于250mm×250mm。小于800mm時，以50mm倍數(shù)增減，大于800mm時，以100mm的倍數(shù)增加。長細比：桿件的計算長度與桿件截面的回轉(zhuǎn)半徑之比。矩形截面長細比

L0/b≤30，

L0/h≤25。

由于實際中偏心的影響，長細比大，縱向彎曲的影響大，材料不能充分發(fā)揮其強度。一.構(gòu)造要求2.截面尺寸由于實際中偏心的影響，長細比大，

3.縱向鋼筋

（1）作用：①幫助混凝土承壓（以減少截面尺寸）；

②抵抗偶然因素所產(chǎn)生的拉力；（承受可能存在的彎矩）

③增加構(gòu)件的延性，防止構(gòu)件的突然脆性破壞；（2）布置：盡可能選用直徑較粗的鋼筋，一般不小12mm

矩形柱中的縱向鋼筋應(yīng)在截面周邊均勻?qū)ΨQ布置，且不少于4根。

縱向受力鋼筋的凈距不應(yīng)小于50mm且不大于350mm。

一.構(gòu)造要求3.縱向鋼筋一.構(gòu)造要求

3.縱向鋼筋

（3）配筋率：不宜過高，柱中全部縱向受力鋼筋的最大配筋率不宜超過5%?！稑蛞?guī)》規(guī)定：受壓構(gòu)件全部縱向鋼筋配筋率不應(yīng)小于0.5%，當混凝土強度等級為C50及以上時不應(yīng)小于0.6%，同時一側(cè)鋼筋配筋率不應(yīng)小于0.2%。

一.構(gòu)造要求以免造成施工困難和不經(jīng)濟。如果縱筋配筋率過小，起不到防止脆性破壞的緩沖作用；同時，承受可能存在的微小彎矩以及混凝土收縮、溫度變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力。3.縱向鋼筋一.構(gòu)造要求以

4.箍筋

（1）作用：①約束受壓鋼筋，防止其受壓后外凸（主要作用）；

②箍筋可以用來抗剪；

③箍筋能與縱筋構(gòu)成骨架，保證縱筋的正確位置；（2）間距：

≤15d

d:縱向鋼筋的最小直徑

箍筋間距

≤400mm

≤b

b:構(gòu)件短邊尺寸在縱向鋼筋搭接區(qū)域內(nèi)箍筋間距不大于10d，d為縱筋最小鋼筋直徑，且不宜大于200mm；

一.構(gòu)造要求4.箍筋一.構(gòu)造要求

4.箍筋

（3）直徑：

一.構(gòu)造要求≥6mm

≥d/4d為縱向鋼筋的最大直徑箍筋直徑4.箍筋一.構(gòu)造要求工字型截面柱的箍筋設(shè)置工字型截面柱的箍筋設(shè)置

按照構(gòu)件長細比的不同，軸心受壓構(gòu)件分為短柱和長柱。試驗研究：試件的材料強度、截面尺寸和配筋均相同，只有柱的長度不同。記錄的數(shù)據(jù)軸心壓力N(通過油壓千斤頂施加)，在柱的長度一半處設(shè)置百分表，測量橫向撓度u。

二.破壞形態(tài)按照構(gòu)件長細比的不同，軸心受壓構(gòu)件分為短柱和長柱（一）短柱（長細比L0/b≤8）L0為柱的計算長度，b為矩形截面的短邊尺寸。配有普通箍筋的矩形截面短柱在軸向壓力N作用下整個截面的應(yīng)變基本上是均勻分布的。當柱中所配置的縱向受力鋼筋的強度不是很高時，隨著荷載的增大，鋼筋將先達到其屈服強度，此時，荷載仍可繼續(xù)增加，臨近破壞時，柱子表面出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土保護層開始剝落，最后，箍筋之間的縱向鋼筋壓屈而向外凸出，混凝土被壓碎崩裂而破壞。

二.破壞形態(tài)材料破壞（一）短柱（長細比L0/b≤8）二.破壞形態(tài)材料破壞

二.破壞形態(tài)oNl混凝土壓碎鋼筋屈服第一階段：加載至鋼筋屈服第二階段：鋼筋屈服至混凝土壓碎bhAsANN混凝土壓碎鋼筋凸出（一）短柱（長細比L0/b≤8）二.破壞形態(tài)oNl混凝土壓碎鋼筋屈服第一階段：加載至鋼（一）短柱（長細比L0/b≤8）試驗證明，鋼筋混凝土短柱破壞時，混凝土壓應(yīng)變均在2×103附近，此時混凝土基本達到其軸心抗壓強度；同時一般中等強度的鋼筋也基本上能達到其屈服強度。但是，高等強度的鋼筋達不到其屈服強度。

二.破壞形態(tài)為什么在短柱設(shè)計中，不宜采用高強鋼筋作為受壓鋼筋？（一）短柱（長細比L0/b≤8）二.破壞形態(tài)為什么在短柱（二）長柱（長細比L0/b＞8）

二.破壞形態(tài)（二）長柱（長細比L0/b＞8）二.破壞形態(tài)（二）長柱（長細比L0/b＞8）長柱在外荷載不大時，全截面受壓。隨著荷載增大，出現(xiàn)了壓縮變形，同時出現(xiàn)較大的橫向撓度。凹側(cè)壓應(yīng)力較大，凸側(cè)壓應(yīng)力較小。破壞時首先在凹邊出現(xiàn)縱向裂縫，接著混凝土被壓碎，縱向鋼筋被壓彎向外凸出，側(cè)向撓度急速發(fā)展，最終柱子失去平衡并將凸邊混凝土拉裂而破壞。長細比過大的柱，甚至可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。

二.破壞形態(tài)在軸力和彎矩的共同作用下破壞，甚至可能發(fā)生失穩(wěn)破壞（二）長柱（長細比L0/b＞8）二.破壞形態(tài)在軸力和總結(jié)：長細比：短柱L0/b≤8長柱L0/b＞8破壞原因：短柱材料破壞長柱失穩(wěn)破壞承載能力：在其他條件相同的情況下，短柱＞長柱。

二.破壞形態(tài)總結(jié)：二.破壞形態(tài)設(shè)計中限制縱筋的最大配筋率的原因：在實際結(jié)構(gòu)中，軸心受壓構(gòu)件的作用大部分為恒載。在恒載的長期作用下，混凝土要發(fā)生徐變。由于混凝土徐變的作用及鋼筋和混凝土的變形必須協(xié)調(diào)，在鋼筋和混凝土之間會發(fā)生應(yīng)力重分布現(xiàn)象。即隨著作用持續(xù)時間的增加，混凝土的壓應(yīng)力逐漸小于鋼筋的壓應(yīng)力，造成實際上的混凝土受拉，鋼筋受壓。若配筋率過大，可能使混凝土開裂，會出現(xiàn)若干條與構(gòu)件軸線垂直的貫通裂縫。

二.破壞形態(tài)設(shè)計中限制縱筋的最大配筋率的原因：二.破壞形態(tài)定義：對于鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件，時失穩(wěn)破壞時的臨界壓力N長與短柱壓壞時的軸心壓力N短的比值，即φ=N長/N短(7-1)表達式：矩形截面：l0/b圓形截面：l0/2r一般截面：l0/i

二.穩(wěn)定系數(shù)二.穩(wěn)定系數(shù)最主要的影響因素是長細比。

二.穩(wěn)定系數(shù)二.穩(wěn)定系數(shù)反映了桿長、支座情況、截面尺寸和截面形狀對臨界力的影響。長細比越大，縱向彎曲系數(shù)越小。

二.穩(wěn)定系數(shù)二.穩(wěn)定系數(shù)

課題二正截面承載力計算課題二正截面承載力計算軸心受壓構(gòu)件承載力計算公式為Nd—軸向力組合設(shè)計值；—受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，按照表7-1取用；A—構(gòu)件截面全面積，當時，上式的A應(yīng)取用混凝土的凈面積；As’—縱向鋼筋截面面積；fcd—混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值；fsd’—縱向普通鋼筋抗壓強度設(shè)計值。

一.計算公式折減系數(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。軸心受壓構(gòu)件承載力計算公式為Nd—軸向力組合設(shè)計值；一.

二.計算內(nèi)容普通箍筋柱的正截面承載力設(shè)計截面設(shè)計承載力復核二.計算內(nèi)容普通箍筋柱的正截面承載力設(shè)計截面設(shè)計承載力

二.計算內(nèi)容截面設(shè)計：情況一7-1二.計算內(nèi)容截面設(shè)計：情況一7-1

二.計算內(nèi)容截面設(shè)計：情況二若截面尺寸未知，步驟：a、可先假定配筋率，并設(shè)；

b、則可將代入公式（7-2）得：則

c、結(jié)合構(gòu)造要求選擇截面尺寸（邊長取整）。

d、按照情況一進行計算（確定實際的穩(wěn)定系數(shù)）。二.計算內(nèi)容截面設(shè)計：情況二若截面尺寸未知，

二.計算內(nèi)容承載力復核7-1二.計算內(nèi)容承載力復核7-17-3螺旋箍筋柱

當軸心受壓構(gòu)件承受很大的軸向壓力，而截面尺寸不能無限制加大，采用普通箍筋柱，即使增大混凝土強度和鋼筋用量也不能承受軸向壓力時，可以采用螺旋箍筋柱。7-3螺旋箍筋柱當軸心受壓構(gòu)件承受很大的7-3螺旋箍筋柱一、構(gòu)造要求二、受力特點和破壞特性三、正截面承載力計算7-3螺旋箍筋柱一、構(gòu)造要求二、受力特點和破壞特性三、正一、構(gòu)造要求截面形式：多為圓形或多邊形箍筋形式：螺旋箍筋或焊接環(huán)式箍筋

作用：使截面核心混凝土成為約束混凝土，提高構(gòu)件承載力和延性。

直徑：不應(yīng)小于縱筋直徑的1/4，且不小于8mm?？v向鋼筋應(yīng)沿圓周均勻分布，其截面積應(yīng)不小于核心混凝土截面積的0.5%。核心截面積不應(yīng)小于構(gòu)件整個截面面積的2/3。箍筋間距不應(yīng)大于核心直徑的1/5，也不應(yīng)大于80mm，且不應(yīng)小于40mm。縱向受力鋼筋應(yīng)伸入與受壓構(gòu)件連接的上下構(gòu)件內(nèi)，其長度不應(yīng)小于受壓構(gòu)件直徑且不應(yīng)小于縱向受力鋼筋的錨固長度。

一、構(gòu)造要求7-3螺旋箍筋柱一、構(gòu)造要求二、受力特點和破壞特性三、正截面承載力計算7-3螺旋箍筋柱一、構(gòu)造要求二、受力特點和破壞特性三、正二、受力特點和破壞特性對于配有螺旋箍筋的軸心受壓短柱，沿柱高連續(xù)環(huán)繞的、間距很密的螺旋箍筋像一個套筒，將核心混凝土包住，有效限制了核心混凝土的橫向變形。

螺旋箍筋柱與普通箍筋柱力－位移曲線的比較二、受力特點和破壞特性螺旋箍筋柱與普通箍筋柱力－位移曲線的比二、受力特點和破壞特性壓應(yīng)變ε=0.002壓應(yīng)變ε=0.003~0.0035，縱筋屈服，混凝土保護層剝落壓應(yīng)變ε=0.01，螺旋箍筋屈服，混凝土被壓碎螺旋箍筋柱有很好的延性。破壞時，強度和變形都比普通箍筋柱好得多。

螺旋箍筋柱與普通箍筋柱荷載－位移曲線的比較間接鋼筋柱二、受力特點和破壞特性螺旋箍筋柱與普通箍筋柱荷載－位移曲線的7-3螺旋箍筋柱一、構(gòu)造要求二、受力特點和破壞特性三、正截面承載力計算7-3螺旋箍筋柱一、構(gòu)造要求二、受力特點和破壞特性三、正三、正截面承載力計算螺旋箍筋柱的正截面抗壓承載力是由核心混凝土、縱向鋼筋、螺旋式或焊接環(huán)式箍筋三部分的承載力組成，其正截面承載力可按下式計算：

三、正截面承載力計算三、正截面承載力計算

fs—螺旋箍筋的抗拉強度；dcor—截面核心混凝土的直徑=d-2c，c為縱筋至柱截面邊緣的徑向混凝土保護層厚度；Acor—構(gòu)件的核心截面面積，Acor=；S—螺旋箍筋的間距；As0—螺旋箍筋的換算截面面積，是按照體積相等的原則換算的縱向鋼筋的面積；As01—單根箍筋的截面面積；k----間接鋼筋影響系數(shù)，混凝土等級不超過C50時，k=2.0，C80時，k=2.0~1.7，其間按線形插值內(nèi)插得到。三、正截面承載力計算fs—螺旋箍筋的抗拉強度；k----間接三、正截面承載力計算

上述公式是針對短柱而言的，對于長柱有可能發(fā)生失穩(wěn)破壞，破壞時核心混凝土橫向變形不大，螺旋箍筋不能發(fā)揮作用，即螺旋箍筋不能增加柱的穩(wěn)定性。．在螺旋箍筋柱內(nèi)，保護層在柱破壞前早就剝落。為了保證在使用荷載下，保護層不致過早剝落，按照公式計算的承載力不應(yīng)比普通箍筋柱計算的普通箍筋柱承載力大于50%。．凡屬于下列情況之一，不考慮螺旋箍筋的影響而按照普通箍筋柱計算承載力。．當構(gòu)件的長細比，因為過大，柱子喪失穩(wěn)定而破壞，而使螺旋箍筋不能發(fā)揮作用。．當按照公式計算所得的承載力小于普通箍筋柱計算結(jié)果時，因公式僅考慮了核心混凝土，當外圍混凝土較厚時出現(xiàn)這種情況。．當螺旋箍筋換算面積，螺旋箍筋配置過少，不能起顯著約束作用。d.

當間接鋼筋的間距大于80mm或大于核心直徑的1/5時。三、正截面承載力計算上述公式是針對短柱而言的練習1.配普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件的承載力為

，其中是

，它是用來考慮

對柱的承載力的影響。2.對于普通箍筋柱，若提高混凝土強度等級、增加縱筋數(shù)量都不足以承受軸心壓力時，可考慮采用

和

方法來提高其承載力。3.矩形截面柱的截面尺寸不宜小于

mm。練習1.配普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件的承載力為練習4.《公路橋規(guī)》規(guī)定，受壓構(gòu)件的全部縱筋的配筋率不應(yīng)小于

，且不宜超過

；一側(cè)縱筋的配筋率不應(yīng)小于

。5.配螺旋箍筋的鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件的正截面受壓承載力為

，其中，k是

系數(shù)。6.配置螺旋箍筋的鋼筋混凝土柱的抗壓承載力，高于同等條件下不配置螺旋箍筋時的抗壓承載力是因為[]。a、又多了一種鋼筋受壓b、螺旋箍筋使混凝土更密實c、截面受壓面積增大d、螺旋箍筋約束了混凝土的橫向變形練習4.《公路橋規(guī)》規(guī)定，受壓構(gòu)件的全部縱筋的配筋率不應(yīng)小于練習7.一圓形截面鋼筋混凝土螺旋箍筋柱，柱長細比為13。按螺旋箍筋柱計算該柱的承載力為550kN，按普通箍筋柱計算，該柱的承載力為400kN。該柱的承載力應(yīng)視為[]。a、400kNb、475kNc、500kNd、550kN8.一圓形截面鋼筋混凝土螺旋箍筋柱，柱長細比為=10。按螺旋箍筋柱計算該柱的承載力為480kN，按普通箍筋柱計算，該柱的承載力為500kN。該柱的承載力應(yīng)視為[]。a、480kNb、490kNc、495kNd、500kN練習練習9.《公路橋規(guī)》規(guī)定：螺旋箍筋柱計算的承載力不得超過普通柱的1.5倍，這是為[]。a、限制截面尺寸b、不發(fā)生脆性破壞c、在正常使用階段外層混凝土不致脫落d、保證構(gòu)件的延性練習練習1.配普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件的承載力為

，其中是

，它是用來考慮

對柱的承載力的影響。2.對于普通箍筋柱，若提高混凝土強度等級、增加縱筋數(shù)量都不足以承受軸心壓力時，可考慮采用

和

方法來提高其承載力。3.矩形截面柱的截面尺寸不宜小于

mm。軸心受壓