07-钢筋混凝土受压构件承载力.

第七章钢筋混凝土受压构件承载力轴向力的作用线与构件截面重心轴线相重合时。概述轴心受压构件：偏心受压构件：单向偏心受压构件：双向偏心受压构件：当轴向力作用线与构件截面重心轴线平行且沿某主轴偏离重心时。当轴向力作用线与构件截面重心轴线平行且沿偏离两个主轴时。当弯矩和轴力共同作用于构件上，可看成具有偏心的轴向压力的作用或当轴向力作用线与构件截面重心轴线不重合时。NNeANerexey(a)轴心受压(b)单向偏心受压(c)双向偏心受压受压构件（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。概述第六章混凝土结构设计原理工业和民用建筑中的单层厂房和多层框架柱偏心受压构件7.1.1配有纵筋和箍筋柱承载力的计算§7.1轴心受压柱正截面承载力计算◆在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。◆通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的不确定性、混凝土质量的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。◆但有些构件，如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。截面形式：正方形、矩形、圆形、多边形、环形等配筋形式：纵向钢筋+箍筋密布螺旋式图6-2轴心受压柱环形配箍普通配箍箍筋种类:(a)普通箍筋的柱(b)螺旋式箍筋柱(c)焊接环式箍筋柱纵向钢筋作用:帮助混凝土承担压力防止混凝土出现突然的脆性破坏，并承受由于荷载的偏心而引起的弯矩。箍筋作用:与纵筋组成空间骨架，减少纵筋的计算长度因而避免纵筋过早的压屈而降低柱的承载力。加载初期整个截面的应变是均匀分布的荷载增加整个截面的应变迅速增加加载末期混凝土达到极限应变，柱子出现纵向裂缝保护层剥落，纵筋向外凸，砼被压碎而破坏1轴心受压短柱在短期荷载作用下的应力分布及破坏形态轴心受压构件正截面承载力计算试件为配有纵筋和箍筋的短柱。柱全截面受压，压应变均匀。钢筋与砼共同变形，压应变保持一样。cfyf试验结果荷载较小，砼和钢筋应力比符合弹模比。荷载加大，应力比不再符合弹模比。荷载长期持续作用，砼徐变发生，砼与钢筋之间引起应力重分配。破坏时，砼的应力达到，钢筋应力达到。sycuAfAfN短柱的承载力设计值0200400600800100010020030040050020406080100scssscN(kN)弹性阶段弹塑性阶段应力－荷载曲线示意图ss钢筋混凝土之间的应力重分布：初期（荷载小），钢筋与混凝土应力之比等于弹模之比。后期（荷载增加），混凝土塑性变形发展，弹模降低，钢筋应力增长加快，混凝土应力增长变慢。破坏形态1、随着荷载的增加，混凝土的应力增加较慢，钢筋的应力增加较快；2、对于钢筋混凝土短柱，不论受压钢筋在构件破坏时是否屈服，构件的承载力都是由混凝土的压碎来控制的；3、钢筋混凝土短柱破坏时，压应变在0.0025~0.0035之间，规范取为0.002，相应地，纵筋的应力为：25'400102002.0mmNss不同箍筋短柱的荷载—应变图A——不配筋的素砼短柱；B——配置普通箍筋的钢筋砼短柱；C——配置螺旋箍筋的钢筋砼短柱。普通钢箍柱螺旋钢箍柱矩形截面轴心受压长柱前述是短柱的受力分析和破坏特征。对于长细比较大的长柱，试验表明，由于各种偶然因素造成的初始偏心距的影响是不可忽略的。加载后由于有初始偏心距将产生附加弯距，这样相互影响的结果使长柱最终在弯矩及轴力共同作用下发生破坏。对于长细比很大的长柱，还有可能发生“失稳破坏”的现象，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载。•稳定系数与构件的长细比l0/b（l0为柱的计算长度，b为柱截面短边）有关值的试验结果及规范取值02.04.06.08.00.14.12.1555045403530252015105bl0021.0177.1bl0012.087.0按“规范”取值长细比l0/b越大，值越小。l0/b8时，=1；考虑混凝土强度等级，钢筋种类及配筋率得出以下统计关系：blbl0021.0177.134~8，当blbl0012.087.050~35，当•与构件两端支撑条件有关：•两端铰支l0=l，•两端固支l0=0.5l•一端固支一端铰支l0=0.7l•一端固支一端自由l0=2l计算长细比l0/b时，l0的取值实际计算时可直接查表0ll00.7ll00.5ll02ll(a)两端铰支承(b)端铰支承，一端固定(c)两端固定(d)一端固定，一端自由图6.8柱的计算长度如：一般多层房屋的钢筋混凝土框架柱：现浇楼盖：底层柱其余各层柱装配式楼盖：底层柱其余各层柱注：其中H对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度；对其余各层柱为上下层楼盖顶面之间的高度l0=1.0Hl0=1.25Hl0=1.25Hl0=1.5H2.承载力计算公式N——轴向力设计值；——稳定系数，见附表21；fc——混凝土的轴心抗压强度设计值A——构件截面面积；fy——纵向钢筋的抗压强度设计值；A’s——全部纵向钢筋的截面面积。0.9——可靠度调整系数纵向钢筋配筋率大于3％时，式中A应改用Ac：Ac=A-A’注意要满足最小配筋率的要求，全部为0.6％，每侧为0.2％。)(9.0sycuAfAfNN一、截面形式和尺寸采用方形或矩形截面，截面长边布在弯矩作用方向，长短边比值1.5～2.5。也可采用T形、工字形截面。桩常用圆形截面。截面尺寸不宜过小，水工建筑现浇立柱边长300mm。截面边长800mm，50mm为模数，边长800mm，以100mm为模数。二、砼受压构件承载力主要取决于砼强度，应采用强度等级较高的砼，如C20、C25、C30或更高。3受压构件的构造要求三、纵向钢筋作用：①协助砼受压；②承担弯矩。常用II级、III级。不宜用高强钢筋，不宜用冷拉钢筋。直径12mm，常用直径12～32mm。现浇时纵筋净距50mm，最大间距350mm。例题：某多层现浇框架结构的第二层中柱，承受轴心压力设计值N=1840KN，柱的计算长度为3.9m，混凝土C30，HRB400钢筋，环境类别为一类，试设计该截面。习题：某钢筋混凝土轴心受压柱，截面尺寸b×h=250×250mm，柱的计算长度为2.5m，混凝土C30，柱内配有4根直径20mm的HRB400纵向钢筋，试确定该柱轴心受压承载力。习题：某钢筋混凝土轴心受压柱，截面尺寸b×h=350×350mm，柱的计算长度为4.9m，混凝土C25，柱内配有8根直径25mm的HRB400纵向钢筋，试确定该柱轴心受压承载力。7.2.2配有纵筋和螺旋箍筋的轴心受压构件1.试验研究分析：纵向压缩fcc=fc+4sc当N增大，砼的横向变形足够大时，对箍筋形成径向压力，反过来箍筋对砼施加被动的径向均匀约束压力。提高柱的承载力横向变形纵向裂纹(横向拉坏)若约束横向变形，使砼处于三向受压状态2.正截面受压承载力计算：fcc=fc+4scx=0corc1ssy2dSAfscor1ssyc2dSAfs仅在轴向受力较大，而截面尺寸受到限制时采用。配置的箍筋较多fyAss1fyAss1s2sdcor应用：y=0sycorccuAfAfNcorss1yccc8dSAfff解得：得：)2(9.0)0.9(≤0''sycorccssysycorcAfAfAfAfAfN式中SAdA1sscorss04cor2cordA间接钢筋的换算截面面积85.080150,时，时混凝土强度小于的折减系数。间接钢筋对混凝土约束CC适用条件：采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。如螺旋箍筋配置过多，极限承载力提高过大，则会在远未达到极限承载力之前保护层产生剥落，从而影响正常使用。《规范》规定：●按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的50%。◆对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形较大，截面不是全部受压，螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。《规范》规定：●对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。◆螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距s有关，为保证有一定约束效果，《规范》规定：●螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋A's面积的25%●螺旋箍筋的间距s不应大于dcor/5，且不大于80mm，同时为方便施工，s也不应小于40mm。构造措施：截面形式：通常为正多边形（六角形或八角形），有时也用圆形，但圆形的模板制作比较复杂；纵向钢筋螺旋筋：直径通常为6-16mm。根数通常为6-8根，沿圆周作等距离布置例题：某圆形截面轴心受压柱，计算高度3.4m，圆柱截面直径为400mm，C30混凝土，纵筋采用HRB400，配置8根直径20mm，螺旋式间接钢筋采用HRB335，配置直径为8mm，间距50mm，环境类别为一类，试确定该柱的轴心受压承载力（取箍筋混凝土保护层厚度为20mm）。习题：某圆形截面轴心受压柱，计算高度5.25m，圆柱截面直径为500mm，轴压力设计值N=4300KN，C30混凝土，纵筋采用HRB400，配置8根直径22mm，螺旋式间接钢筋采用HRB400，环境类别为一类，试确定螺旋式间接钢筋的直径间距（取箍筋混凝土保护层厚度为20mm）。7.3.1偏心受压构件正截面的破坏特征偏心受压构件是介于轴压构件和受弯构件之间的受力状态。e00e0a§7.3偏心受压构件正截面承载力的计算轴压构件受弯构件大量试验表明：构件截面中的符合，偏压构件的最终破坏是由于混凝土压碎而造成的。其影响因素主要与的大小和所配有关。平截面假定偏心距钢筋数量(一)第一类破坏情况——受拉破坏偏心距较大，As配筋合适。破坏特征是受拉钢筋应力先达到屈服，然后压区砼被压碎，受压筋应力一般也达到屈服，与配筋量适中的双筋受弯构件的破坏相类似。破坏有预兆，属延性破坏。也称为大偏心受压破坏。偏心受压构件的破坏形态与偏心距e0和纵向钢筋配筋率有关。试验结果(二)第二类破坏情况——受压破坏破坏特征是受压砼先达到极限应变而压坏，As未达到屈服，破坏具有脆性性质，也称为“小偏心受压破坏”。e0很小，全部受压e0稍大，小部分受拉e0较大，拉筋过多个别情况，e0极小，As配置过少，破坏可能在距轴向力较远一侧发生。偏心受压构件图Ne0NM（=Ne0）偏心受压构件的破坏形态1．受拉破坏——大偏心受压破坏破坏性质：塑性破坏。产生条件：相对偏心距)/(0he且受拉钢筋配置得不太多时。较大，部分受拉、部分受压，受拉钢筋应力先达到屈服强度，随后，混凝土被压碎，受压钢筋达屈服强度。构件的承载力取决于受拉钢筋的强度和数量。破坏特征：NN产生条件：（1）偏心距很小。（2）偏心距较小，或偏心距较大而受拉钢筋较多。（3）偏心距很小，但离纵向压力较远一侧钢筋数量少，而靠近纵向力N一侧钢筋较多时。破坏特征：一般是靠近纵向力一侧的混凝土首先达到极限压应变而压碎，该侧的钢筋达到屈服强度，远离纵向力一侧的钢筋不论受拉还是受压，一般达不到屈服强度。构件的承载力取决于受压区混凝土强度和受压钢筋强度。破坏性质：脆性破坏。)/(0he)/(0heNN2．受压破坏——小偏心受压破坏大小偏心受压破坏特征对比：⃟大偏心受压破坏为塑性破坏，小偏心受压破坏为脆性破坏共同点：不同点：⃟混凝土压碎而破坏⃟大偏心受压构件受拉钢筋屈服，且受压钢筋屈服，⃟小偏心受压构件一侧钢筋受压屈服，另一侧钢筋不屈服界限破坏：在“受拉破坏”与“受压破坏”之间存在一种界限状态，成为“界限破坏”当受拉钢筋屈服的同时，受压边缘混凝土应变达到极限压应变，它不仅有横向主裂缝，而且比较明显。界限破坏时，混凝土压碎区段的大小比“受拉破坏”情况时要大，比“受压破坏”情况时的要小通过研究界限破坏可以得出大小偏心受压构件的区分标准和办法3、界限破坏大小偏心受压的分界：0hxb0bhx当b–––大偏心受压b–––小偏心受压=b–––界限破坏状态527.4偏心受压构件的二阶效应7.4.1基本概念在偏心轴向力作用下，在弯曲平面内将产生弯曲变形，在临界截面处将产生挠