第六章 轴心受力构件的受力性能

第六章轴心受力构件的受力性能一、工程实例压压压拉拉二、轴心受拉构件的受力分析1.受拉构件的配筋形式纵筋纵筋箍筋bh00.0010.0020.0030.00420010050150N(kN)平均应变混凝土：fc=30.8MPa;ft=1.97MPa;Ec=25.1103MPa.钢筋：fy=376MPa;fsu=681MPa;Es=205103MPa;As=284mm2.152NN915152二、轴心受拉构件的受力分析2.试验研究钢筋屈服混凝土开裂二、轴心受拉构件的受力分析2.试验研究NtNtNtcrNtcrNtNt二、轴心受拉构件的受力分析2.试验研究NtNt结论•三个工作阶段：开裂前，线弹性；开裂至钢筋屈服，裂缝不断发展；钢筋屈服后，Nt基本不增加•首根裂缝出现后还会继续出现裂缝，但裂缝增至一定数量后便不在增加•极限承载力取决于钢筋的用量和强度二、轴心受拉构件的受力分析3.3.极限承载力sss=Essys,hfyttot0ftt=EctAss（Asfy）Nt混凝土退出工作sytuAfN应用：设计、截面复核三、轴心受压短柱的受力分析1.试验研究bhAsANcNc混凝土压碎钢筋凸出oNcl混凝土压碎钢筋屈服第一阶段：加载至钢筋屈服第二阶段：钢筋屈服至混凝土压碎三、轴心受压短柱的受力分析2.截面分析的基本方程NccAs’s’sss=Essys,hfyccccccff)2501(100011200=0.002ocfcc平衡方程''ssccAAN变形协调方程sc物理方程(以fcu50Mpa为例)三、轴心受压短柱的受力分析3.荷载-变形关系NccAs’fy’当0=0.002时，混凝土压碎，柱达到最大承载力''syccuAfAfN若s=0=0.002，则2/400200000002.0002.0'mmNEss轴心受压短柱中，当钢筋的强度超过400N/mm2时，其强度得不到充分发挥三、轴心受压短柱的受力分析3.承载力计算公式的应用NccAs’fy’''syccuAfAfN应用：设计、截面复核截面复核：400Mpa四、轴心受压长柱的受力分析1.试验研究长柱的承载力短柱的承载力（相同材料、截面和配筋）原因：长柱受轴力和弯矩（二次弯矩）的共同作用四、轴心受压长柱的受力分析2.稳定系数短长cucuNN和长细比l0/b（矩形截面）直接相关blblblblbl/012.087.050~35//021.0177.134~8/18/00000时，时，时，试验研究表明：《混凝土结构设计规范》中，为安全计，取值小于上述结果，详见教材表3-1il/0AIi/四、轴心受压长柱的受力分析3.承载力)''(9.0syccuAfAfN稳定系数应用：设计、截面复核五、配有螺旋筋柱的受力分析1.配筋形式ssdcordcor五、配有螺旋筋柱的受力分析2.试验研究Nc素混凝土柱普通钢筋混凝土柱螺旋箍筋钢筋混凝土柱荷载不大时螺旋箍柱和普通箍柱的性能几乎相同保护层剥落使柱的承载力降低螺旋箍筋的约束使柱的承载力提高标距NcNc五、配有螺旋筋柱的受力分析3.承载力计算dcorrfyAss1fyAss1约束混凝土的抗压强度rcccff4当箍筋屈服时r达最大值corssycorcorssycorssyrAAfsddAfsdAf244220211核心区混凝土的截面积间接钢筋的换算面积sAdAsscorsso1五、配有螺旋筋柱的受力分析3.承载力计算dcorrfyAss1fyAss1)2''(9.0]'')4[(9.0)''(9.00ssysycorcsycorrcsycorcccuAfAfAfAfAfAfAfN•算得的承载力不宜大于普通箍柱承载力的1.5倍，以免保护层过早脱落•当l0/d12时，不考虑箍筋的有利作用•当按上式算得的承载力小于普通箍柱承载力时，取后者•Ass0小于As’的25%时，不考虑箍筋的有利作用•40s80和dcor/5间接钢筋对砼约束的折减系数，C50以下取1.0，C80时取0.85［例6-1］已知：某四层四跨现浇框架结构的底层内柱，轴向力设计值N=1400kN，H=3.9m，混凝土强度等级为C20，钢筋用HRB400级。求：柱截面积尺寸及纵筋面积。解：根据构造要求，先假定柱截面尺寸为mmmm350350按《混凝土设计规范》规定mHl9.30由14.11350/3900/0bl，查表（6－1）得967.0按式（6－4）求'sA23''1201)3503506.9967.09.0101400(3601)9.0(1mmAfNfAcys)006.0(00981.03503501201''min'min'AAs，可以截面每一例配筋率%2.000495.035035012015.0'可以故受压纵筋最小配筋率，满足要求。选用4根直径20mmHRB400级钢筋，2'1256mmAs。【例6-2】已知：某旅馆底层门厅内现浇钢筋混凝土柱、承受轴心压力设计值N=4900kN，从基础顶面至二层楼面高度为H=5.2m。混凝土强度等级为C30，由于建筑要求柱截面为圆形，直径为d=470mm。柱中纵筋用HRB3350级（II级）钢筋，箍筋用HPB235级（I级）钢筋。求：柱中配筋。【解】先按配有普通纵筋和箍筋柱计算。（l）求计算长度0l取钢筋混凝土现浇框架底层柱的计算长度mHl2.50(2）求计算稳定系数1.11470/5200/0dl查表（6-1）得938.0（3）求纵筋sA'知圆形混凝土截面积为4221034.174/47014.34/dA)=211082mm由式（6－4）得)1034.173.14938.09.0104900(3001)9.0(143''AfNfAcys（4）求配筋率0044.6)1034.17/(11082/''AAs配筋率太高，若混凝土强度等级不再提高，并因12/0dl，可采用螺旋箍筋柱。下面再按螺旋箍筋往来计算。（5）假定纵筋配筋率045.0'，则得7803''AAs，选用1525，27363'mmAs。混凝土的保护层取用25mm，得mmddcor4205047022524221085.134/42014.34/mmdAcorcor（6）混凝土强度等级＜C50，0.1；按式（6－9）求螺旋筋的换算截面面积ssoA。得：ysycorcssofAfAfNA2)''(9.0/24429882102)73633001085.133.14(9.0/10490mm21841736325.0'25.0mmAAssso满足构造要求。（7）假定螺旋筋直径mmd10，则单肢螺旋筋面积215.78mmAss。螺旋筋的间距s可通过式(6-7)求得：mmAAdssssscor66.342988/5.7842014.3/01取s=40mm，以满足不小于mm40，并不大于80mm及cord2.0的要求。（8）根据所配置的螺旋筋d=10mm，s=40mm，重新用式（6-7）及式（6-9）求得间接配筋柱的轴向力设计值N如下：212588405.7842014.3mmsAdAsscorsso)''2(9.0syssoycorcuAfAfAfN)25882101273633001085.133.14(9.04KN31077.4748接式（6－4）得：)''(9.0sycuAfAfNKN341016.3869]7363300)73631038.173.14[938.09.0因kNkN3331077.47481024.58441016.38965.1说明该柱能承受的轴心受压承载力设计值kNNu31077.4748此值大于轴心压力设计值kNN3104900，故满足要求。