第5章 受压构件的截面承载力

5.1受压构件一般构造要求第5章受压构件的截面承载力§5.1受压构件一般构造要求5.1.1截面形式及尺寸轴心受压构件截面一般采用方形或矩形，有时也采用圆形或多边形。偏心受压构件一般采用矩形截面，但为了节约混凝土和减轻柱的自在自重，特别式在装配式柱中，较大尺寸的柱常常采用I形截面。拱结构的肋常做成T形截面。采用离心法制造的柱，桩，电杆以及烟囱，水塔支筒等常用环形截面。5.1受压构件一般构造要求第5章受压构件的截面承载力方形柱：不宜小于250×250mm。常取。I形柱：翼缘厚度不宜小于120mm，腹板厚度不宜小于100mm。5.1.2材料强度要求一般采用C25，C30，C35，C40，对于高层建筑的底层柱，必要时可采用高强度等级的混凝土。纵向钢筋一般采用HRB400级，HRB335级和RRB400级，不宜采用高强度钢筋，这是由于它于混凝土共同受压时，不能充分发挥其高强度的作用。箍筋一般采用HPB235级，HRB335级钢筋，也可采用HRB400级钢筋。253000hlbl，5.1受压构件一般构造要求第5章受压构件的截面承载力5.1.3纵筋轴心受压构件，偏心受压构件全部纵筋的配筋率不应小于:按钢筋级别分三档0.5%(500Mpa),0.55(400Mpa),0.6%(300,335Mpa)，C60以上混凝土增加0.1%；（8.5.1条）同时，一侧钢筋的配筋率不应小于0.2％。轴心受压构件的纵向受力钢筋的配置形式如左图所示。更正：左图应b≤4005.1受压构件一般构造要求第5章受压构件的截面承载力偏心受压构件的纵向受力钢筋的配置形式如左图所示。5.1受压构件一般构造要求第5章受压构件的截面承载力5.1.4箍筋柱中的箍筋应做成封闭式；箍筋间距：⑴在绑扎骨架中不应大于15d，⑵在焊接骨架中则不应大于20d（d为纵筋最小直径），且不应大于400mm，也不大于构件横截面的短边尺寸。箍筋直径：不应小于d∕4（d为纵筋最大直径），且不应小于6mm。当纵筋配筋率超过3％时，箍筋直径不应小于8mm，其间距不应大于10d（d为纵筋最小直径），且不应大于200mm。5.1受压构件一般构造要求第5章受压构件的截面承载力对于截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋，避免产生向外的拉力，致使折角处的混凝土破损，如上图所示。5.2轴心受压构件正截面受压承载力§5.2轴心受压构件正截面受压承载力计算◆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。普通钢箍柱螺旋钢箍柱普通钢箍柱：箍筋的作用？纵筋的作用？螺旋钢箍柱：箍筋的形状为圆形，且间距较密，其作用？第5章受压构件的截面承载力纵筋的作用：◆协助混凝土受压受压钢筋最小配筋率：0.6%（单侧0.2%）◆承担弯矩作用◆减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。实验表明，收缩和徐变能把柱截面中的压力由混凝土向钢筋转移，从而使钢筋压应力不断增长。压应力的增长幅度随配筋率的减小而增大。如果不给配筋率规定一个下限，钢筋中的压应力就可能在持续使用荷载下增长到屈服应力水准。第5章受压构件的截面承载力5.2轴心受压构件正截面受压承载力5.2.1轴心受压普通钢箍柱的正截面承载力计算⒈受力分析和破坏形态第5章受压构件的截面承载力5.2轴心受压构件正截面受压承载力短柱的破坏形态长柱的破坏形态轴心受压短柱''sucysNfAfA轴心受压长柱suluNNlusuNN稳定系数稳定系数主要与柱的长细比l0/b有关第5章受压构件的截面承载力5.2轴心受压构件正截面受压承载力⒉承载力计算公式00008~341.1770.01235~500.870.012lblblblb当时，当时，第5章受压构件的截面承载力5.2轴心受压构件正截面受压承载力''0.9ucysNNfAfA可靠度调整系数0.9是考虑初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性。承载力计算简图5.2.2轴心受压螺旋箍筋柱的正截面受压承载力计算第5章受压构件的截面承载力5.2轴心受压构件正截面受压承载力混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度214cf第5章受压构件的截面承载力5.2轴心受压构件正截面受压承载力第5章受压构件的截面承载力2fyAss1fyAss12sdcors(a)(b)(c)5.2轴心受压构件正截面受压承载力2fyAss1fyAss12sdcors(a)(b)(c)212corysssdfA122ysscorfAsd118yssccorfAfsd达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）1''''18yssucorysccoryscorcorfANAfAfAfAAsd124cf第5章受压构件的截面承载力5.2轴心受压构件正截面受压承载力2fyAss1fyAss12sdcors(a)(b)(c)01sssscorAsAdsAdAsscorss10''02uccorysyssNfAfAfA1''''18yssucorysccoryscorcorfANAfAfAfAAsd达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）214cf第5章受压构件的截面承载力5.2轴心受压构件正截面受压承载力2fyAss1fyAss12sdcors(a)(b)(c)01sssscorAsAdsAdAsscorss10''02uccorysyssNfAfAfA''00.92uccoryssysNNfAfAfA螺旋箍筋对承载力的影响系数，当fcu,k≤50N/mm2时，取=1.0；当fcu,k=80N/mm2时，取=0.85，其间直线插值。第5章受压构件的截面承载力5.2轴心受压构件正截面受压承载力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。第5章受压构件的截面承载力5.2轴心受压构件正截面受压承载力=M=Ne0NAssANe0AssA压弯构件偏心受压构件偏心距e0=0时，轴心受压构件当e0→∞时，即N=0时，受弯构件偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于轴心受压构件和受弯构件。第5章受压构件的截面承载力5.3偏心受压构件正截面受压破坏形态AssA?h0aa'b§5.3偏心受压构件正截面受压破坏形态5.3.1偏心受压短柱的破坏特征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⒈受拉破坏形态第5章受压构件的截面承载力fyAsf'yA'sNMM较大，N较小偏心距e0较大fyAsf'yA'sNAs配筋合适5.3偏心受压构件正截面受压破坏形态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⒈受拉破坏形态第5章受压构件的截面承载力◆截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，As的应力随荷载增加发展较快，首先达到屈服强度。◆此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小。◆最后受压侧钢筋A's受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。◆这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，承载力主要取决于受拉侧钢筋。◆形成这种破坏的条件是：偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为大偏心受压。fyAsf'yA'sN5.3.1偏心受压短柱的破坏特征5.3偏心受压构件正截面受压破坏形态受拉破坏时的截面应力和受拉破坏形态（a）截面应力（b）受拉破坏形态第5章受压构件的截面承载力5.3偏心受压构件正截面受压破坏形态⒉受压破坏产生受压破坏的条件有两种情况：⑴当相对偏心距e0/h0较小，截面全部受压或大部分受压第5章受压构件的截面承载力sAsf'yA'sN⑵或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时sAsf'yA'sNAs太多5.3偏心受压构件正截面受压破坏形态第5章受压构件的截面承载力◆截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大。◆而受拉侧钢筋应力较小。◆当相对偏心距e0/h0很小时，‘受拉侧’还可能出现“反向破坏”情况。◆截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏。◆承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，破坏时受压区高度较大，远侧钢筋可能受拉也可能受压，破坏具有脆性性质。◆第二种情况在设计应予避免，因此受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小偏心受压。⒉受压破坏产生受压破坏的条件有两种情况：⑴当相对偏心距e0/h0较小。⑵或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时。sAsf'yA'sNsAsf'yA'sNAs太多5.3偏心受压构件正截面受压破坏形态受压破坏时的截面应力和受压破坏形态（a）、（b）截面应力（c）受压破坏形态第5章受压构件的截面承载力5.3偏心受压构件正截面受压破坏形态第5章受压构件的截面承载力5.3偏心受压构件正截面受压破坏形态5.3.2长柱的正截面受压破坏“失稳破坏”是指由于构件的长细比很大，构件的破坏不是由于材料引起的，而是由于构件纵向弯曲失去平衡引起的。第5章受压构件的截面承载力5.4偏心受压长柱的二阶弯矩§5.4偏心受压长柱的二阶弯矩（进行了修订）5.4.1偏心受压构件纵向弯曲引起的二阶弯矩⒈构件两端作用有相等的端弯矩情况第5章受压构件的截面承载力5.4偏心受压长柱的二阶弯矩⒉两个端弯矩不相等但符号相同的情况第5章受压构件的截面承载力5.4偏心受压长柱的二阶弯矩⒊两端弯矩不相等而符号相反的情况第5章受压构件的截面承载力5.4偏心受压长柱的二阶弯矩5.4.2结构有侧移时偏心受压构件的二阶弯矩偏心受压构件是整体结构的一部分，例如框架结构中的柱子。上述二阶弯矩分布的规律，仅适用于没有水平侧移或水平侧移可忽略不计的结构中的偏心受压构件，即指偏心受压构件的两端没有发生相对位移的情况。当结构有侧移且同一楼层所有柱的侧移相等时，由于结构的侧向位移使偏心受压构件的挠曲线发生了变化，其二阶弯矩分布规律也发生了变化。第5章受压构件的截面承载力5.4偏心受压长柱的二阶弯矩5.4.3偏心距增大系数《混凝土设计规范》规定，对于长细比l0/i较大的偏心受压构件，有：01iiiiiafefeeeeee对于如左图所示的偏心受压构件的m值的推导，如下所示：202020222sinlylxlfdxyd0sinlxfy第5章受压构件的截面承载力5.4偏心受压长柱的二阶弯矩由上面的二式可得：0hsc根据平截面假定，有：2010ly截面破坏时的曲率b为：0017.17110017.025.10033.0hhb对于小偏心受压构件，《混凝土设计规范》规定采用如下修正系数来简化计算100000.22.7151.015~301.150.01iehlhlhlh22时，时，第5章受压构件的截面承载力5.4偏心受压长柱的二阶弯矩综上所述，可得201201111717iilfeeh取h=1.1h0，得21200140011hlhei《混凝土结构设计规范》规定，上式不仅适用于矩形、圆形和环形，也适用于T形和I形截面偏心受压构件第5章受压构件的截面承载力§5.