节钢筋混凝土受压和受拉构件

第3章第3.3节钢筋混凝土受压和受拉构件本节主要内容3.3.1.受压构件的构造要求3.3.2.轴心受压构件承载力计算3.3.3.偏心受压构件正截面与斜截面承载力计算3.3.4.偏心受拉构件构造要求及其承载力计算1.了解受压构件纵向受力钢筋和箍筋的作用。2.掌握受压构件的材料、截面形式尺寸，以及配筋构造要求。3.了解受压短柱和长柱的破坏特征。第一讲教学目标：受压构件纵向受力钢筋和箍筋的作用。受压构件的材料、截面形式尺寸、以及配筋构造要求。重点难点3.3.1受压构件的构造要求-基本定义根据受力的方向是指向截面，还是离开截面，可分为纵向受压构件和纵向受拉构件；根据力的作用线与截面轴线的位置关系，可分为轴心受力构件和偏心受力构件。其中,偏心受力构件，又可以分为单向偏心和双向偏心。实际工程中，完全的轴心受压构件几乎没有，以恒荷载为主的框架结构中柱，承受节点荷载的桁架结构中的受压弦杆和腹杆可近似为轴心受压构件。实际工程中的偏心受力构件：单层厂房的柱子、框架结构中的框架柱、剪力墙结构中的剪力墙、桥梁结构中的桥墩、烟囱、桁架压杆、水塔筒壁等。概述水电站厂房柱概述工作桥的支承排架3.3.3钢筋砼受压构件承载力计算概述NewAntiochBridge.Thishigh-levelbridgecompletedin1979replacedanoldertruss-typeliftbridgecrossingthemainshippingchannel.ThebridgeconsistsofcontinuousspansofvariabledepthinCor-Tensteel.Maximumspanis460ft,andmaximumheightofroadwayabovewaterlevelis135ft.(California)Elevatedhighway.Takenduringconstruction.Designedasconcreteboxgirders,thesebridgeswerecastinplaceandpost-tensioned.(Vienna,Austria)框架结构中的柱(ColumnsofFrameStructure)桩基础(PileFoundation)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偏心受压构件拱和屋架上弦杆，以及水塔、烟囱的筒壁等属于偏心受压构件偏心受压构件屋架结构中的上弦杆(TopChordofRoofTrussStructure)3.3.1受压构件构造要求——材料强度《混凝土规范》规定受压钢筋的最大抗压强度设计值为410N/mm2。混凝土：一般柱中采用C25~C40，对于高层建筑的底层柱可采用更高强度等级的混凝土，例如采用C40或以上；纵向受力钢筋：一般采用HRB(F)500和HRB(F)400级热轧钢筋。——截面型式及尺寸要求轴心受压柱以方形为主，偏心受压柱以矩形为主箍筋：宜采用HRB(F)400、HRB(F)335和HPB300级等热轧钢筋。3.3.1受压构件构造要求——截面型式及尺寸要求一般应符合:l0/h≤25以及l0/b≤30；h/b=1.5~3.0柱截面尺寸符合模数：800mm及以下取50mm的倍数；800mm以上取100mm倍数。方形与矩形截面的尺寸不宜小于250mm×250mm受压构件的配筋：（1）纵向受力钢筋（2）箍筋作用：一协助混凝土承受压力，以减小构件尺寸；二承受可能的弯矩，以及混凝土收缩和温度变形引起的拉应力；三防止构件突然的脆性破坏。作用：保证纵向钢筋的位置正确，防止纵向钢筋压屈，从而提高柱的承载能力。3.3.1受压构件构造要求——纵筋的构造纵筋直径与根数：通常采用12～32mm，直径宜粗不宜细，根数宜少不宜多，保证对称配置。方形和矩形截面柱中纵向受力钢筋不少于４根，圆柱中不宜少于8根且不应少于6根。净距≥50mm，P64中距≤300mm轴心受压构件纵筋应沿截面周边均匀布置，偏心受压构件纵筋应布置在偏心方向两侧。3.3.1受压构件构造要求——纵筋的构造纵筋的配筋率：钢筋混凝土结构构件中纵向受力钢筋的最小配筋率（％）受力类型最小配筋百分率受压构件全部纵向钢筋0.6一侧纵向钢筋0.2受弯构件、偏心受拉、轴心受拉一侧的受拉钢筋，且不小于0.2ytff45全部纵向受压钢筋的配筋率一般不超过5％，通常在1％～2％之间。同时一侧纵向受压钢筋的配筋率不应小于0.2％。%100'bhAs3.3.1受压构件构造要求——箍筋的构造受压构件中的箍筋，应做成封闭式末端做成135°弯钩，平直段长度≥10d受压构件复合菱形箍筋3.3.1受压构件构造要求——箍筋的构造偏压柱h≥600mm时，应设置10～16mm的纵向构造钢筋。搭接钢筋受拉时，箍筋间距S不应大于5d，且不应大于100mm；搭接钢筋受压时，箍筋间距S不应大于10d，且不应大于200mm。受压构件复合井字箍筋对于截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋。其原因是，内折角处受拉箍筋的合力向外。柱钢筋图电渣压力焊箍筋加密3.3.2轴心受压构件承载力计算配置纵筋和普通箍筋的柱，称为普通箍筋柱；配置纵筋和螺旋筋或焊接环筋的柱，称为螺旋箍筋柱或间接箍筋柱。螺旋筋或焊接环筋的套箍作用可约束核心混凝土的横向变形，使核心混凝土处于三向受压状态，从而间接地提高混凝土的纵向抗压强度。普通箍筋柱中，箍筋是构造钢筋。螺旋箍筋柱中，箍筋既是构造钢筋又是受力钢筋。普通钢箍柱TiedColumns螺旋钢箍柱SpiralColumns混凝土：钢筋：3.3.2轴压构件承载力长短柱的破坏特征：1、轴心受压短柱2、轴心受压长柱临近破坏时，柱子表面出现纵向裂缝，箍筋之间的纵筋压屈外凸，混凝土被压碎崩裂而破坏。yfcf破坏时首先在凹边出现纵向裂缝，接着混凝土压碎，纵筋压弯外凸，侧向挠度急速发展，最终柱子失去平衡，凸边混凝土拉裂而破坏。3.3.2轴压构件承载力suluNN长短柱的承载力：在同等条件下，（即截面相同，配筋相同，材料相同），长柱受压承载能力低于短柱受压承载能力。suluNN《混凝土设计规范》采用稳定系数中来表示长柱承载力的降低程度长细比l0/b越大，值越小长柱承载力短柱承载力柱的长细比愈大，其承截力愈低，对于长细比很大的长柱，还有可能发生“失稳破坏”的现象。L0/b≤8为短柱L0/b8为长柱113.3.2轴压构件承载力钢筋混凝土构件的稳定系数表≤810121416182022242628≤78.510.5121415.517192122.524≤2835424855626976839097≤1.00.980.950.920.870.810.750.700.650.600.563032343638404244464850262829.5313334.536.5384041.5431041111181251321391461531601671740.520.480.440.400.360.320.290.260.230.210.19bl0dl0il0bl0dl0il020)8/(002.011bl23dbib12圆形截面任意截面3.3.2轴压构件承载力——普通箍筋柱1、基本公式)(9.0''sycuAfAfNN式中系数0.9，是考虑到初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性，引入的承载力折减系数。A—构件截面面积，当配筋率大于3%时，A应改为Ac=A-As’短长uuN/N3.3.2轴压构件承载力柱的计算长度L0取值:注：表中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两层楼盖顶面之间的高度。小结1.纵向受力钢筋、箍筋的作用；2.纵向受力钢筋、箍筋的构造要求。作业布置1.掌握轴心受压构件普通箍筋柱的正截面承载力计算2.了解大小偏心受压构件破坏特征。第3章第3.3节钢筋混凝土受压构件第二讲教学目标：轴心受压构件的截面设计和截面复核。1.轴心受压构件的破坏特征；2.大小偏心受压构件破坏特征。重点难点2．计算方法（1）截面设计已知：构件截面尺寸b×h，轴向力设计值N，构件的计算长度L0，材料强度等级fcfy’。求：纵向钢筋截面面积As’计算步骤如下图。【例1】已知某多层现浇钢筋混凝土框架结构，首层中柱按轴心受压构件计算。该柱安全等级为二级，轴向压力设计值N=1400kN，计算长度l0=5m，纵向钢筋采用HRB335级，混凝土强度等级为C30。求该柱截面尺寸及纵筋截面面积。【解】fc=14.3N/mm2，fy′=300N/mm2，=1.00（1）初步确定柱截面尺寸设ρ′==1%，=1，则AAs'=89916.5mm20.9('')cyNAff31400100.91(14.31%300)选用方形截面，则b=h==299.8mm，取用h=300mm。5.89916（2）计算稳定系数l0/b=5000/300=16.720)8/(002.011bl2110.002(16.78)=0.869（3）计算钢筋截面面积As′'0.9'csyNfAAf3214001014.33000.90.869300=1677mm2（4）验算配筋率''sAA1677300300=1.86%＞=0.6%，且＜3%，满足最小配筋率要求，且勿需重算。min纵筋选用425（As′=1964mm2），箍筋配置φ8@300，如图。425Φ8@300300300（2）截面承载力复核已知：柱截面尺寸b×h，计算长度，纵筋数量及级别，混凝土强度等级。求：柱的受压承载力Nu，或已知轴向力设计值Ｎ，判断截面是否安全。0l【解】查表得=300N/mm2，fc=11.9N/mm2，=1256mm2'yfsA（1）确定稳定系数l0/b=4500/300=15208002011)b/l(.2110.002(158)=0.911【例2】某现浇底层钢筋混凝土轴心受压柱，截面尺寸b×h=300×300mm，采用420的HRB335级（fy′=300N/mm2）钢筋，混凝土C25（fc=9.6N/mm2），l0=4.5m，承受轴向力设计值800kN，试校核此柱是否安全。（2）验算配筋率min0.6%''12561.4%3%9000sAA（3）确定柱截面承载力ys0.9()ucNfAfA=0.9×0.911×(11.9×300×300+300×1256)=1187.05×103N=1187.05kN＞N=800kN此柱截面安全。3.3.3偏压构件1、偏心受压构件破坏特征NMe0当e0很小时，接近轴压构件当e0较大时，接近受弯构件按偏心距和配筋的不同，偏压构件可分为受拉破坏和受压破坏当偏心距e0较大，且受拉钢筋不太多时，发生受拉破坏。当偏心距e0较小，或偏心距e0虽不太小，但受拉钢筋配置过多时，均发生受压破坏。大偏心钢筋混凝土受压构件破坏过程（受拉破坏）受拉破坏3.3.3偏压构件大偏心受压破坏（受拉破坏）破坏特征：加载后首先在受拉区出现横向裂缝，裂缝不断发展，裂缝处的拉力转由钢筋承担，受拉钢筋首先达到屈服，并形成一条明显的主裂缝，主裂缝延伸，受压区高度减小，最后受压区出现纵向裂缝，混凝土被压碎导致构件破坏。类似于：正截面破坏中的适筋梁属于：延性破坏3.3.3偏压构件承载力小偏心受压破坏（受压破坏）破坏特征：加荷后全截面受压或大部分受压，离力近侧混凝土压应力较高，离力远侧压应力较小甚至受拉。随着荷载增加，近侧混凝土出现纵向裂缝被压碎，受压钢筋屈服，远侧钢筋可能受压，也可能受拉，但都未屈服。属于：脆性破坏类似于：正截面破坏中的超筋梁受压破坏3.3.3偏压构件承载力受拉破坏与受压破坏的界限破坏的起因不同受拉破坏（大偏心受压）：是受拉钢筋先屈服而后受压混凝土被压碎；受压破坏（小偏心受压）：是受压部分先发生破坏。与正截面破坏类似处受拉破坏（大偏心受压）：与受弯构件正截面适筋破坏类似；受压破坏（小偏心受压）：类似于受弯构件正截面的超筋