钢筋混凝土轴心受压构件承载能力极限状态计算（同济） .ppt

第六章 钢筋混凝土轴心受压构件承载能力极限状态计算,轴压构件构造要点普通箍筋柱螺旋箍筋柱轴压构件破坏状态分析轴压构件承载力设计与复核,1、前言,受压构件：承受轴向压力为主轴心受压构件：轴向力作用在构件截面形心。偏心受压构件：轴向力不作用在构件截面形心（M和N）。轴压构件研究对象：实际结构中理想轴压构件几乎不存在。施工误差、荷载作用位置不确定、混凝土质量不均匀和钢筋不对称等原因，都将使构件产生一定初始偏心距。有些构件（桁架受压腹杆等）可近似按轴压构件计算。单向偏心受压构件垂直于弯矩作用方向也需按轴压构件验算。,2、轴心受压构件构造要点,按箍筋作用及配置方式分为两种：普通箍筋柱（直接配筋柱）纵筋普通箍筋 螺旋箍筋柱（间接配筋柱）纵筋螺旋箍筋（或焊接环形箍筋）,2、轴心受压构件构造要点,2、轴心受压构件构造要点2.1 普通箍筋柱,截面形状：正方形、矩形、圆形等截面尺寸：不宜小于250mm，取整（50mm）纵筋：通常采用HRB335级(级)和HRB400级(级)钢筋，不宜采用高强钢筋。直径不小于12mm，矩形截面不少于4根，圆形截面不少于8根，沿周边均匀布置；纵筋净距不小于50mm，也不大于350mm，满足最小保护层规定；纵筋最小配筋率0.5（C50及以上时为0.6），0.2（一侧）；不宜超过5，一般约为12；按构件全截面计算。,2、轴心受压构件构造要点2.1 普通箍筋柱,普通箍筋：箍筋采用封闭式，直径不小于纵筋的d/4，且不小于8mm；箍筋间距不大于400mm，也不大于截面短边尺寸（0.8倍直径）或15d；纵筋搭接范围内，或纵筋配筋率大于3，箍筋间距不大于10d且不大于200mm；纵筋离角筋间距不大于150mm，否则应设置复合箍筋（指沿构件纵轴同一截面按一定间距配置两种或两种以上形式共同组成的箍筋）。,2、轴心受压构件构造要点2.1 普通箍筋柱,基本箍筋,附加箍筋,附加箍筋,2、轴心受压构件构造要点2.2 螺旋箍筋柱,截面形状：圆形，多边形截面尺寸：核心截面积Acor不小于2/3A纵筋：沿圆周均匀分布，截面积不小于0.5Acor,，且不大于5 Acor,，配筋率s=As/Acor在13。,2、轴心受压构件构造要点2.2 螺旋箍筋柱,螺旋箍筋：直径不小于1/4d且不小于8mm，一般采用812mm；间距不大于1/5dcor；间距不大于80mm且不小于40mm，以便施工；换算截面面积As0不小于纵筋面积的25；配筋率s0=As0/Acor不小于0.81.0，也不大于2.53.0。螺旋箍筋换算截面面积As0：将螺旋箍筋的截面积折算成相当的纵筋的截面积，即一圈螺旋箍筋的体积除以其间距。,3、轴压构件的破坏形态分析,轴压构件按构件长细比不同，分为短柱和长柱。长细比：截面回转半径：,3、轴压构件的破坏形态分析3.1普通箍筋短柱,工作阶段：开裂前：整个截面应变均匀分布开裂后：柱中部四周混凝土表面出现微细裂缝破坏：出现明显纵向裂缝，部分砼保护层剥落，箍筋间纵筋压曲，向外凸出，砼压碎破坏形态：受压破坏材料破坏：砼极限压应变约0.002，柱中部横向挠度很小破坏荷载：,3、轴压构件的破坏形态分析3.2 普通箍筋长柱,工作阶段：轴力较小：全截面受压轴力较大：除轴向变形外，中部还产生较大横向挠度，凹侧压应力较大，凸侧较小。破坏：横向挠度增加很快，表面有纵向裂缝，纵筋压弯向外凸出，砼保护层剥落，凹侧砼首先压溃；凸侧由受压突然转变为受拉，出现横向裂缝。突然破坏。破坏形态：失稳破坏破坏荷载：低于相同条件的短柱破坏荷载。,3、轴压构件的破坏形态分析3.2 普通箍筋长柱,轴压构件稳定系数：考虑构件长细比增大的附加效应使构件承载力降低的计算系数。,刚度折减系数,3、轴压构件的破坏形态分析3.2 普通箍筋长柱,3、轴压构件的破坏形态分析3.2 普通箍筋长柱,长细比：矩形截面：b为矩形截面短边 圆形截面：r为截面半径 任意截面：i为最小截面回转半径计算长度：两端固定：l00.5l 一端固定，一端铰接：l00.7l 两端铰接：l01.0l 一端固定，一端自由：l02.0l,3、轴压构件的破坏形态分析3.3 螺旋箍筋柱,工作阶段：c0.002：和普通箍筋柱基本相同c0.0030.0035：纵筋屈服，砼保护层开始剥落，砼截面积减小，承载力略有下降；强化：核心砼受到螺旋筋的约束作用，处于三向受压，砼强度和变形能力均提高，构件承载力提高，螺旋筋环向受拉；破坏：螺旋筋屈服，不能有效约束核心砼横向变形，砼压碎，构件破坏。破坏形态：材料破坏：砼极限压应变可达0.01以上。受压破坏（复合应力状态）,3、轴压构件的破坏形态分析3.3 螺旋箍筋柱,破坏荷载：计算时只考虑核心混凝土：砼保护层在螺旋筋受到较大拉应力时开裂脱落,3、轴压构件的破坏形态分析3.4 轴压构件中钢筋的作用,纵筋的作用：协助混凝土受压，减小构件截面尺寸；承担可能存在的较小弯矩；减小持续压应力下砼收缩和徐变的影响。在恒载轴力长期作用下，砼产生徐变，由截面的变形协调，柱截面中压应力发生重分布，由砼向钢筋转移，导致钢筋压应力不断增长。故需规定最小配筋率，保证钢筋压应力不会在持续使用荷载下达到屈服。防止构件的突然脆性破坏，提高构件延性。普通箍筋的作用：防止纵筋局部压屈；与纵筋形成钢筋骨架，便于施工。螺旋箍筋的作用：使截面中间部分（核心）砼成为约束砼，有效限制核心砼的横向变形，提高构件承载力和延性。,4、轴压构件承载力设计与复核4.1 普通箍筋柱设计与复核,基本假定砼截面压应力均布破坏时，砼和钢筋应力均达到材料极限抗压强度基本图式基本公式考虑0.9的轴压构件安全系数；当纵筋配筋率大于3，A取用混凝土截面净面积。,4、轴压构件承载力设计与复核4.1 普通箍筋柱设计与复核,截面设计已知l0，fcd，fsd，Nd，初拟截面尺寸选取纵筋配筋率12，设稳定系数1计算A：选尺寸，取整。设计As计算长细比，查得稳定系数；求As：要求纵筋最小配筋率0.5（全部），0.2（一侧）；不宜超过5。按构造要求选择并布置钢筋，若不满足则修改截面尺寸。,4、轴压构件承载力设计与复核4.1 普通箍筋柱设计与复核,截面复核已知截面尺寸，l0，As，fcd，fsd，Nd，求Nu检查构造计算纵筋配筋率，若配筋率大于3，A取净截面，否则取毛截面按基本公式计算Nu要求满足轴压构件截面尺寸受限：可提高砼强度等级，增加纵筋配筋量，按普通箍筋柱计算或采用螺旋箍筋柱或焊接箍筋柱来提高构件承载力。,4、轴压构件承载力设计与复核4.2 螺旋箍筋柱设计与复核,s,s,2,4、轴压构件承载力设计与复核4.2 螺旋箍筋柱设计与复核,基本假定砼截面压应力均布破坏时，砼、纵向钢筋和箍筋应力均达到材料极限抗压强度基本图式基本公式考虑0.9的轴压构件安全系数；间接钢筋影响系数k2.0(C50及以下)，k2.01.7(C50C80),4、轴压构件承载力设计与复核4.2 螺旋箍筋柱设计与复核,桥规有关规定Vu,螺旋1.5Vu,普通，以免保护层过早脱落。不考虑螺旋钢筋影响而按普通箍筋柱计算：当l0/d 12，l0/b 14，l0/i 48时，因长细比较大，纵向弯曲引起螺旋筋不起作用；Vu,螺旋 Vu,普通，取Vu Vu,普通As025As，螺旋钢筋配置得太少，套箍作用效果不明显。,4、轴压构件承载力设计与复核4.2 螺旋箍筋柱设计与复核,截面设计已知l0，fcd，fsd，fsd，Nd，初拟d取s=As/Acor13和s0=As0/Acor1.03.0 由基本公式求Acor和dcor，ddcor2as，取整满足Acor2A/3设计As、箍筋直径和s计算长细比，是否可按螺旋箍筋柱设计；取as，假定s，选用直径和数量；由基本公式计算As0满足As00.25As，若不满足设计成普通或调整（降低）s选择螺旋箍筋直径，计算As01计算s，取整（sdcor/5，且40mms80mm）,4、轴压构件承载力设计与复核4.2 螺旋箍筋柱设计与复核,截面复核已知截面尺寸，l0，As，fcd，fsd，fsd，Nd，箍筋直径和s，求Nu检查构造验算长细比和纵筋配筋率；按基本公式计算Nu；满足检查混凝土保护层是否较早剥落：,8277,作业：,作业一：现浇钢筋混凝土轴心受压构件，截面尺寸bh220mm280mm(图53)计算长度l0y4.0m，l0 x3.0m，采用C 30混凝土，HRB335级钢筋(纵向钢筋)。作用的轴向压力计算值Nd=997kN。I类环境条件，安全等级为二级，求所需纵向钢筋截面面积并配置箍筋。,作业：,作业二：某轴心受压构件的截面尺寸bh 350mm350mm(图56)，计算长度l0 x4.8m，l0y4.0m。采用C30混凝土，纵向钢筋用HRB335级钢筋，As3927mm2(8 25)。I类环境条件，安全等级为二级。求该构件承受的最大轴向压力计算值。,作业：,作业三：圆形截面轴心受压构件直径d100mm，计算长度l02.75m。混凝土强度等级为C30，纵向钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用R235级钢筋。轴心压力计算值N1640kN，I类环境条件，安全等级为二级。试按照螺旋箍筋构件进行设计。,