《偏心距增大系数》PPT课件.ppt

,偏心距增大系数,，,，,取h=1.1h0,第六章 受压构件,l0,第六章 受压构件,有侧移结构，其二阶效应主要是由水平荷载产生的侧移引起的。精确考虑这种二阶效应较为复杂，一般需通过考虑二阶效应的结构分析方法进行计算。由于混凝土结构开裂的影响，在考虑二阶效应的结构分析时应将结构构件的弹性抗弯刚度乘以折减修正系数：对梁取修正系数0.4，对柱取修正系数0.6。,对已采用考虑二阶效应的弹性分析方法确定结构内力时，以下受压构件正截面承载力计算公式中的hei应用(M/N+ea)代替。,第六章 受压构件,6.6 矩形截面正截面承载力计算,一、不对称配筋截面设计1、大偏心受压（受拉破坏）,已知：截面尺寸(bh)、材料强度(fc、fy，fy)、构件长细比(l0/h)以及轴力N和弯矩M设计值，若heieib.min=0.3h0，一般可先按大偏心受压情况计算,As和As均未知时,两个基本方程中有三个未知数，As、As和 x，故无唯一解。与双筋梁类似，为使总配筋面积（As+As）最小?可取x=xbh0得,若As0.002bh?则取As=0.002bh，然后按As为已知情况计算。,若Asrminbh?应取As=rminbh。,第六章 受压构件,As为已知时,当As已知时，两个基本方程有二个未知数As 和 x，有唯一解。先由第二式求解x，若x 2a，则可将代入第一式得,若x xbh0？,若As若小于rminbh？应取As=rminbh。,第六章 受压构件,则应按As为未知情况重新计算确定As,则可偏于安全的近似取x=2a，按下式确定As,若x2a？,As为已知时,当As已知时，两个基本方程有二个未知数As 和 x，有唯一解。先由第二式求解x，若x 2a，则可将代入第一式得,若x xbh0？,若As若小于rminbh？应取As=rminbh。,第六章 受压构件,则应按As为未知情况重新计算确定As,则可偏于安全的近似取x=2a，按下式确定As,若x2a？,As为已知时,当As已知时，两个基本方程有二个未知数As 和 x，有唯一解。先由第二式求解x，若x 2a，则可将代入第一式得,若x xbh0？,若As若小于rminbh？应取As=rminbh。,若As若小于rminbh？应取As=rminbh。,第六章 受压构件,则应按As为未知情况重新计算确定As,则可偏于安全的近似取x=2a，按下式确定As,若x2a？,2、小偏心受压（受压破坏）heieib.min=0.3h0,两个基本方程中有三个未知数，As、As和x，故无唯一解。,小偏心受压，即x xb，ss-fy，则As未达到受压屈服因此，当xb x(2b-xb)，As 无论怎样配筋，都不能达到屈服，为使用钢量最小，故可取As=max(0.45ft/fy，0.002bh)。,第六章 受压构件,另一方面，当偏心距很小时，如附加偏心距ea与荷载偏心距e0方向相反，则可能发生As一侧混凝土首先达到受压破坏的情况。此时通常为全截面受压，由图示截面应力分布，对As取矩，可得，,e=0.5h-a-(e0-ea),h0=h-a,第六章 受压构件,确定As后，就只有x 和As两个未知数，故可得唯一解。根据求得的x，可分为三种情况,若x(2b-xb)，ss=-fy，基本公式转化为下式，,若x h0h，应取x=h，同时应取a=1，代入基本公式直接解得As,第六章 受压构件,重新求解x 和As,由基本公式求解x 和As的具体运算是很麻烦的。迭代计算方法用相对受压区高度x，,在小偏压范围x=xb1.1，,第六章 受压构件,对于级钢筋和C50混凝土，as在0.40.5之间，近似取0.45,as=x(1-0.5x)变化很小。,As(1)的误差最大约为12%。如需进一步求较为精确的解，可将As(1)代入基本公式求得x，,第六章 受压构件,取as=0.45,试分析证明上述迭代是收敛的，且收敛速度很快。,二、不对称配筋截面复核,在截面尺寸(bh)、截面配筋As和As、材料强度(fc、fy，f y)、以及构件长细比(l0/h)均为已知时，根据构件轴力和弯矩作用方式，截面承载力复核分为两种情况：1、给定轴力设计值N，求弯矩作用平面的弯矩设计值M,第六章 受压构件,2、给定轴力作用的偏心距e0，求轴力设计值N,1、给定轴力设计值N，求弯矩作用平面的弯矩设计值M由于给定截面尺寸、配筋和材料强度均已知，未知数？只有x和M两个。,若N Nb，为大偏心受压，,若N Nb，为小偏心受压，,由(a)式求x以及偏心距增大系数h，代入(b)式求e0，弯矩设计值为M=N e0。,第六章 受压构件,2、给定轴力作用的偏心距e0，求轴力设计值N,若heie0b，为大偏心受压,未知数为x和N两个，联立求解得x和N。,第六章 受压构件,若heie0b，为小偏心受压 联立求解得x和N,尚应考虑As一侧混凝土可能先压坏的情况,e=0.5h-a-(e0-ea)，h0=h-a,另一方面，当构件在垂直于弯矩作用平面内的长细比l0/b较大时，尚应根据l0/b确定的稳定系数j，按轴心受压情况验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力上面求得的N 比较后，取较小值。,第六章 受压构件,三、对称配筋截面实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，当弯矩数值相差不大，可采用对称配筋。采用对称配筋不会在施工中产生差错，故有时为方便施工或对于装配式构件，也采用对称配筋。对称配筋截面，即As=As，fy=fy，a=a，其界限破坏状态时的轴力为Nb=a fcbxbh0。,第六章 受压构件,因此，除要考虑偏心距大小外，还要根据轴力大小（N Nb）的情况判别属于哪一种偏心受力情况。,1、当heieib.min=0.3h0，且N Nb时，为大偏心受压 x=N/a fcb,若x=N/a fcb2a，可近似取x=2a，对受压钢筋合力点取矩可得,e=hei-0.5h+a,第六章 受压构件,2、当heieib.min=0.3h0，为小偏心受压 或heieib.min=0.3h0，但N Nb时，为小偏心受压,由第一式解得,代入第二式得,这是一个x 的三次方程，设计中计算很麻烦。为简化计算，如前所说，可近似取as=x(1-0.5x)在小偏压范围的平均值，,代入上式,第六章 受压构件,由前述迭代法可知，上式配筋实为第二次迭代的近似值，与精确解的误差已很小，满足一般设计精度要求。对称配筋截面复核的计算与非对称配筋情况相同。,6.5 工形截面正截面承载力计算（自学）,第六章 受压构件,四、Nu-Mu相关曲线 interaction relation of N and M,对于给定的截面、材料强度和配筋，达到正截面承载力极限状态时，其压力和弯矩是相互关联的，可用一条Nu-Mu相关曲线表示。根据正截面承载力的计算假定，可以直接采用以下方法求得Nu-Mu相关曲线：,取受压边缘混凝土压应变等于ecu；取受拉侧边缘应变；根据截面应变分布，以及混凝土和钢筋的应力-应变关系，确定混凝土的应力分布以及受拉钢筋和受压钢筋的应力；由平衡条件计算截面的压力Nu和弯矩Mu；调整受拉侧边缘应变，重复和,第六章 受压构件,理论计算结果等效矩形计算结果,第六章 受压构件,Nu-Mu相关曲线反映了在压力和弯矩共同作用下正截面承载力的规律，具有以下一些特点：,相关曲线上的任一点代表截面处于正截面承载力极限状态时的一种内力组合。如一组内力（N，M）在曲线内侧说明截面未达到极限状态，是安全的；如（N，M）在曲线外侧，则表明截面承载力不足；,第六章 受压构件,当弯矩为零时，轴向承载力达到最大，即为轴心受压承载力N0（A点）；当轴力为零时，为受纯弯承载力M0（C点）；,截面受弯承载力Mu与作用的轴压力N大小有关；当轴压力较小时，Mu随N的增加而增加（CB段）；当轴压力较大时，Mu随N的增加而减小（AB段）；,第六章 受压构件,截面受弯承载力在B点达(Nb，Mb)到最大，该点近似为界限破坏；CB段（NNb）为受拉破坏，AB段（N Nb）为受压破坏；,对于对称配筋截面，达到界限破坏时的轴力Nb是一致的。,第六章 受压构件,如截面尺寸和材料强度保持不变，Nu-Mu相关曲线随配筋率的增加而向外侧增大；,6.7 受压构件的斜截面受剪承载力,一、单向受剪承载力,压力的存在 延缓了斜裂缝的出现和开展 斜裂缝角度减小 混凝土剪压区高度增大,第八章 受压构件,但当压力超过一定数值?,第八章 受压构件,由桁架-拱模型理论，轴向压力主要由拱作用直接传递，拱作用增大，其竖向分力为拱作用分担的抗剪能力。当轴向压力太大，将导致拱机构的过早压坏。,第八章 受压构件,对矩形截面，规范偏心受压构件的受剪承载力计算公式,l为计算截面的剪跨比，对框架柱，l=Hn/h0，Hn为柱净高；当l3时，取l=3；对偏心受压构件，l=a/h0，当l3时，取l=3；a为集中荷载至支座或节点边缘的距离。N为与剪力设计值相应的轴向压力设计值，当N0.3fcA时，取N=0.3fcA，A为构件截面面积。,为防止配箍过多产生斜压破坏，受剪截面应满足,可不进行斜截面受剪承载力计算，而仅需按构造要求配置箍筋。,第八章 受压构件,二、斜向受剪承载力,试验表明，钢筋混凝土柱在斜向剪力作用下，其受剪承载力随剪力作用方向而变化。对于矩形截面柱，斜向受剪承载力与剪力作用方向之间近似为椭圆关系，因此应考虑剪力作用方向对受剪承载力的影响。规范给出的斜向受剪承载力为，,第八章 受压构件,6.8 受压构件的延性（Ductility）,压力较小时，为受拉破坏，具有一定的延性。当压力逐渐增加，从受拉钢筋屈服到受压边缘混凝土压坏的过程缩短，延性逐渐降低。当轴压力超过界限轴力时，受拉侧钢筋达不到受拉屈服，延性将只取决于混凝土受压的变形能力，因此延性很小。,第八章 受压构件,第八章 受压构件,第八章 受压构件,试验和分析均表明，对于一般配箍情况，影响延性的主要因素是相对受压区高度x。x 越小，延性越大。,第八章 受压构件,延性系数ductility factor 曲率延性系数m=f u/f y 位移延性系数m=D u/D y,曲率延性系数,试验和分析均表明，对于一般配箍情况，影响延性的主要因素是相对受压区高度x。x 越小，延性越大。,第八章 受压构件,延性系数ductility factor 曲率延性系数m=f u/f y 位移延性系数m=D u/D y,位移延性系数,第八章 受压构件,轴压力较大时，即x x b，很难通过截面受力钢筋的配置来改善延性 增加箍筋的配置来约束混凝土，通过提高混凝土的变形能力来改善延性。另一方面，受剪破坏都具有明显的脆性性质。为保证正截面延性能力的发挥，对延性较高要求的抗震结构，设计中应按“强剪弱弯”原则设计受压构件。,轴力的增加导致x 增加，使延性减小。增加受压钢筋，可减小x，可提高延性。,第八章 受压构件,6.9 受压构件的配筋构造要求,材料强度：混凝土：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，一般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C30C40，在高层建筑中，C50C60级混凝土也经常使用。钢筋：通常采用级和级钢筋，不宜过高。？,截面形状和尺寸：采用矩形截面，单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。柱的截面尺寸不宜过小，一般应控制在l0/b30及l0/h25。当柱截面的边长在800mm以下时，一般以50mm为模数，边长在800mm以上时，以100mm为模数。,第八章 受压构件,纵向钢筋：纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲作用。同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用（垂直于弯矩作用平面），以及收缩和温度变化产生的拉应力，规定了受压钢筋的最小配筋率。规范规定，轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.5%；当混凝土强度等级大于C50时不应小于0.6%；一侧受压钢筋的配筋率不应小于0.2%，受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。另一方面，考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量，全部纵筋配筋率不宜超过5%。全部纵向钢筋的配筋率按r=(As+As)/A计算，一侧受压钢筋的配筋率按r=As/A计算，其中A为构件全截面面积。,第八章 受压构件,配筋构造：柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于12mm，且选配钢筋时宜根数少而粗，但对矩形截面根数不得少于4根，圆形截面根数不宜少于8根，且应沿周边均匀布置。纵向钢筋的保护层厚度要求见表8-3，且不小于钢筋直径d。当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的净距不小于50mm；对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小应按梁的规定取值。截面各边纵筋的中距不应大于350mm。当h600mm时，在柱侧面应设置直径1016mm的纵向构造钢筋，并相应设置复合箍筋或拉筋。,第八章 受压构件,第八章 受压构件,箍 筋：受压构件中箍筋应采用封闭式，其直径不应小于d/4，且不小于6mm，此处d为纵筋的最大直径。箍筋间距不应大于400mm，也不应大于截面短边尺寸；对绑扎钢筋骨架，箍筋间距不应大于15d；对焊接钢筋骨架不应大于20d。d为纵筋的最小直径。当柱中全部纵筋的配筋率超过3%，箍筋直径不宜小于8mm，且箍筋末端应应作成135的弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于10箍筋直径，或焊成封闭式；箍筋间距不应大于10倍纵筋最小直径，也不应大于200mm。当柱截面短边大于400mm，且各边纵筋配置根数超过多于3根时，或当柱截面短边不大于400mm，但各边纵筋配置根数超过多于4根时，应设置复合箍筋。对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，以避免箍筋受拉时使折角处混凝土破损。,第八章 受压构件,