第六章-受压构件截面承载力计算课件.ppt

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1、3/14/2023,3/14/2023,3/14/2023,3/14/2023,框架结构,梁水平构件,柱竖向构件,受压构件（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。,3/14/2023,3/14/2023,3/14/2023,3/14/2023,本章重点,了解偏心受压构件的受力特性；掌握两类偏心受压 构件的判别方法；,熟悉偏心受压构件的二阶效应及计算方法；,掌握两类偏心受压构件正截面承载力的计算方法;,掌握轴心受压构件正截面承载力的计算方法；,熟悉受压构件的构造要求。,3/14/2023,一、概述,以承受轴向力为主的构件属于受压构件。,理想的轴压构件几乎不

2、存在，实际工程中偏压构件应用十分广泛。,3/14/2023,分类：,螺旋箍筋柱,普通箍筋柱,一、概述,3/14/2023,根据构件的长细比（柱子的计算长度l0与柱子的截面回转半径i之比）的不同，轴心受压构件可分为短柱(对一般截面l0/i28；对矩形截面l0/b8，b为短边尺寸)和长柱。,一、概述,分类：,3/14/2023,1.材料,混凝土强度对受压构件的承载力影响较大，故宜采用强度等级较高的混凝土,C20C40或更高。钢筋与混凝土共同受压时，若钢筋强度高于0.002Es，则不能充分发挥其作用，故不宜用高强度钢筋作为受压钢筋。同时，也不得用冷拉钢筋作为受压钢筋。HRB335和HRB400,二、

3、受压构件的构造要求,3/14/2023,轴心受压构件以方形为主，根据需要也可采用矩形截面、圆形截面或正多边形截面；偏心受压构件多采用矩形。截面最小边长不宜小于250mm，构件长细比l0/b一般为15左右，不宜大于30。模数：800mm，100mm c=30,c=d,2、截面形式和尺寸,二、受压构件的构造要求,3/14/2023,作用:,与混凝土共同承担外荷载引发的内力；,增加构件延性，减小混凝土不均匀影响；,承担由于混凝土收缩、温度变化等产生的拉力。,直径:,1232mm,布筋:,矩形不少于4根，轴压周边均匀布筋；偏压布置在偏心力作用平面垂直的两侧。,钢筋净距不小于50mm，中距不大于350m

4、m，,截面边长h大于600mm，长边中间应设置1016mm构造钢筋,配筋率:,二、受压构件的构造要求,3、纵向钢筋,3/14/2023,作用:,保证钢筋骨架的整体刚度，保证纵筋的正确位置；,防止纵向钢筋的压屈；,直径:,max（6mm，d/4),间距:,min（b，400，15d）,复合箍:,形式:,封闭式,当截面短边不大于400mm，且纵筋不多于四根时，可不设置复合箍筋；当截面短边大于400mm且纵筋多于3根时，应设置复合箍筋。,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，且不应大于200mm。,二、受压构件的构造要求,4、箍筋,提供侧向约束，使混凝土侧向受压；,3

5、/14/2023,箍筋形式,二、受压构件的构造要求,3/14/2023,截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋可采用分离式箍筋。,二、受压构件的构造要求,3/14/2023,框架柱的纵向钢筋应贯穿中间层中间节点和中间层端节点，柱纵向钢筋接头应设在节点区外。搭接接头位置可设在楼面处5001200mm范围内。,5、柱中钢筋的搭接,二、受压构件的构造要求,3/14/2023,三、轴心受压构件,轴向力作用线与构件截面形心轴重合的构件，称为轴心受力构件。,桁架结构中的拉、压杆,以恒载为主的多层多跨房屋的内柱和屋架的受压腹杆,3/14/2023,实际工程中由于施工误差、材料的不均匀性、荷载作用位置的

6、不确定性，理想的轴心受压构件是不存在的。,研究轴心受压构件的原因,以恒载为主的多层房屋内柱和屋架的斜压腹杆等，所承受的弯矩往往很小，可忽略不计；,用于偏心受压构件垂直于弯矩平面的受力验算；,用于偏心受压构件正截面承载力设计值的上限条件；,三、轴心受压构件,3/14/2023,第二阶段：混凝土塑性变形，弹塑性阶段,第三阶段：破坏阶段,1.试验研究短柱,第一阶段：弹性阶段,三、轴心受压构件普通箍筋柱,3/14/2023,钢筋混凝土短柱达到最大压应力时的压应变值为0.00250.0035，规范偏于安全地取混凝土峰值应力时最大压应变为0.002，因此，受压构件破坏时，一般是纵筋先屈服，最后混凝土达到极

7、限压应变，构件破坏。,规范取混凝土峰值应力时最大压应变为0.002，相应的 s=0=0.002，,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，在计算构件承载力时钢筋屈服强度只能取400N/mm2。,三、轴心受压构件普通箍筋柱,3/14/2023,长柱的承载力短柱的承载力（相同材料、截面和配筋）,1.试验研究长柱,各种偶然因素造成的初始偏心矩在截面上产生附加的弯矩和侧向挠度，使得长柱受轴力和弯矩共同作用，最终发生纵向弯曲破坏甚至失稳破坏。,三、轴心受压构件普通箍筋柱,规范采用稳定系数 表示长柱承载力降低的程度，其值主要与构件的长细比有关。,典型的偏压破坏,3/14/

8、2023,稳定系数,和长细比（l0/b（矩形截面）直接相关,稳定系数的取值详见教材表6.1,三、轴心受压构件普通箍筋柱,3/14/2023,构件计算长度l0与构件两端支承情况有关,两端铰支：l0l；两端固定时：l00.5l;一端固定一端铰支：l00.7l;一端固定一端自由：l02l,单层房屋排架柱、露天吊车柱计算长度见教材表6.2,框架结构各层柱的计算长度见教材P98,三、轴心受压构件普通箍筋柱,3/14/2023,稳定系数,2.承载力计算公式,为保持与偏心受压构件承载力计算具有相近的可靠度而引入的修正系数,当配筋率大于3%时，改为AAs,三、轴心受压构件普通箍筋柱,3/14/2023,三、轴

9、心受压构件螺旋（焊环）箍筋柱,1.配筋形式,当柱承受很大轴力，而截面尺寸又受到限值时，若提高混凝土强度和增加纵筋配筋量，也不足以承受该荷载时,3/14/2023,荷载不大时螺旋箍柱和普通箍柱的性能几乎相同,达无约束砼极限压应变，保护层剥落使柱的承载力降低,螺旋箍筋的约束使核心砼继续承载，柱的承载力提高,2.受力特点及破坏特征,螺旋箍筋屈服，核心部分砼强度不再提高，被压碎，构件破坏,荷载应变关系,螺旋箍筋犹如套筒，限制了核心混凝土横向变形，使其处于三向受压状态。又称螺旋箍筋为“间接钢筋”。,三、轴心受压构件螺旋（焊环）箍筋柱,3/14/2023,约束混凝土的抗压强度,当箍筋屈服时r达最大值，此时

10、,核心区混凝土的截面积,间接钢筋的换算面积,3.承载力计算,侧向压力,箍筋间距s范围内螺旋箍筋的受力状态,三、轴心受压构件螺旋（焊环）箍筋柱,3/14/2023,试验表明，当混凝土强度等级大于C50时，间接钢筋对构件受压承载力的影响将减小。,根据轴向力的平衡条件,间接钢筋对混凝土约束的折减系数，小于C50时为1，C80时为0.85，其间线性内插,受压承载力应满足,三、轴心受压构件螺旋（焊环）箍筋柱,3/14/2023,无侧向约束时核芯混凝土所承担的轴力,纵向受压钢筋所承担的轴力,螺旋箍筋约束后提高的承载力,三、轴心受压构件螺旋（焊环）箍筋柱,3/14/2023,承载力设计值不宜大于普通箍柱承载

11、力的1.5倍，以免保护层过早脱落,l0/d12时，不考虑箍筋的有利作用,按上式所算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,40s 80和dcor/5,注意,即按普通箍筋柱计算,三、轴心受压构件螺旋（焊环）箍筋柱,3/14/2023,三、轴心受压构件,40s 80和dcor/5,3/14/2023,四、偏心受压构件,3/14/2023,屋架上弦杆,多层框架柱,拱肋,四、偏心受压构件,3/14/2023,偏心受力构件,M=e0N,四、偏心受压构件,压弯构件,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构件。,3/14/2023,混凝土开

12、裂,混凝土全部受压不开裂,压区混凝土被压碎构件破坏,破坏形态与e0、As、As有关,1.试验研究,四、偏心受压构件,3/14/2023,四、偏心受压构件,M较大，N较小,偏心距e0较大,3/14/2023,大偏心受压破坏,受拉区混凝土开裂,塑性破坏,条件：偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适,四、偏心受压构件,3/14/2023,四、偏心受压构件,3/14/2023,小偏心受压破坏,受压破坏,截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏,受拉侧钢筋应力较小，未达到受拉屈服,承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋,脆性破坏,四、偏心受压构件,压应力较大一侧钢筋能达到屈服强度，而另一侧钢筋受

13、拉不屈服或者受压不屈服。,条件：偏心距e0较小，或虽e0较大但受拉钢筋配筋较多,3/14/2023,受压破坏（小偏心受压破坏）,接近轴压,受拉破坏（大偏心受压破坏）,界限破坏,接近受弯,根本区别：混凝土受压破坏时受拉纵筋As是否受拉屈服。,四、偏心受压构件,3/14/2023,大偏压构件,类似于双筋适筋梁,小偏压构件,类似于双筋超筋梁,偏心受压构件正截面类似梁的方法进行分析,破坏时受力情况,2.偏心受压计算的基本原则,四、偏心受压构件,3/14/2023,（1）基本假定,平截面假定,不考虑混凝土的抗拉强度,混凝土受压时的应力-应变关系,钢筋的应力-应变关系,受压混凝土应力分布图形采用等效矩形,

14、四、偏心受压构件,3/14/2023,四、偏心受压构件,3/14/2023,（2）两类偏心受压破坏的界限,大、小偏心受压构件判别条件：,当时，为 大 偏心受压；当时，为 小 偏心受压。,界限状态：受拉纵筋 屈服，同时受压区边缘混凝土达到极限压应变,界限状态时截面应变,根本区别：混凝土受压破坏时受拉纵筋As是否受拉屈服。,四、偏心受压构件,3/14/2023,（3）轴向力的初始偏心矩,初始偏心 距,附加偏心 距,ea20mm(1/30)偏心方向 截面边长,四、偏心受压构件,3/14/2023,偏心受压构件中弯矩受到轴向压力和构件侧向挠度的影响而增大的现象,二阶弯矩,一阶弯矩,长细比越大，附加挠度

15、越大，构件承载力越低,四、偏心受压构件,（4）长柱纵向弯曲的影响（二阶效应）,3/14/2023,短柱,长柱,细长柱,材料破坏,失稳破坏,四、偏心受压构件,二阶弯矩,3/14/2023,二阶弯矩,考虑纵向弯曲而增加的二阶弯矩对长柱的影响,l0/h越大f 的影响就越大,增大了偏心作用,偏心距增大系数,四、偏心受压构件,3/14/2023,设,则x=l0/2处的曲率为,根据平截面假定,讨论的确定方法,四、偏心受压构件,3/14/2023,若fcu50Mpa，则发生界限破坏时截面的曲率,长期荷载下的徐变使混凝土的应变增大,四、偏心受压构件,3/14/2023,实际情况并一定发生界限破坏。另外，柱的长

16、细比对又有影响,四、偏心受压构件,3/14/2023,四、偏心受压构件,3/14/2023,考虑偏心距变化的修正系数若11.0，取 1=1.0,考虑长细比的修正系数若21.0，取 2=1.0,四、偏心受压构件,3/14/2023,基本计算公式-大偏压,3、矩形截面偏压承载力计算公式及适用条件,四、偏心受压构件,满足最小配筋率要求,3/14/2023,基本计算公式-小偏压,截面应变分布,四、偏心受压构件,满足最小配筋率要求,3/14/2023,反向受压破坏,四、偏心受压构件,小偏心受压构件,3/14/2023,界限破坏,四、偏心受压构件,4.大小偏压的判别,3/14/2023,最小界限偏心距,必

17、为小偏心,有可能为大偏心,小偏心,大偏心,四、偏心受压构件,，,，,仅适用于矩形截面,3/14/2023,不对称配筋时（AsAs）的截面设计,5.公式的应用,四、偏心受压构件,步骤,选择合适的截面尺寸及材料,混凝土C25C40，纵筋HRB400、RRB400、HRB335级,求出,求出,3/14/2023,不对称配筋时（AsAs）的截面设计,已知：N、M、ei、材料、截面尺寸计算：As和As，并进行配筋,首先需判别属于那种偏压构件,5.公式的应用,直接用 与 之间的关系判断有困难,四、偏心受压构件,3/14/2023,步骤,大偏压构件设计,按小偏压设计,四、偏心受压构件,3/14/2023,步

18、骤,大偏压构件设计,增大截面尺寸或 未知重新计算,四、偏心受压构件,3/14/2023,已知：,步骤,判别偏压类型,大偏压,小偏压,小偏压构件设计,四、偏心受压构件,3/14/2023,小偏压构件设计,取两者中大值,四、偏心受压构件,设计的基本原则：As+As为最小,联立求解平衡方程即可,3/14/2023,四、偏心受压构件,3/14/2023,验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力（按轴心受压构件）：,小偏压构件设计,四、偏心受压构件,3/14/2023,四、偏心受压构件,6、对称配筋截面设计,3/14/2023,先按大偏心构件,大偏心,小偏心,四、偏心受压构件,3/14/2023,先按大偏心构

19、件,小偏心,四、偏心受压构件,3/14/2023,四、偏心受压构件,7.承载力校核,已知,直接由大偏心基本公式（1）求出 x,将 x 分别代入相应的公式（2）计算出e,已知,对纵向压力N 作用点取矩求出 x,分别代入相应的公式（1）计算出N,求M,求N,3/14/2023,轴压破坏,弯曲破坏,界限破坏,小偏压破坏,大偏压破坏,N相同M越大越不安全,M 相同：大偏压，N越小越不安全 小偏压，N越大越不安全,五、偏心受压构件N-M相关曲线,3/14/2023,五、偏心受压构件N-M相关曲线,3/14/2023,六、抗剪承载力,当N0.3fcA时，取N=0.3fcA,柱的净高,3/14/2023,六、抗剪承载力,3/14/2023,本章小结,