第5章受压构件的截面承载力.ppt
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1、第5章 受压构件的截面承载力,混凝土结构设计原理,标 题,本章内容,受压构件的构造要求;轴心受压构件正截面承载力的计算方法;偏心受压构件的受力特性;矩形截面非对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算方法;矩形截面对称配筋偏心受压构件正截面受压承载力计算方法。,定义:以承受压力为主的构件。如柱、墙、桥墩等,分类,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。,利用混凝土构件承受以压力为主的内力,可以充分发挥混凝土材料的强度优势,因而在工程结构中混凝土受压构件应用比较普遍。,第六章 受压构件,第六章 受压构件,第六章 受压构件,5.1 受压构件的构造要求自
2、学(掌握),1、形状(1)一般 采用方形、矩形截面;(2)单层工业厂房的预制柱常采用I字形截面;(3)圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。2、截面尺寸,5.1.1 截面形状和尺寸,(1)最小截面尺寸:250250mm(2)长细比要求:l0/b30、l0/h25及l0/d25。(3)模数尺寸:边长800mm时,以50mm为模数,边长 800mm时,以100mm为模数。,1、混凝土:应采用强度等级较高的混凝土;一般结构常用C25C40;高层建筑常用C50C60。2、钢筋:纵向钢筋一般采用HRB400、RRB400、HRB500,箍筋一般采用HRB400(HRBF400),HRB335(HRB
3、F335)也可采用 HPB300。,5.1.2 材料强度,1、最小配筋率(1)规定最小配筋率的理由 一是防止混凝土受压脆性破坏;二是承担偶然的附加弯矩、混凝土的收缩和温度变化产生的拉应力。(2)最小配筋率的取值,5.1.3 纵向钢筋,全部纵向钢筋的配筋率:0.6%。一侧纵向钢筋的配筋率 0.2%。2、最大配筋率 全部纵筋配筋率不宜大于5%。,4、纵向受力钢筋的直径:不宜小于12mm;宜根数少而直径粗。,3、纵向受力钢筋的根数:矩形截面不得少于4根;圆形截面不宜少于8根,不应少于6根。,5、柱侧面的纵向构造钢筋:h600mm时,应设直径1016mm的纵向构造钢筋。,7、纵向受力钢筋的净间距:50
4、mm。,8、纵向受力钢筋的中距:300mm。,6、纵向钢筋的保护层厚度:附表4-3,一类环境为20mm。,1、箍筋形式:采用封闭式。2、箍筋间距:400mm;截面的短边尺寸;15d。3、箍筋直径:d/4 6mm。4、当柱中全部纵筋的配筋率3%时,,5.1.4 箍筋,箍筋直径 8mm;箍筋间距 10倍纵筋最小直径,且 200mm。箍筋末端应作成135的弯钩,弯钩末端平直段长度 10箍筋直径,5、复合箍筋:下列两种情况下应设置复合箍筋:一是柱截面短边 400mm,且各边纵筋3根时;二是柱截面短边 400mm,但各边纵筋4根时。6、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。,N,
5、(1)由于荷载作用位置的偏差;(2)混凝土材料的非均匀性;(3)配筋的不对称性;(4)施工的影响等。,当轴向力的作用线与构件截面形心重合时,可近似按轴心受压构件计算。,在实际结构中,理想的轴心受压构件是不存在的。,5.2 轴心受压构件正截面受压承载力,本节分普通箍筋柱和螺旋箍筋柱两种情况。,纵筋的作用,(1)直接受压,提高柱的承载力;(2)承担偶然偏心等产生的拉应力;(3)改善破坏性能(脆性);(4)减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。,箍筋的作用,(1)固定纵筋,形成钢筋骨架;(2)承担剪力;(3)约束混凝土,改善混凝土的性能;(4)给纵筋提供侧向支承,防止纵筋压屈。,5.2.1 轴心受
6、压普通箍筋柱的正截面受压承载力,1、轴心受压短柱的受力性能,(1)短柱的概念:l0/b8、l0/i28,(2)短柱的受力性能,2、轴心受压长柱的受力性能,(1)受力时,N不可避免的初始偏心,引起的侧向弯曲、附加弯矩不可忽略。,(2)破坏时,凸边出现横向裂缝,砼拉裂;凹边出现纵向裂缝,砼压碎,构件破坏。,规范给出的稳定系数与长细比的关系,3、配普通箍筋柱的承载力计算,(2)计算公式,(1)计算简图,4、柱的计算长度-l0,(1)理想支承时:柱的计算长度-l0,(2)实际柱的计算长度l0不讲(了解),(见GB50010第6.2.20条。具体有以下两条规定),(a)刚性屋盖单层房屋排架柱、露天吊车柱
7、和栈桥柱,(b)一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构柱,5.2.2 配螺旋箍筋或焊接环式箍筋柱的受压承载力计算,1、配螺旋箍筋柱的受力性能,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,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”。,2、配螺旋箍筋柱的轴心受压承载力计算公式推导,混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度,dcor,代 入,推 得,螺旋箍筋换算成相当的纵筋面积,a-间接钢筋
8、对砼约束的折减系数 当混凝土C50时,取a=1.0;当混凝土为C80时,取a=0.85,其间线性插值。,遇下列情况之一,按普通箍筋柱计算,螺旋箍筋的换算截面面积Ass0 0.25 As(As全部纵筋面积)螺旋箍筋的间距 80mm;dcor/5;40mm。螺旋箍筋的直径 6mm;d/4;,4、螺旋箍筋的构造规定,5.3.1 破坏形态,试验表明:偏心受压短柱有受拉破坏和受压破坏两种形态;影响破坏形态的主要因素是偏心距e0和纵向钢筋配筋率。,5.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态,As先屈服;压区混凝土后压碎。延性破坏。破坏特征与适筋梁相似,(1)发生条件:偏心距e0较大,As的数量合适。,(2)破
9、坏特征,(1)发生条件:(a)相对偏心距e0/h0较小;(b)相对偏心距e0/h0较大,但As的数量过多。,2、受压破坏-小偏心受压破坏,离纵向力较近一侧的混凝土压碎,钢筋屈服;离纵向力较远一侧的钢筋不屈服。脆性破坏。破坏特征与超筋梁相似 第二种情况在设计时应予避免。,(2)受压破坏的特征,受拉钢筋屈服与受压区边缘混凝土达到ecu 同时发生。与适筋梁和超筋梁的界限类似。,界限破坏,5.3.2 长柱的正截面受压破坏,(1)l0/h较大时,纵向弯曲不能忽略。(2)右图中,N ei 称一阶弯矩,N f 称二阶弯矩。,1、纵向弯曲引起二阶效应,(3)长细比l0/h很大时,发生失稳破坏;长细比l0/h一
10、定时,发生材料破坏。,y,f,l0,ei,(a)侧向挠度 f 很小,可忽略。(b)M随N线性增长。(c)最后为材料破坏。,2、三种破坏类型(1)短柱(l0/h5),(a)侧向挠度 f 不能忽略。(b)M随N非线性增长。(c)最后为材料破坏。(d)轴向承载力低于相同 情况的短柱的承载力。,(2)长柱(l0/h=530),(a)侧向挠度 f 的影响 很大。(b)最后为失稳破坏。(c)细长柱不应采用。,(3)细长柱(l0/h30),第5章 受压构件的截面承载力,5.4 偏心受压构件的二阶效应,二阶效应,轴向压力对偏心受压构件的侧移和挠曲产生附加弯矩和附加曲率的荷载效应,简称二阶效应。,重力二阶效应计
11、算属于结构整体层面的问题,一般在结构整体分析中考虑。,受压构件的挠曲效应计算属于构件层面的问题,一般在构件设计时考虑。,重力二阶效应计算方法,有限元分析,增大系数法(),5.4.1 自身挠曲产生的P-效应,1、杆端弯矩,M1、M2为已考虑侧移影响的偏心受压构件两端截面按弹性分析确定的对同一主轴的组合弯矩设计值;绝对值较大端为M2,绝对值较小端为M1,当构件按单曲率弯曲时(图a),取正值;否则取负值(图 b),构件两端作用有相等的端弯矩情况,2、杆端弯矩同号时的P-二阶效应,两个端弯矩不相等符号相同的情况,两端弯矩异号时的情况,当一阶弯矩最大处与附加弯矩重合时,弯矩增加最多,即临界截面上的弯矩最
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