钢筋混凝土纵向受力构件计算.ppt
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1、钢筋混凝土受压构件承载力计算,钢筋混凝土受压构件承载力计算,承受轴向压力的构件称为受压构件。轴向压力与构件轴线重合者(截面上仅有轴心压力),称为轴心受压构件;轴向压力与构件轴线不重合者(截面上既有轴心压力,又有弯矩),称为偏心受压构件。在偏心受压构件中又分为单向偏心受压构件和双向偏心受压构件两种。图1所示 本章主要介绍轴心受压构件及单向偏心受压构件的承载力计算。,1轴心受压构件,钢筋混凝土轴心受压构件,按箍筋的形式不同分为配置普通箍筋的普通箍筋柱和配置螺旋式(或焊接圆环式)箍筋的柱,如图2所示。实际工程中,螺旋箍筋柱能提高构件的抗压承载能力,但施工比较复杂,用钢量较多,造价较高,不宜普遍采用。
2、在受压构件中纵向钢筋的作用是:协助混凝土受压,减少截面尺寸;承受可能产生的较小弯矩;防止脆性破坏,增加构件延性;减小混凝土徐变变形。箍筋的作用是:与纵筋形成骨架;防止混凝土受力后外凸,约束核心混凝土,增加构件的承载能力和延性。,1轴心受压构件,1轴心受压构件1.1,1.1配有纵筋和普通箍筋的柱,由于施工及混凝土不均匀性等方面的原因,理想的轴心受压构件并不存在,因而在钢筋混凝土轴心受压构件的截面上也会存在一定的弯矩而使构件发生纵向弯曲。纵向弯曲会使构件的承载力降低,按纵向弯曲的对构件承载力的影响程度,受压构件分为短柱和长柱。当其长细比满足以下要求时(属于短柱),可忽略纵向弯曲的影响。长柱和短柱的
3、破坏形态不同(图3为短柱破坏形态)。矩形截面l0/b8;圆形截面 l0/d 7;式中l0为构件的计算长度;b为矩形截面短边尺寸;d为圆形截面直径;,1轴心受压构件,(1)短柱承载力计算 由于混凝土和钢筋具有相近的压应变,因而两者可共同工作,当混凝土达到极限压应变(约0.002左右)时,柱的四周出现明显的纵向裂缝(混凝土受压时将产生横向变形,使得混凝土被拉坏而产生纵向裂缝),混凝土保护层脱落,纵向钢筋被压曲,向外凸出,混凝土被压坏而导致构件破坏。破坏时,一般中等强度的钢筋能达到抗压屈服强度,两者强度都能充分利用。短柱破坏形态及受力计算图形如图3所示,短柱的抗压承载力计算公式为:,(1),1轴心受
4、压构件,图4长柱破坏形态,(2),(2)长柱的承载能力计算 实际工程中构件的初始偏心是不可避免的,对于长柱而言侧向弯曲不能忽略,构件将在压力和弯矩的共同作用下,在压应力较大的一侧首先出现纵向裂缝,接着混凝土被压碎,纵向钢筋压弯向外凸出,由于混凝土柱失去平衡,压应力较小的一侧的混凝土受力状态将迅速发生变化,由受压变为受拉,构件破坏,见图4。长柱的承载能力比短柱低,规范引入了稳定系数 来表示长柱承载能力的降低程度。,1轴心受压构件,依据以上所述,截面承载力的计算公式为:,(3),式中:N轴向压力设计值 Nu轴向抗压承载力设计值 A构件的截面面积,当纵向钢筋的配筋率大于3%时,A改用 Ac,Ac=A
5、AS。稳定系数,按规范表7.3.1采用,教材表1。设计中全部受压钢筋的配筋率不应超过5%,一般为0.52%,但也不应小于0.6%,同一侧配筋不应小于0.2%0.9调整系数,为了保证轴心受压和偏心受压具有相近的保证率。,1轴心受压构件,在计算时,需确定构件的计算长度l0,l0与构件的两端支撑情况有关,对钢筋混凝土框架柱,规范规定:现浇楼盖:底层柱,l0=1.0H;其余各层柱,l0=1.25H 装配式楼盖:底层柱,l0=1.25H;其余各层柱,l0=1.5H H为构件的实际长度,对底层柱,H为基础顶面到一层楼盖顶面的距离,其余各层为楼盖顶面到楼盖顶面之间的距离。不论长柱还是短柱均按公式3(长柱)进
6、行计算,计算分为截面设计和截面校核两种情。,1轴心受压构件,1轴心受压构件,1轴心受压构件1.2,1.2螺旋箍筋柱和焊接环式箍筋柱的配筋计算,(1)破坏特征 由于混凝土受压柱在轴向压力的作用下,将产生与轴向压力方向平行的垂直裂缝并最后导致破坏。横向变形产生的拉力是其破坏的原因,当采用混凝土螺旋箍筋柱后,箍筋的径向约束作用,使箍筋 所包围的混凝土核心区域受到了径向压应力的作用,其在三向压应力的作用下工作,从而提高了柱的承载能力。破坏时箍筋的拉应力达到屈服,混凝土被压碎。(2)正截面承载能力计算 规范采用如下表达式:,4,1轴心受压构件,式中:Acor构件的核心面积,Acor=d2cor4 dco
7、r构件核心直径,算至箍筋内皮,见图5 ASSO螺旋式或焊接环式单根间接钢筋换算截面积,5,ASS1单根箍筋面积间接钢筋对混凝土的约束折减系数,C50以下取1.0,C80取0.85,其间线性内差。,1轴心受压构件,(3)应用应注意的问题螺旋箍筋柱的承载能力不得大于普通箍筋柱承载能力的1.5倍;如遇下列情况之一,不考虑螺旋箍筋的影响,按普通箍筋柱计算承载力当l0/d 12,因细长比太大,螺旋箍筋对混凝土的约束作用难以发挥;按螺旋箍筋柱算得的承载力比按普通箍筋柱算得的还低;当间接钢筋的换算面积ASSO小于全部纵筋面积的25%,螺旋箍筋或焊接环式箍筋间距不应大于dcor/5及80mm,也不宜小于40m
8、m,纵筋根数不宜少于8根,沿四周等间距布置。,1轴心受压构件,(4)正截面设计计算步骤确定截面尺寸,可按工程经验或按普通箍筋柱的方法确定;验算是否可设计成螺旋箍筋柱,如l0/d 12,可设计成螺旋箍筋柱;确定纵向受压钢筋面积,可取配筋率为2.5%AS=d24计算箍筋的换算截面面积ASSO,确定箍筋直径及间距,根据构造要求假定箍筋的直径为8mm、10mm、12mm,然后由公式计算间距S,例题1,例题1 某无侧移多层现浇框架结构的第二层中柱,承受轴心压力N=1840KN,楼层高H=4m,混凝土等级为C30(fc=14.3N/mm2),用HRB400级钢筋配筋(fy=360N/mm2),是设计该截面
9、。解:初步确定截面尺寸 按工程经验假定受压钢筋配筋率为0.8%,先不考虑稳定系数的影响,按普通箍筋柱正截面承载能力计算公式确定截面尺寸。,将截面设计成正方形,则有:b h 1190000.5345(mm)取:b h 350mm,例题1,2偏心受压构件,2偏心受压构件,在轴向压力和弯矩共同作用下的构件称为偏心受压构件,力的等效作用如图6所示。,偏心受压构件受力特征介于受压和受弯构件之间的过渡状态,在弯矩和剪力的共同作用下,有可能首先混凝土被压坏,也有可能混凝土首先被拉坏,因此,偏心受压构件分为两种破坏特征,大偏心受压和小偏心受压。,2偏心受压构件2.1,2.1两种偏心受压破坏,(1)大偏心受压破
10、坏受拉破坏 此类破坏在压力的偏心距较大,且受拉钢筋配置适量时发生。截面的破坏特征是:受拉钢筋首先屈服,最终受压区边缘的混凝土也因压应变达到极限值而被压坏,对于受压钢筋,只要受压区高度不是太小,一般也能屈服,其破坏特征与适筋的双筋受弯构件相似。破坏情况如图7(a)所示。这种破坏有明显预兆。(2)小偏心受压破坏受压破坏压力的偏心距较小,或虽然偏心距不小但受拉纵筋配置过多时,会发生此种破坏。截面破坏特征一般是:靠近压力一侧的受压区边缘的混凝土压应变首先达到极限值被压坏,该侧的受压钢筋屈服;而压力远侧的钢筋虽受拉但并未屈服(应力为),甚至还可能受压,如图7(b、c)。由于这种破坏始于混凝土受压破坏,故
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