水工鋼筋混凝土概要PPT課件

1、 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 概 述水電站廠房柱第1頁/共60頁第2頁/共60頁第3頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 概 述第4頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求第5頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 概 述受壓構(gòu)件分為軸心受壓和偏心受壓。(a)軸心受壓 (b)單向偏心受壓 (c)雙向偏心受壓實際工程中真正的軸心受壓構(gòu)件是沒有的。我國規(guī)范對偏心很小可略去不計，構(gòu)件按軸心受壓計算。 第6頁/共60頁 偏心受壓構(gòu)件：柱、墻 大偏心受壓：(受拉破壞） 小偏心受壓：(受壓破壞） 實際構(gòu)件：軸力、彎矩、剪力同時作用 單向偏心受壓構(gòu)件

2、：框架邊柱 雙向偏心受壓構(gòu)件：框架角柱 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求第7頁/共60頁第8頁/共60頁第9頁/共60頁第10頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求一、截面形式和尺寸v采用方形或矩形截面，截面長邊布在彎矩作用方向，長短邊比值1.51.52.52.5。也可采用T T形、工字形截面。 樁常用圓形截面。v截面尺寸不宜過小，水工建筑現(xiàn)澆立柱邊長 300mm300mm。v截面邊長 800mm，50mm為模數(shù)，邊長 800mm，以100mm為模數(shù)。v二、砼受壓構(gòu)件承載力主要取決于砼強度，應(yīng)采用強度較高的砼，如C20、C25 、

3、C30或更高。5.1 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求第11頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求三、縱向鋼筋v作用：協(xié)助砼受壓；承擔(dān)彎矩。 常用HRB335HRB335、 HRB400 HRB400級。不宜用高強鋼筋( (為什么？) ) 。直徑 12mm12mm，常用直徑121232mm32mm。現(xiàn)澆時縱筋凈距 50mm50mm，最大間距 300mm300mm。長邊 600mm600mm，中間設(shè)101016mm16mm縱向構(gòu)造鋼 筋，間距 500mm500mm。第12頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求v受

4、壓鋼筋數(shù)量不能過少。規(guī)范規(guī)定：HPB235 HPB235 ： 偏壓構(gòu)件受壓或受拉筋配筋率 0.25( (柱) )或0.200.20( (墻) )；HRB335 HRB335 、 HRB400 HRB400 、 RRB400 RRB400級鋼： 偏壓構(gòu)件受壓或受拉筋配筋率 0.200.20( (柱) )或0.150.15( (墻) )； 軸心受壓構(gòu)件：全部縱筋配筋率 0.60.6。v縱筋不宜過多，合適配筋率0.82.0。第13頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求 四、箍筋v作用：阻止縱筋受壓向外凸，防止砼保護層剝落；約束砼；抗剪。v箍筋應(yīng)為封閉式。v縱筋綁扎

5、搭接長度內(nèi)箍筋要加密。第14頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求v箍筋直徑和間距直徑直徑：不應(yīng)小于不應(yīng)小于0.25倍縱向鋼筋的最大直徑，亦不倍縱向鋼筋的最大直徑，亦不應(yīng)小于應(yīng)小于6mm；間距間距： （綁扎骨架）（綁扎骨架） （焊接骨架）（焊接骨架）15sd20sdsb400smm第15頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求v截面有內(nèi)折角時箍筋的布置v基本箍筋和附加箍筋1-1-基本箍筋 2-2-附加箍筋第16頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算1 1短柱短柱 應(yīng)變柱全截面受壓

6、，壓應(yīng)變均勻。鋼筋與砼共同變形，壓應(yīng)變保持一樣。一、試驗結(jié)果一、試驗結(jié)果5.2 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算受力過程（圖5-5）荷載較小，砼和鋼筋應(yīng)力比符合彈模比。荷載加大，應(yīng)力比不再符合彈模比。荷載長期持續(xù)作用，砼徐變發(fā)生，砼與鋼筋之間引起應(yīng)力重分配。鋼筋受力比例增大，砼受力比例減小。破壞時，砼的應(yīng)力達到 fc ，鋼筋應(yīng)力達到fy 。第17頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算不同箍筋短柱的荷載應(yīng)變圖 A不配筋的素砼短柱；B配置普通箍筋的鋼筋砼短柱；C配置螺旋箍筋的鋼筋砼短柱。普通鋼箍柱螺旋鋼箍柱箍筋形式和間距對受力有較大影響箍筋形式和間

7、距對受力有較大影響第18頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算不同箍筋短柱的荷載應(yīng)變圖 鋼筋混凝土短柱與素混凝土短柱比：u承載力高u延性好螺旋箍筋對延性的增加更顯著第19頁/共60頁普通箍筋短柱正截面極限承載力由兩部分組成： sccuAfAfNy Nu破壞時的極限軸向力； Ac砼截面面積； A s全部縱向受壓鋼筋截面面積。 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算第20頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算長柱不僅發(fā)生壓縮變形，還發(fā)生縱向彎曲。（原因： 效應(yīng)） 長柱破壞荷載

8、小于短柱，柱子越細長小得越多。 用穩(wěn)定系數(shù) 表示長柱承載力較短柱的降低。 短長uuN/N2 2 長柱長柱P第21頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算影響 值的主要因素為長細比l0/b 。 vl0/b8時可根據(jù)長細比查表。 第22頁/共60頁 計算長度 l0l0=0.5 l多層房屋中計算長度取值：和樓蓋剛度有關(guān)現(xiàn)澆樓蓋：底層柱 l01.0H 其余各層柱 l01.25H裝配樓蓋：底層柱 l01.25H 其余各層柱 l01. 5H l0=0.7 ll0=1.0 ll0=2 l 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算第23

9、頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算二、普通箍筋柱的計算 N 軸力設(shè)計值(包括 0 0 和 值在內(nèi))；A 構(gòu)件截面面積；As 全部縱筋的截面面積； 軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)。)(sycuAfAfNKN 基本公式： 截面設(shè)計：ycsfAfKNA第24頁/共60頁 偏心受壓構(gòu)件圖Ne0 NM（=Ne0） 5.3 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算第25頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算 一、試驗結(jié)果一、試驗結(jié)果1 1受拉破壞大偏心受壓破壞

10、破壞性質(zhì)：延性破壞。 產(chǎn)生條件：相對偏心距)/(0he 且受拉鋼筋配置得不太多時。較大，部分受拉、部分受壓，受拉鋼筋應(yīng)力先達到屈服強度，隨后，混凝土被壓碎，受壓鋼筋達屈服強度。構(gòu)件的承載力取決于受拉鋼筋的強度和數(shù)量。 破壞特征：第26頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算 e0很小，全部受壓 e0稍大，小部分受拉e0較大，拉筋過多 產(chǎn)生條件： （1 1）偏心距很小，全截面受壓。 （2 2）偏心距稍大，小部分受拉，但受拉鋼筋靠近中和軸，應(yīng)力很小。 （3 3）偏心距較大，但受拉鋼筋配置特別多。（類似超筋梁） 2受壓破壞小偏心受壓破壞 第27頁/共60頁

11、v個別情況， e0極小，As配置過少，破壞可能在距軸向力較遠一側(cè)發(fā)生。 破壞特征： 一般是靠近縱向力一側(cè)的混凝土首先達到極限壓應(yīng)變而壓碎，該側(cè)的鋼筋達到屈服強度，遠離縱向力一側(cè)的鋼筋不論受拉還是受壓，一般達不到屈服強度。構(gòu)件的承載力取決于受壓區(qū)混凝土強度和受壓鋼筋強度。 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算 破壞性質(zhì)：脆性破壞。 第28頁/共60頁 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算二、大小偏心的界限二、大小偏心的界限 e界限破壞：受拉鋼筋達到屈服應(yīng)變時，受壓區(qū)混凝土也剛好達到極限壓應(yīng)變而壓碎。 偏心受壓構(gòu)件的截面應(yīng)變分布圖AsAs cua cy h0 xbxbbs y ds y xxb為小

12、偏心受壓破壞。 b（xxb）時，當 當 b（x xb）時， 為大偏心受壓破壞； 第29頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算三、矩形截面偏心受壓構(gòu)件的計算三、矩形截面偏心受壓構(gòu)件的計算v基本假定同受彎構(gòu)件。v承載力計算的基本公式： sssycuAAfbxfNKN)()2(00ahAfxhbxfeNKNesycuahee20N軸向力設(shè)計值(包括 和 值在內(nèi))； 受拉邊或受壓較小邊鋼筋的應(yīng)力；e0軸向力對截面重心的偏心距，e0MN。0s第30頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算受拉側(cè)鋼筋應(yīng)力 s ？sss

13、EEs)18.0(0033.0根據(jù)平截面假定： 00hxscc1100hxcs?。?00.8xx0.0033c0/x h第31頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算bysf8 . 08 . 0 , 即 時，取 ；bysfsyf為避免采用上式出現(xiàn)為避免采用上式出現(xiàn) x 的的三次方程三次方程考慮：當考慮：當 = b， s=fy；當當 =0.8， s=0。中和軸正好通過As位置，00hx , 即 時，取 。syf syf b 6 . 1第32頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算四、偏心受壓構(gòu)件縱向彎曲的考慮

14、四、偏心受壓構(gòu)件縱向彎曲的考慮v二階效應(yīng)引起附加彎矩feNM0?NfM 構(gòu)件長細比越大，f越大， 越大。Mv對于短柱，可不考慮二階效應(yīng)v對于長細比較大的偏心受壓構(gòu)件，二階效應(yīng)對承載力的降低不可忽略。考慮二階效應(yīng)的計算方法：v非線性有限單元法v偏心距增大系數(shù)法第33頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算v縱向彎曲產(chǎn)生附加偏心距f ，實際偏心距增大為 e0 +f 。 0000)1 (eeeffe偏心距增大系數(shù)。如何求偏心距增大系數(shù)？如何求偏心距增大系數(shù)？第34頁/共60頁假定其縱向彎曲變形曲線為正弦曲線，其撓度 和曲率 的關(guān)系為：220lff0hycu

15、202000111cuylfeeh 第35頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算200011()1400lehhl取 ，其中1.25為徐變系數(shù)。1.25 0.0033cu202000111cuylfeeh l取 ，以HRB335鋼筋為例。53350.00172 10yysfEl取 ， 代入。21001.1hh第36頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算212000)(140011hlhev兩個修正系數(shù)：1：考慮小偏壓破壞的影響。KNAfc5 . 01)/(01. 015. 102hl2：考慮長細比的影響

16、。11大偏壓時：150hl12時：v公式最終形式：第37頁/共60頁長細比類型短柱長柱細長柱公式不再適用，應(yīng)專門研究80hl3080hl300hl1212000)(140011hlhev公式適用范圍：第38頁/共60頁五五. .矩形截面偏心受壓構(gòu)件的矩形截面偏心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計及承載力復(fù)核截面設(shè)計及承載力復(fù)核大小偏心受壓的實用判別準則（近似）大小偏心受壓的實用判別準則（近似）若若 e00.3h0，按大偏心受壓情況計算，按大偏心受壓情況計算若若 e0 0.3h0，按小偏心受壓情況計算，按小偏心受壓情況計算 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算sssycuAAf

17、bxfNKN)()2(00ahAfxhbxfeNKNesycu基本公式：ahee20第39頁/共60頁ahee20sysycAfAfbhfKN0)(020ahAfbhfKNesysc(1 0.5 )s（一）大偏心受壓（受拉破壞） 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算令=syf基本公式可寫為：（見第三章，P67，式（3-9）第40頁/共60頁（1）As和和As均未知時均未知時兩個基本方程，三個未知數(shù)，兩個基本方程，三個未知數(shù)，As、As和和 x，無唯一解無唯一解。與雙筋梁類似，為使總配筋面積（與雙筋梁類似，為使總配筋面積（As+As）最?。┳钚】扇】扇= bh0若Asr rmin bh0?取A

18、s= r rmin bh0，按As為已知情況計算。 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算)(020ahfbhfKNeAysbcsysybcsfKNAfbhfA00cbysysKNfbhf Af A 200()csbysKNefbhf Aha ssb（即 ）得第41頁/共60頁（2）As為已知時為已知時當當As已知時，兩個基本方程有二個未知數(shù)已知時，兩個基本方程有二個未知數(shù)As 和和 x，有唯一解有唯一解。若若 2a x bh0，可得可得取取x=2a，對，對As 中心取矩中心取矩若若x b， s2a sysycuAfAfbxfNx bh0時，小偏心受壓。時，小偏

19、心受壓。按小偏心受壓承載力計算方法重新計算。eAfeAxhebxfsyssc)2(0bysf8 . 08 . 0 AAfbxfNsssycu若 1.61.6b ，取 s= - fy 重新計算x若 =r rmin bh0大小偏心的區(qū)分大小偏心的區(qū)分看例題看例題5-5第51頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算5.5偏心受壓構(gòu)件截面承載力N與M的關(guān)系5.5 5.5 偏心受壓構(gòu)件截面承載力偏心受壓構(gòu)件截面承載力N與與M的關(guān)系的關(guān)系同樣截面尺寸、材料強度和配筋的偏壓構(gòu)件，當軸向壓力的偏心距e0不同時，會得到不同的破壞軸向壓力。因此在設(shè)計中，必須判斷哪一種M與N的組合是最危險的，以用來進行配筋設(shè)

20、計。如何判斷？如何判斷？第52頁/共60頁5.5偏心受壓構(gòu)件截面承載力N與M的關(guān)系以對稱配筋大偏壓為例Nu- -Mu相關(guān)曲線0bhfNcu)()5 . 01 (020ahfbhfeNAAycuss) (25 . 0020ahAfbfNhNeNMsycuuuu截面尺寸、材料強度和配筋量一定時，極限承載力 與極限承載彎矩 之間的關(guān)系。uNuM(AB(AB段) )小偏壓情況同理可得(BC(BC段) )將ahee20代入，得：第53頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算5.5偏心受壓構(gòu)件截面承載力N與M的關(guān)系vC點為軸壓承載力N0 ； A點為純彎承載力M0； B點為大、小偏心分界。設(shè)計內(nèi)力組合位于曲線外側(cè)就表示構(gòu)件承載力已不足。I區(qū)：小偏壓；II區(qū)：大偏壓。圖上任一點p的橫坐標代表彎矩，縱坐標代表軸力，pO與N軸的夾角代表偏心距e0=M/N。第54頁/共60頁 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計算5.5偏心受壓構(gòu)件截面承載力N與M的關(guān)系v大偏壓，M相同，N越小越危險； N相同，M越大越危險。v小偏