鋼筋混凝土受壓構件

1、8.1概概 述述受壓構件受壓構件承受軸向壓力為主的構件承受軸向壓力為主的構件軸心受壓構件理想的不存在 單向偏心受壓-主要介紹偏心受壓構件 雙向偏心受壓應用：鋼筋混凝土柱、桁架受壓腹桿和弦桿、剪力墻。應用：鋼筋混凝土柱、桁架受壓腹桿和弦桿、剪力墻。 5.1 概 述 一、材料一、材料 選用：宜高不宜低， C20，一般C30C401、混凝土、混凝土 原因：受壓構件承載力主要取決于混凝土強度 減小構件的截面尺寸、節(jié)約鋼筋 選用：不宜高，通常HRB335、HRB4002、鋼筋、鋼筋 或RRB400 原因：高強度鋼筋應力得不到發(fā)揮。 8.2 受壓構件構造要求二、截面形式和尺寸二、截面形式和尺寸采用矩形截面

2、，單層工業(yè)廠房的預制柱常采用工字形采用矩形截面，單層工業(yè)廠房的預制柱常采用工字形截面。截面。圓形截面主要用于橋墩、樁和公共建筑中的柱。圓形截面主要用于橋墩、樁和公共建筑中的柱。柱的截面尺寸不宜過小，一般應控制在柱的截面尺寸不宜過小，一般應控制在l0/b30及及l(fā)0/h25。當柱截面的邊長在當柱截面的邊長在800mm以下時，一般以以下時，一般以50mm為模為模數，邊長在數，邊長在800mm以上時，以以上時，以100mm為模數。為模數。三、配筋三、配筋 1、縱向鋼筋、縱向鋼筋（1）作用）作用 協助混凝土承壓； 承受拉應力（M引起、偶然偏心矩、收縮、溫度應力變化引起）； 防止混凝土脆性破壞； 增加構

3、件的延性。（2）構造）構造 直徑：412mm（宜采用較大直徑）通常選用1232mm保證骨架剛度 布置：沿截面四邊均勻布置，凈距50mm，中距300mm，保護層30，d max。 max： 5%（一般 3%） 配筋率率 全部： 0.6% （當混凝土C60時， 0.7%） min 受壓一側： 0.2%2、箍筋、箍筋 (1)、作用防止縱筋受壓時壓屈； 固定縱筋位置，并組成骨架； 約束核心混凝土變形，提高混凝土的強 度和變形能力； 承受剪力。 (2)、構造、構造須封閉須封閉直徑 d/4，6mmmax 當3%時： 8mm b，400mmmin 綁扎骨架中 15d， 間距 焊接骨架中 20d 當3%時：

4、10d，200mmmin ll內 受拉筋： 5d，100mmmin 受壓筋： 10d，200mmmin b400mm且每邊縱筋3根時復合箍筋 b 400mm且每邊縱筋4根時 注意：禁止采用內折角的箍筋受拉后有拉直趨勢，使混凝土崩裂。 復雜截面的箍筋形式8.3 8.3 軸心受壓構件的承載力計算軸心受壓構件的承載力計算在實際結構中，理想的軸心受壓構件幾乎是不存在的。在實際結構中，理想的軸心受壓構件幾乎是不存在的。通常由于施工制造的誤差、荷載作用位置的不確定性、混凝土通常由于施工制造的誤差、荷載作用位置的不確定性、混凝土質量的不均勻性等原因，往往存在一定的初始偏心距。質量的不均勻性等原因，往往存在一

5、定的初始偏心距。但有些構件，如以恒載為主的等跨多層房屋的內柱、桁架中的但有些構件，如以恒載為主的等跨多層房屋的內柱、桁架中的受壓腹桿等，主要承受軸向壓力，可近似按軸心受壓構件計算。受壓腹桿等，主要承受軸向壓力，可近似按軸心受壓構件計算。普通鋼箍柱螺旋鋼箍柱普通鋼箍柱：普通鋼箍柱：箍筋的作用？箍筋的作用？ 縱筋的作用？縱筋的作用？螺旋鋼箍柱：螺旋鋼箍柱：箍筋的形狀箍筋的形狀為圓形，且間距較密，其為圓形，且間距較密，其作用？作用？一、普通箍筋柱一、普通箍筋柱1、受力特點、受力特點 短柱（矩形截面短柱（矩形截面lo/b8；圓形；圓形lo/d7） 應力變化應力變化 N較小時：鋼筋和混凝土共同承擔，以混

6、凝土為主；較小時：鋼筋和混凝土共同承擔，以混凝土為主； N較大時：鋼筋應力增長快，混凝土增長緩慢；較大時：鋼筋應力增長快，混凝土增長緩慢；破壞特點：縱筋先達屈服，砼后達極限壓應變破壞特點：縱筋先達屈服，砼后達極限壓應變0.002；外觀特征：出現縱向裂縫，保護層脫落，箍筋間縱筋向外突鼓外觀特征：出現縱向裂縫，保護層脫落，箍筋間縱筋向外突鼓 呈燈籠狀。呈燈籠狀。長柱長柱破壞特點：產生附加彎矩和彎曲變形（側向撓度）；破壞特點：產生附加彎矩和彎曲變形（側向撓度）； 凹邊：產生縱向裂縫凹邊：產生縱向裂縫箍筋間縱筋壓屈向外箍筋間縱筋壓屈向外 外觀特征外觀特征 突鼓突鼓砼壓碎；砼壓碎； 凸邊：受拉產生橫向裂

7、縫。凸邊：受拉產生橫向裂縫。 試驗表明：長柱承載力低于其他條件相同的短柱承載力。試驗表明：長柱承載力低于其他條件相同的短柱承載力。處理：引入穩(wěn)定系數處理：引入穩(wěn)定系數反映軸壓構件承載力隨長細反映軸壓構件承載力隨長細 比的影響比的影響軸心受壓短柱軸心受壓短柱sycsuAfAfN軸心受壓長柱軸心受壓長柱suluNN suluNN穩(wěn)定系數穩(wěn)定系數穩(wěn)定系數穩(wěn)定系數 主要與柱的長細主要與柱的長細比比l0/b有關（表有關（表6-1）)(9 . 0sycuAfAfNN可靠度調整系數可靠度調整系數 0.9是考慮初始偏心的影響，以及主要承受恒是考慮初始偏心的影響，以及主要承受恒載作用的軸心受壓柱的可靠性。載作用

8、的軸心受壓柱的可靠性。2、計算公式、計算公式二、配有縱筋和間接鋼筋（螺旋式）的柱二、配有縱筋和間接鋼筋（螺旋式）的柱 1、受力性能、受力性能 螺旋箍約束混凝土橫向變形螺旋箍約束混凝土橫向變形 核心混凝土處三向受壓狀態(tài)核心混凝土處三向受壓狀態(tài) 混凝土強度提高混凝土強度提高 結論：采用螺旋箍筋可有效提高柱的軸心受壓構件承載力結論：采用螺旋箍筋可有效提高柱的軸心受壓構件承載力 2、相關規(guī)定、相關規(guī)定 如螺旋箍筋配置過多，極限承載力提高過大，則會在遠未達如螺旋箍筋配置過多，極限承載力提高過大，則會在遠未達 到極限承載力之前保護層剝落到極限承載力之前保護層剝落，從而影響正常使用從而影響正常使用。規(guī)范規(guī)范

9、 規(guī)定：規(guī)定： 按螺旋箍筋計算的承載力不應大于按普通箍筋柱受壓承載力按螺旋箍筋計算的承載力不應大于按普通箍筋柱受壓承載力 的的50%。柱長細比過大，由于縱向彎曲變形較大，截面不是全部受柱長細比過大，由于縱向彎曲變形較大，截面不是全部受壓，螺旋箍筋的約束作用得不到有效發(fā)揮。壓，螺旋箍筋的約束作用得不到有效發(fā)揮。規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：對長細比對長細比l0/d大于大于12的柱不考慮螺旋箍筋的約束作用。的柱不考慮螺旋箍筋的約束作用。螺旋箍筋的約束效果與其截面面積螺旋箍筋的約束效果與其截面面積Ass1和間距和間距s 有關，為有關，為保證有一定約束效果，保證有一定約束效果，規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：螺旋箍筋的換算

10、面積螺旋箍筋的換算面積Ass0不得小于全部縱筋不得小于全部縱筋As 的的25% 螺旋箍筋的間距螺旋箍筋的間距s不應大于不應大于dcor/5，且不大于，且不大于 80mm，同，同 時為方便施工，時為方便施工，s也不應小于也不應小于40mm。5.4 矩形截面偏心受壓構件正截面承載能力計算矩形截面偏心受壓構件正截面承載能力計算=M=N e0NAssANe0AssA壓彎構件 偏心受壓構件偏心距偏心距e0=0時，軸心受壓構件時，軸心受壓構件當當e0時，即時，即N=0時，受彎構件時，受彎構件偏心受壓構件的受力性能和破壞形態(tài)界于偏心受壓構件的受力性能和破壞形態(tài)界于軸心受壓軸心受壓構件和構件和受彎受彎構件。構

11、件。AssAh0aab一、破壞特征一、破壞特征偏心受壓構件的破壞形態(tài)與偏心距偏心受壓構件的破壞形態(tài)與偏心距e0和縱向鋼筋配筋率有關和縱向鋼筋配筋率有關1、大偏心受壓破壞、大偏心受壓破壞形成條件：形成條件：偏心距偏心距e0較大，且受拉側縱向鋼筋配筋率合適較大，且受拉側縱向鋼筋配筋率合適 fyAs fyAsNMM較大，較大，N較小較小偏心距偏心距e0較大較大 fyAs fyAsN截面受拉側混凝土較早出現裂縫，截面受拉側混凝土較早出現裂縫， As的應力隨荷載增加發(fā)展較快，的應力隨荷載增加發(fā)展較快， 首先達到屈服強度。首先達到屈服強度。此后，裂縫迅速開展，受壓區(qū)高度減小。此后，裂縫迅速開展，受壓區(qū)高度

12、減小。最后受壓側鋼筋最后受壓側鋼筋As 受壓屈服，壓區(qū)混凝土壓碎而達到破壞。受壓屈服，壓區(qū)混凝土壓碎而達到破壞。這種破壞具有明顯預兆，變形能力較大，破壞特征與配有受這種破壞具有明顯預兆，變形能力較大，破壞特征與配有受壓鋼筋的適筋梁相似，承載力主要取決于受拉側鋼筋。壓鋼筋的適筋梁相似，承載力主要取決于受拉側鋼筋。因此，當偏心距因此，當偏心距e0較大，且受拉側縱向鋼筋配筋率合適，通較大，且受拉側縱向鋼筋配筋率合適，通常稱為大偏心受壓（受拉破壞）。常稱為大偏心受壓（受拉破壞）。 fyAs fyAsN大偏壓破壞時的截面應力和受拉破壞形態(tài)大偏壓破壞時的截面應力和受拉破壞形態(tài)（a a）受拉破壞形態(tài)受拉破壞

13、形態(tài)（b b）截面應力截面應力 2、小偏心受壓破壞、小偏心受壓破壞產生受壓破壞的條件有兩種情況：產生受壓破壞的條件有兩種情況： 當相對偏心距當相對偏心距e0/h0較小，截面全部受壓或大部分受壓較小，截面全部受壓或大部分受壓 sAs fyAsN或雖然相對偏心距或雖然相對偏心距e0/h0較大，但遠側縱向鋼筋配置較多時較大，但遠側縱向鋼筋配置較多時 sAs fyAsNAs太太多多 截面受壓側混凝土和截面受壓側混凝土和 鋼筋的受力較大。鋼筋的受力較大。而受拉側鋼筋應力較小。而受拉側鋼筋應力較小。當相對偏心距當相對偏心距e0/h0很小時，很小時， 受拉側受拉側還可能出現還可能出現“反向破壞反向破壞”情況

14、。情況。截面最后是由于受壓區(qū)混凝土首先壓碎而達到破壞。截面最后是由于受壓區(qū)混凝土首先壓碎而達到破壞。承載力主要取決于壓區(qū)混凝土和受壓側鋼筋，破壞時受壓區(qū)承載力主要取決于壓區(qū)混凝土和受壓側鋼筋，破壞時受壓區(qū)高度較大，遠側鋼筋可能受拉也可能受壓，破壞具有脆性性高度較大，遠側鋼筋可能受拉也可能受壓，破壞具有脆性性質。質。第二種情況在設計應予避免，因此受壓破壞偏心距較小或雖第二種情況在設計應予避免，因此受壓破壞偏心距較小或雖然偏心距較大，但受拉側縱向鋼筋配置較多時，常稱為小偏然偏心距較大，但受拉側縱向鋼筋配置較多時，常稱為小偏心受壓（受壓破壞）。心受壓（受壓破壞）。 sAs fyAsN sAs fyA

15、sNAs太太多多小偏壓破壞時的截面應力和受壓破壞形態(tài)小偏壓破壞時的截面應力和受壓破壞形態(tài)受壓破壞形態(tài)受壓破壞形態(tài) 和和 截面應力截面應力5.4偏心受壓構件正截面承載力計算3 3、受拉破壞和受壓破壞的界限、受拉破壞和受壓破壞的界限兩類破壞的根本區(qū)別：距兩類破壞的根本區(qū)別：距N較遠一側鋼筋是否屈服。較遠一側鋼筋是否屈服。受拉鋼筋屈服與受壓區(qū)混凝土邊緣達極限壓應變受拉鋼筋屈服與受壓區(qū)混凝土邊緣達極限壓應變e ecu同時達同時達到到“界限狀態(tài)界限狀態(tài)”。與適筋梁和超筋梁的界限情況類似。與適筋梁和超筋梁的界限情況類似。因此，因此，相對界限受壓區(qū)高度相對界限受壓區(qū)高度仍為仍為b 判斷判斷 b：大偏心受壓：

16、大偏心受壓 b：小偏心受壓：小偏心受壓 二、偏心受壓構件正截面承載力計算理論二、偏心受壓構件正截面承載力計算理論1、基本假定、基本假定偏心受壓正截面受力分析方法與受彎情況是相同的，即仍采偏心受壓正截面受力分析方法與受彎情況是相同的，即仍采用以用以平截面假定平截面假定為基礎的計算理論。為基礎的計算理論。根據混凝土和鋼筋的應力根據混凝土和鋼筋的應力-應變關系，即可分析截面在壓力應變關系，即可分析截面在壓力和彎矩共同作用下受力全過程。和彎矩共同作用下受力全過程。對于正截面承載力的計算，同樣可按受彎情況，對受壓區(qū)混對于正截面承載力的計算，同樣可按受彎情況，對受壓區(qū)混凝土采用等效矩形應力圖。凝土采用等效

17、矩形應力圖。等效矩形應力圖等效矩形應力圖的強度為的強度為a a fc，等效矩形應力圖的高度與中，等效矩形應力圖的高度與中和軸高度的比值為和軸高度的比值為b b 。2、NM相關曲線（相關曲線上的任一點代表截面相關曲線（相關曲線上的任一點代表截面處于正截面承載力極限狀態(tài)時的一種內力組合。）處于正截面承載力極限狀態(tài)時的一種內力組合。）（1）N與與M的內力相關影響的內力相關影響大偏壓時： N增加Mu增大有利小偏壓時： N增加Mu減小不利界限時： Nb一定Mu達最大值（2）承載力狀態(tài)）承載力狀態(tài)N、M內力位于曲線內：處于安全狀態(tài)；N、M內力位于曲線上：處于極限狀態(tài)；N、M內力位于曲線外：處于破壞狀態(tài)。

18、由于施工誤差、荷載作用位置的不確定性及材料的不均勻等由于施工誤差、荷載作用位置的不確定性及材料的不均勻等原因，實際工程中不存在理想的軸心受壓構件。為考慮這些因原因，實際工程中不存在理想的軸心受壓構件。為考慮這些因素的不利影響，引入附加偏心距素的不利影響，引入附加偏心距ea，即在正截面受壓承載力計即在正截面受壓承載力計算中，偏心距取計算偏心距算中，偏心距取計算偏心距e0=M/N與附加偏心距與附加偏心距ea之和，稱為之和，稱為初始偏心距初始偏心距eiaieee0附加偏心距附加偏心距ea取取20mm與與h/30 兩者中的較大值，兩者中的較大值， 此處此處h是指偏心方向的截面尺寸。是指偏心方向的截面尺

19、寸。3、附加偏心距、附加偏心距4、偏心距增大系數、偏心距增大系數由于側向撓曲變形，軸向力將產生由于側向撓曲變形，軸向力將產生二階效應，引起附加彎矩。二階效應，引起附加彎矩。對于長細比較大的構件，二階效應對于長細比較大的構件，二階效應引起附加彎矩不能忽略。引起附加彎矩不能忽略。圖示典型偏心受壓柱，跨中側向撓圖示典型偏心受壓柱，跨中側向撓度為度為 f 。對跨中截面，軸力對跨中截面，軸力N的偏心距為的偏心距為ei + f ，即跨中截面的彎矩為，即跨中截面的彎矩為 M =N ( ei + f )。在截面和初始偏心距相同的情況下，在截面和初始偏心距相同的情況下，柱的長細比柱的長細比l0/h不同，側向撓度

20、不同，側向撓度 f 的的大小不同，影響程度會有很大差別，大小不同，影響程度會有很大差別，將產生不同的破壞類型。將產生不同的破壞類型。對短柱可忽略側向撓度對短柱可忽略側向撓度f影響。影響。對于中長柱，在設計中應考慮側向對于中長柱，在設計中應考慮側向撓度撓度 f 對彎矩增大的影響。對彎矩增大的影響。規(guī)范：以ei 代替（ei +f）elxfysin f y xeieiNNN eiN ( ei+ f )le21200140011hlhei0 . 17 . 22 . 01iehl0201. 015. 1， 1截面曲率對ei影響系數，10.5fcA/N1 2構件長細比對ei影響系數，21.150.01lo

21、/h1規(guī)范：對于長細比小于5的短柱可不考慮撓度影響，取=1.0當當x x x xb時時 sysycuAfAfbxfNa fyAs fyAsNM當當x x x xb時時 sAs fyAsNM sssycuAAfbxfNa)22(xhbxfMcua)2(ahAfsy)2(ahAfsy)22(xhbxfMcua)2(ahAss)2(ahAfsy受拉破壞受拉破壞(大偏心受壓大偏心受壓)受壓破壞受壓破壞(小偏心受壓小偏心受壓)5、矩形截面偏心受壓構件正截面承載力計算公式及適用條件三、對稱配筋截面三、對稱配筋截面實際工程中，受壓構件常承受變號彎矩作用，當彎矩數值相實際工程中，受壓構件常承受變號彎矩作用，當

22、彎矩數值相差不大，可采用對稱配筋。差不大，可采用對稱配筋。采用對稱配筋不會在施工中產生差錯，故有時為方便施工或采用對稱配筋不會在施工中產生差錯，故有時為方便施工或對于裝配式構件，也采用對稱配筋。對于裝配式構件，也采用對稱配筋。對稱配筋截面，即對稱配筋截面，即As=As，fy = fy，a = a，其界限破壞狀態(tài)，其界限破壞狀態(tài)時的軸力為時的軸力為Nb=a a fcbx xbh0。)()2(00ahAfxhbxfeNAfAfbxfNsycsysycaa因此，除考慮偏心距大小外，還要根據軸力大?。∟ Nb）的情況判別屬于哪一種偏心受力情況。1、當、當 eieib.min=0.3h0，且，且N Nb時，為大偏心受壓時，為大偏心受壓 x=N /a a fcb)()2(00ahAfxhbxfeNAfAfbxfNsycsysycaa)()5 .