鋼筋混凝土軸心受壓構件承載能力極限狀態(tài)計算

1、鋼筋混凝土軸心受壓構件承載能力極限狀態(tài)計算軸壓構件構造要點普通箍筋柱螺旋箍筋柱軸壓構件破壞狀態(tài)分析軸壓構件承載力設計與復核1 1、前言前言受壓構件：承受軸向壓力為主軸心受壓構件：軸向力作用在構件截面形心。偏心受壓構件：軸向力不作用在構件截面形心（M和N）。軸壓構件研究對象：實際結構中理想軸壓構件幾乎不存在。施工誤差、荷載作用位置不確定、混凝土質量不均勻和鋼筋不對稱等原因，都將使構件產生一定初始偏心距。有些構件（桁架受壓腹桿等）可近似按軸壓構件計算。單向偏心受壓構件垂直于彎矩作用方向垂直于彎矩作用方向也需按軸壓構件驗算。NNN軸心受壓單向偏心受壓MNN雙向偏心受壓M2 2、軸心受壓構件構造要點、

2、軸心受壓構件構造要點按箍筋作用及配置方式分為兩種： 普通箍筋柱（直接配筋柱）縱筋普通箍筋 螺旋箍筋柱（間接配筋柱）縱筋螺旋箍筋（或焊接環(huán)形箍筋）普通箍筋柱普通箍筋柱螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱2 2、軸心受壓構件構造要點、軸心受壓構件構造要點2 2、軸心受壓構件構造要點、軸心受壓構件構造要點2.1 2.1 普通箍筋柱普通箍筋柱截面形狀：截面形狀：正方形、矩形、圓形等截面尺寸截面尺寸：不宜小于250mm，取整（50mm）縱筋縱筋：通常采用HRB335級(級)和HRB400級(級)鋼筋，不宜采用高強鋼筋。直徑不小于12mm，矩形截面不少于4根，圓形截面不少于8根，沿周邊均勻布置 ；縱筋凈距不小于50mm，

3、也不大于350mm，滿足最小保護層規(guī)定；縱筋最小配筋率0.5（C50及以上時為0.6），0.2（一側）；不宜超過5，一般約為12；按構件全截面計算。2 2、軸心受壓構件構造要點、軸心受壓構件構造要點2.1 2.1 普通箍筋柱普通箍筋柱普通箍筋普通箍筋：箍筋采用封閉式，直徑不小于縱筋的d/4，且不小于8mm；箍筋間距不大于400mm，也不大于截面短邊尺寸（0.8倍直徑）或15d；縱筋搭接范圍內，或縱筋配筋率大于3，箍筋間距不大于10d且不大于200mm；縱筋離角筋間距不大于150mm，否則應設置復合箍筋（指沿構件縱軸同一截面按一定間距配置兩種或兩種以上形式共同組成的箍筋）。2 2、軸心受壓構件構

4、造要點、軸心受壓構件構造要點2.1 2.1 普通箍筋柱普通箍筋柱mmd2012mmd8基本箍筋附加箍筋附加箍筋mm40mm8mm50mmdbs400152 2、軸心受壓構件構造要點、軸心受壓構件構造要點2.2 2.2 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱截面形狀：截面形狀：圓形，多邊形截面尺寸截面尺寸：核心截面積Acor不小于2/3A縱筋縱筋：沿圓周均勻分布，截面積不小于0.5Acor,，且不大于5 Acor, ，配筋率s=As/Acor在13。2 2、軸心受壓構件構造要點、軸心受壓構件構造要點2.2 2.2 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱螺旋箍筋螺旋箍筋：直徑不小于1/4d且不小于8mm，一般采用812mm；間距不大

5、于1/5dcor；間距不大于80mm且不小于40mm，以便施工；換算截面面積As0不小于縱筋面積的25；配筋率s0=As0/Acor不小于0.81.0，也不大于2.53.0。螺旋箍筋換算截面面積螺旋箍筋換算截面面積A As0s0：將螺旋箍筋的截面積折算成相當的縱筋的截面積，即一圈螺旋箍筋的體積除以其間距。sdAAcorss0103 3、軸壓構件的破壞形態(tài)分析、軸壓構件的破壞形態(tài)分析軸壓構件按構件長細比不同，分為短柱和長柱。長細比：截面回轉半徑：rl0AIrc3 3、軸壓構件的破壞形態(tài)分析、軸壓構件的破壞形態(tài)分析3.13.1普通箍筋短柱普通箍筋短柱工作階段工作階段：開裂前：整個截面應變均勻分布開

6、裂后：柱中部四周混凝土表面出現微細裂縫破壞：出現明顯縱向裂縫，部分砼保護層剝落，箍筋間縱筋壓曲，向外凸出，砼壓碎破壞形態(tài)破壞形態(tài)：受壓破壞材料破壞：砼極限壓應變約0.002，柱中部橫向撓度很小破壞荷載破壞荷載：N初始受力sscuAfAfN3 3、軸壓構件的破壞形態(tài)分析、軸壓構件的破壞形態(tài)分析3.2 3.2 普通箍筋長柱普通箍筋長柱工作階段工作階段：軸力較?。喝孛媸軌狠S力較大：除軸向變形外，中部還產生較大橫向撓度，凹側壓應力較大，凸側較小。破壞：橫向撓度增加很快，表面有縱向裂縫，縱筋壓彎向外凸出，砼保護層剝落，凹側砼首先壓潰；凸側由受壓突然轉變?yōu)槭芾?，出現橫向裂縫。突然破壞。破壞形態(tài)破壞形態(tài)：

7、失穩(wěn)破壞破壞荷載破壞荷載：低于相同條件的短柱破壞荷載。3 3、軸壓構件的破壞形態(tài)分析、軸壓構件的破壞形態(tài)分析3.2 3.2 普通箍筋長柱普通箍筋長柱軸壓構件穩(wěn)定系數軸壓構件穩(wěn)定系數：考慮構件長細比增大的附加效應使構件承載力降低的計算系數。212,2012201210sdcdcrlAIrcsdcdcssdcdccslffEAlIffEAfAflIENNcslNN2021lcclIEN剛度折減系數13 3、軸壓構件的破壞形態(tài)分析、軸壓構件的破壞形態(tài)分析3.2 3.2 普通箍筋長柱普通箍筋長柱3 3、軸壓構件的破壞形態(tài)分析、軸壓構件的破壞形態(tài)分析3.2 3.2 普通箍筋長柱普通箍筋長柱長細比長細比：

8、矩形截面：b為矩形截面短邊 圓形截面：r為截面半徑 任意截面：i為最小截面回轉半徑計算長度計算長度：兩端固定：l00.5l 一端固定，一端鉸接：l00.7l 兩端鉸接：l01.0l 一端固定，一端自由：l02.0lilrlbl00023 3、軸壓構件的破壞形態(tài)分析、軸壓構件的破壞形態(tài)分析3.3 3.3 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱工作階段：工作階段：c0.002：和普通箍筋柱基本相同c0.0030.0035：縱筋屈服，砼保護層開始剝落，砼截面積減小，承載力略有下降；強化：核心砼受到螺旋筋的約束作用，處于三向受壓，砼強度和變形能力均提高，構件承載力提高，螺旋筋環(huán)向受拉；破壞：螺旋筋屈服，不能有效約束核心

9、砼橫向變形，砼壓碎，構件破壞。破壞形態(tài)：破壞形態(tài)：材料破壞：砼極限壓應變可達0.01以上。受壓破壞（復合應力狀態(tài)）3 3、軸壓構件的破壞形態(tài)分析、軸壓構件的破壞形態(tài)分析3.3 3.3 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱破壞荷載：破壞荷載：計算時只考慮核心混凝土：計算時只考慮核心混凝土：砼保護層在螺旋筋受到較大拉應砼保護層在螺旋筋受到較大拉應力時開裂脫落力時開裂脫落AcordcorsscorccuAfAfN3 3、軸壓構件的破壞形態(tài)分析、軸壓構件的破壞形態(tài)分析3.4 3.4 軸壓構件中鋼筋的作用軸壓構件中鋼筋的作用縱筋的作用縱筋的作用：協(xié)助混凝土受壓，減小構件截面尺寸；承擔可能存在的較小彎矩；減小持續(xù)壓應力下

10、砼收縮和徐變的影響。在恒載軸力長期作用下，砼產生徐變，由截面的變形協(xié)調，柱截面中壓應力發(fā)生重分布，由砼向鋼筋轉移，導致鋼筋壓應力不斷增長。故需規(guī)定最小配筋率，保證鋼筋壓應力不會在持續(xù)使用荷載下達到屈服。防止構件的突然脆性破壞，提高構件延性。普通箍筋的作用普通箍筋的作用：防止縱筋局部壓屈；與縱筋形成鋼筋骨架，便于施工。螺旋箍筋的作用螺旋箍筋的作用：使截面中間部分（核心）砼成為約束砼，有效限制核心砼的橫向變形，提高構件承載力和延性。4 4、軸壓構件承載力設計與復核、軸壓構件承載力設計與復核4.1 4.1 普通箍筋柱設計與復核普通箍筋柱設計與復核基本假定基本假定砼截面壓應力均布破壞時，砼和鋼筋應力均

11、達到材料極限抗壓強度基本圖式基本圖式基本公式基本公式考慮0.9的軸壓構件安全系數；當縱筋配筋率大于3，A取用混凝土截面凈面積。ssdcdudAfAfNN9.00fcdfsdAsNfsdAs4 4、軸壓構件承載力設計與復核、軸壓構件承載力設計與復核4.1 4.1 普通箍筋柱設計與復核普通箍筋柱設計與復核截面設計截面設計已知l0，fcd，fsd，Nd，初擬截面尺寸選取縱筋配筋率12，設穩(wěn)定系數1計算A：選尺寸，取整。設計As計算長細比，查得穩(wěn)定系數；求As：要求縱筋最小配筋率0.5（全部），0.2（一側）；不宜超過5。按構造要求選擇并布置鋼筋，若不滿足則修改截面尺寸。AfNfAcddsds9 .0

12、10ssdcddffNA9 .004 4、軸壓構件承載力設計與復核、軸壓構件承載力設計與復核4.1 4.1 普通箍筋柱設計與復核普通箍筋柱設計與復核截面復核截面復核已知截面尺寸， l0， As ，fcd，fsd，Nd，求Nu檢查構造計算縱筋配筋率，若配筋率大于3，A取凈截面，否則取毛截面按基本公式計算Nu要求滿足軸壓構件截面尺寸受限：可提高砼強度等級，增加縱筋配筋量，按普通箍筋柱計算或采用螺旋箍筋柱或焊接箍筋柱來提高構件承載力。duNN04 4、軸壓構件承載力設計與復核、軸壓構件承載力設計與復核4.2 4.2 螺旋箍筋柱設計與復核螺旋箍筋柱設計與復核sscorccuAfAfNcorsssdAf

13、20122kffccccorsscorcorsscorssAAfddAfsdAf2s44220201012螺旋箍筋換算截面積,010sdAAcorss，核心混凝土面積42corcordAsssscorcuAfAfkAfN20s2 fsAs01 fsAs012sdcor(c)4 4、軸壓構件承載力設計與復核、軸壓構件承載力設計與復核4.2 4.2 螺旋箍筋柱設計與復核螺旋箍筋柱設計與復核基本假定基本假定砼截面壓應力均布破壞時，砼、縱向鋼筋和箍筋應力均達到材料極限抗壓強度基本圖式基本圖式基本公式基本公式考慮0.9的軸壓構件安全系數；間接鋼筋影響系數k2.0(C50及以下)，k2.01.7(C50C

14、80)ssdssdcorcdudAfAkfAfNN9 .000fcdfsdAsNufsdAskfsdAso/Acor4 4、軸壓構件承載力設計與復核、軸壓構件承載力設計與復核4.2 4.2 螺旋箍筋柱設計與復核螺旋箍筋柱設計與復核橋規(guī)橋規(guī)有關規(guī)定有關規(guī)定Vu,螺旋1.5Vu,普通，以免保護層過早脫落。不考慮螺旋鋼筋影響而按普通箍筋柱計算：當l0/d 12， l0/b 14， l0/i 48時，因長細比較大，縱向彎曲引起螺旋筋不起作用；Vu,螺旋 Vu,普通 ，取Vu Vu,普通As00.25As，若不滿足設計成普通或調整（降低）s選擇螺旋箍筋直徑，計算As01計算s，取整（sdcor/5，且40mms80mm）ssdssdcorcdudAfAkfAfNN9 .000sdAAcorss0104 4、軸壓構件承載力設計與復核、軸壓構件承載力設計與復核4.2 4.2 螺旋箍筋柱設計與復核螺旋箍筋柱設計與復核截面復核截面復核已知截面尺寸， l0， As ，fcd，fsd， fsd， Nd，箍筋直徑和s，求Nu檢查構造驗算長細比和縱筋配筋率；按基本公式計算Nu；滿足檢查混凝土保護層是否較早剝落：duNN0，普通螺旋uuNN5 . 1, 8277作業(yè)：作業(yè)：作業(yè)一：現澆鋼筋混凝土軸心受壓構件，截面尺寸bh220mm280mm(圖53