型鋼混凝土柱設(shè)計及構(gòu)造要求PPT139頁

1、型鋼混凝土柱設(shè)計及構(gòu)造要求 第一部分：型鋼混凝土柱軸心受壓受力性能及承載力計算 第二部分：型鋼混凝土柱正截面壓彎承載力計算 第三部分：型鋼混凝土柱斜截面承載力計算 第四部分：型鋼混凝土構(gòu)件構(gòu)造要求型鋼混凝土柱設(shè)計及構(gòu)造要求第一部分型鋼混凝土軸壓柱受力性能及承載力計算 1型鋼混凝土柱受力性能 2軸心受壓柱的破壞特點 3型鋼混凝土軸心受壓構(gòu)件承載力計算的基本原則 4軸心受壓柱的承載力計算1、型鋼混凝土柱受力性能o 受力狀態(tài)：軸壓(Axial Compression)壓彎(Combined Compression and Uniaxial Bending) or (Combined Compress

2、ion and Biaxial Bending)o 特點：軸壓力的存在對柱的受力性能起著重要的作用。o 軸壓、偏壓狀態(tài)下的柱，承載力極限狀態(tài)有兩種形式：失穩(wěn)破壞材料破壞2、軸心受壓型鋼混凝土柱破壞形態(tài)o 試驗表明：型鋼軸心受壓構(gòu)件的受力特性和破壞過程和普通鋼筋混凝土柱基本一致。型鋼部分和混凝土部分的壓應(yīng)變基本相等。o 破壞過程：加載型鋼和混凝土協(xié)同工作縱筋/型鋼屈服出現(xiàn)縱向裂縫裂縫貫通，形成小柱而破壞o 與鋼筋混凝土軸壓構(gòu)件比較：相同處：縱筋壓屈（型鋼壓屈）不同處：型鋼與混凝土之間的粘結(jié)滑移o 型鋼與混凝土之間粘結(jié)滑移對承載力的影響：粘結(jié)滑移的增大，對型鋼砼柱軸心受壓柱的承載力沒有明顯影響，即

3、砼能達(dá)到fc(軸心抗壓強(qiáng)度)。o 原因分析：二者粘結(jié)力較差，易產(chǎn)生裂縫；型鋼翼緣與腹板間的砼受約束，抗壓能力提高。最終表現(xiàn)為不利因素和有利因素的影響相互抵消。2、軸心受壓型鋼混凝土柱破壞形態(tài)3、承載力計算的基本原則o 型鋼砼軸壓柱(短柱)的破壞形態(tài)與鋼筋砼柱的破壞形態(tài)基本相同。型鋼與砼的變形基本上是一致的，因此可以用強(qiáng)度疊加原理來計算其極限承載力。o 長柱的極限承載力計算可以在短柱計算的基礎(chǔ)上建立起來，與鋼筋砼長柱采用的方法相同。slNN3、承載力計算的基本原則o 箍筋作用的考慮：型鋼混凝土柱中的箍筋和橫向鋼筋對核心砼有約束作用，并且有助于砼和型鋼的變形協(xié)調(diào)。但是，矩形箍筋對提高砼的承載力作用

4、不明顯，所以在計算正截面承載力時不考慮。o 局部屈曲問題（Local buckling）:由于砼對型鋼的約束，試驗中均未發(fā)現(xiàn)型鋼有局部屈曲現(xiàn)象，因此在設(shè)計中可以不予考慮。4、型鋼混凝土柱軸心受壓承載力計算式中：fc為砼的軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計值；Ac為砼的凈截面積；Ass為型鋼的有效凈截面面積，即應(yīng)扣除因空洞削弱的部分；As為縱向受壓鋼筋的截面面積；fy為縱向鋼筋的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；fs為型鋼的抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；為型鋼砼柱的穩(wěn)定系數(shù)；其中，穩(wěn)定系數(shù)根據(jù) l0/i 的值由表1確定。 l0為柱的計算長度，可根據(jù)柱兩端的支承情況，按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2002)取用， i為最小回轉(zhuǎn)半徑。4、

5、型鋼混凝土柱軸心受壓承載力計算4、型鋼混凝土柱軸心受壓承載力計算其他方法1 轉(zhuǎn)成純鋼結(jié)構(gòu)計算（鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題）2 轉(zhuǎn)成鋼結(jié)構(gòu)，但考慮混凝土存在的影響第二部分型鋼混凝土偏壓柱正截面壓彎承載力計算 1偏心受壓柱的受力性能 2偏心受壓柱破壞形態(tài) 3正截面壓彎承載力計算 4例題 5其他1、偏壓型鋼混凝土柱的受力性能o偏心受壓柱承受軸力N和彎矩M的共同作用，是一種壓彎復(fù)合受力構(gòu)件。因此它既具有受壓構(gòu)件的性能，又具有受彎構(gòu)件的性能。對于一般偏心受壓柱，偏心距e0=M/N是影響其受力性能的一個重要因素。此外，由于彎矩的存在，柱將產(chǎn)生側(cè)向撓曲。側(cè)向撓曲變形，對柱的每一個截面來說是不等的。側(cè)向撓曲變形的發(fā)生，

6、將使軸向力的偏心距在初始偏心距的基礎(chǔ)上有所增大。同時，截面所受彎矩也必然增大，即在初始彎矩的基礎(chǔ)上增加了一個附加彎矩。由于側(cè)向撓曲變形沿柱高是變化的，所以各截面增加的附加彎矩，也隨之變化。顯然對撓曲變形最大的臨界截面影響最大。1、偏壓型鋼混凝土柱的受力性能o附加彎矩與柱兩端的支承情況有關(guān)，與柱的高度有關(guān)以及與柱截面的剛度有關(guān)，因此柱的長細(xì)比l l0 0/i /i（或l l0 0/b/b，l l0 0/d/d）也將對柱的受力行為有明顯影響。其中，l l0 0為柱的計算長度，i i為柱的最小回轉(zhuǎn)半徑。對于長細(xì)比較大的柱，其二階效應(yīng)的影響是不可忽略的。o偏心距e0的大小，實際反映了偏心受壓構(gòu)件中M與

7、N的影響大小。偏心距很小時，軸力的影響占主導(dǎo)地位，其受力性能、破壞形態(tài)與軸心受壓構(gòu)件比較接近。偏心距較大時，彎矩起主要作用，其受力性能、破壞形態(tài)與受彎構(gòu)件比較接近。1、偏壓型鋼混凝土柱的受力性能o因此根據(jù)試驗，對型鋼砼偏心受壓柱的正截面破壞形態(tài)分為小偏心受壓破壞（受壓破壞）和大偏心受壓破壞（受拉破壞），而這兩類破壞的界限狀態(tài)可稱為界限破壞。o由于在型鋼混凝土柱中，實腹型鋼腹板是在柱截面高度內(nèi)連續(xù)分布的（普通鋼筋混凝土柱的受拉鋼筋和受壓鋼筋集中配置在柱截面的某一高度處）。因此型鋼混凝土柱沒有典型的界限破壞。鋼筋混凝土：大小偏壓的界限破壞特征是在遠(yuǎn)離軸向力一側(cè)鋼筋應(yīng)力達(dá)到其屈服強(qiáng)度的同時靠近軸力一

8、側(cè)混凝土邊緣的壓應(yīng)變也剛好達(dá)到極限壓應(yīng)變。2、型鋼混凝土柱受壓破壞和受拉破壞比較3、型鋼混凝土柱偏壓承載力計算（1）簡單疊加法計算正截面偏壓承載力。（2）基于平截面假定的計算方法（1）簡單疊加法計算正截面偏壓承載力1）此方法僅適用于型鋼和鋼筋均為雙向?qū)ΨQ布置的方形或矩形型鋼混凝土柱正截面受彎承載力驗算。2）對于型鋼或者鋼筋為非對稱配置的型鋼混凝土柱，可偏于安全地將非對稱截面置換成對稱截面，然后采用簡單疊加法進(jìn)行正截面偏壓承載力驗算。（1）簡單疊加法計算正截面偏壓承載力o 型鋼混凝土偏壓構(gòu)件正截面承載力計算的一般疊加法表達(dá)式：o 簡化疊加法的基本思路：配置型鋼后截面承載力不足的部分由鋼筋混凝土截

9、面承擔(dān)，或反之鋼筋混凝土截面承載力不足的部分由型鋼截面承擔(dān)。uaRcuaRcNNNMMM（1）簡單疊加法計算正截面偏壓承載力o 計算步驟：1.先設(shè)定柱內(nèi)型鋼（或外包混凝土內(nèi)縱筋）的截面面積，然后按照下面兩種情況計算（下一張幻燈片）。分別計算出外包鋼筋混凝土部分（或型鋼部分）所承擔(dān)的軸力和彎矩設(shè)計值。2.分別進(jìn)行外包鋼筋混凝土（或型鋼）截面設(shè)計及承載力計算。然后加以比較，取兩種情況下所得型鋼和縱筋的較小截面面積，作為設(shè)計結(jié)果。（1）簡單疊加法計算正截面偏壓承載力o第一種情況：假定軸向力主要由外包鋼筋混凝土部分承擔(dān)，采用鋼筋混凝土部分的軸心受壓承載力NRc,c0作為判別指標(biāo)。對于在設(shè)計值N和M作用

10、下的型鋼混凝土構(gòu)件，按其軸力設(shè)計值大小，再分為兩種狀態(tài)： , 0, 000Rc tRc caRcRcaNNNMMNNMMMa且型鋼僅承受彎矩混凝土部分設(shè)計值, 0, 0( )Rc caRc caNbNNNNMM鋼筋混凝土部分僅承受軸力型鋼部分設(shè)計值（1）簡單疊加法計算正截面偏壓承載力o第二種情況：假定軸向力主要由柱內(nèi)型鋼承擔(dān)，采取型鋼部分的軸心受壓承載力Na,c0作為判別指標(biāo)。對于在設(shè)計值N和M作用下的型鋼混凝土構(gòu)件，按其軸力設(shè)計值大小，再分為兩種狀態(tài)： , 0, 0, 0, 0a ta cRc aaaRc uNNNMMNNMMMa且鋼筋混凝土部分僅承受彎矩型鋼部分設(shè)計值, 0, 0( )a

11、cRca cRcNNNNNMMb型鋼截面僅承受軸力鋼筋混凝土部分設(shè)計值（1）簡單疊加法計算正截面偏壓承載力o型鋼部分承載力計算：型鋼截面軸心受壓承載力；型鋼截面受純彎承載力；型鋼截面壓、彎承載力。o混凝土部分承載力計算：鋼筋混凝土部分的軸心受壓承載力；鋼筋混凝土部分受純彎承載力；鋼筋混凝土部分偏壓承載力（按GB50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范計算，其中計算受壓區(qū)混凝土的截面面積，應(yīng)扣除其中型鋼的截面面積）。（2）基于平截面假定的計算方法：計算假定（2）基于平截面假定的計算方法：偏心距增大系數(shù)o 對二階矩影響的考慮：我國及世界上大多數(shù)國家的規(guī)范都是以偏心距增大系數(shù)來考慮。一方面計算比較簡單

12、，另一方面概念比較直接明了。 式中: f 表示在二階矩的作用下柱的附加撓度。表示柱在承載能力極限狀態(tài)下的截面曲率，為與沿柱高曲率分布有關(guān)的系數(shù)。21200140011KKhlhe式中：K1為考慮偏心率影響的系數(shù)，K2為考慮長細(xì)比影響的系數(shù)，10.5/1cKf A N101015102hl.K實際上，一般的柱子 l0/h15，可不考慮長細(xì)比的影響，即取 K2=1.0；對于大偏心受壓柱，極限曲率與界限曲率比較接近，可不考慮偏心率的影響，即取 K1=1.0。o 此外，在偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算中，還要考慮到由于荷載位置的不確定性、材料的不均勻性和施工誤差引起的附加偏心距ea，其值取20mm和偏心

13、方向截面尺寸的1/30兩者中的大值。o 最后，截面的初始偏心距為0iaeee（2）基于平截面假定的計算方法：初始偏心距（2）基于平截面假定的計算方法：偏壓承載力計算型鋼混凝土柱偏壓承載力計算簡圖型鋼混凝土柱偏壓承載力計算簡圖（2）基于平截面假定的計算方法：偏壓承載力計算10002cysaafaafawacysssafaawNa f bxf Af AANxNea f bx hf A haf AhaM1 0201122221201212011111,2121,2awwaawwahxhxNt h fMt h f當(dāng)時o 偏壓承載力計算公式（非抗震設(shè)計）1 020112222101221011,1,2a

14、wwaaawwahxhxNt h fMt h f當(dāng)時條件1：保證型鋼受壓翼緣屈服條件2：保證極限狀態(tài)下型鋼受拉翼 緣、受拉鋼筋屈服腹板受壓腹板有壓有拉o根據(jù)平截面假定，此時截面的界限受壓區(qū)高度為：o當(dāng)混凝土強(qiáng)度不超過C50時，參數(shù)取0.8，C80時候取為0.74，其間線性插值112 0.003byasffE（2）基于平截面假定的計算方法：計算條件o 柱截面受拉邊或者受壓較小邊的縱向鋼筋應(yīng)力計算方法。（2）基于平截面假定的計算方法：計算條件00110110,bsyaabysbaabxhffxhfxhfxh當(dāng)時，為大偏心受壓構(gòu)件，當(dāng)時，為小偏心受壓構(gòu)件：4、例題型鋼混凝土柱正截面設(shè)計o簡化疊加法o基于平截面假定的計算方法5、其他類型o 雙向偏壓柱：承受軸向壓力和雙向彎矩的角柱和縱、橫向框架的共有柱o 一般方法：（1）不考慮地震作用00,0,ssrccycussrcxcy xcu xssrcycy ycu yNNNMMMMMM,0,xy,xy,xyxysssscy xcy yrcrccu xcu yNMMMMMM型鋼混凝土柱承受的軸力設(shè)計值型鋼混凝土柱承受的繞 軸和 軸的彎矩設(shè)計值型鋼部分繞 和 軸的受彎承載力鋼筋混凝土部分繞 和 軸的受彎承載力結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程冶金部鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件破壞過程bhAsANcNc混凝