水工鋼筋混凝土結構學課件第五章.

1、第五章第五章 鋼筋砼受壓構件承載鋼筋砼受壓構件承載力計算力計算 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 概 述 第五章第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算鋼筋砼受壓構件承載力計算受壓構件分為軸心受壓和偏心受壓。受壓構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件是沒有的。我國規(guī)范實際工程中真正的軸心受壓構件是沒有的。我國規(guī)范對偏心很小可略去不計，構件按軸心受壓計算。對偏心很小可略去不計，構件按軸心受壓計算。 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 概 述水電站廠房柱水電站廠房柱 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 概 述工作橋的支承排架工作橋的支承排

2、架 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 概 述 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.1 受壓構件的構造要求一、截面形式和尺寸一、截面形式和尺寸v采用采用方形或方形或矩形截面，矩形截面，截面長邊布在彎矩作用方向，截面長邊布在彎矩作用方向，長短邊比值長短邊比值1.51.52.52.5。也可。也可采用采用T T形、形、工字形截面。工字形截面。樁常用圓形截面。樁常用圓形截面。v截面尺寸不宜過小，截面尺寸不宜過小，水工建筑現(xiàn)澆立柱邊長水工建筑現(xiàn)澆立柱邊長 300mm300mm。v截面邊長截面邊長 800mm，50mm為模數(shù)，邊長為模數(shù)，邊長 800mm，以，以100mm為模數(shù)。為模數(shù)。 二、砼二、砼v受

3、壓構件承載力主要取決于砼強度，應采用強度等級受壓構件承載力主要取決于砼強度，應采用強度等級較高的砼，如較高的砼，如C20C20、C25 C25 、C30C30或更高?；蚋?。第一節(jié)第一節(jié) 受壓構件的構造要求受壓構件的構造要求 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.1 受壓構件的構造要求 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.1 受壓構件的構造要求三、縱向鋼筋三、縱向鋼筋v作用：作用：協(xié)助砼受壓；協(xié)助砼受壓；承擔彎矩。承擔彎矩。 常用常用IIII級、級、IIIIII級。不宜用高強鋼筋，不宜級。不宜用高強鋼筋，不宜 用冷拉鋼筋用冷拉鋼筋。直徑直徑 12mm12mm，常用直徑，常用直徑121232m

4、m32mm。現(xiàn)澆時縱筋凈距現(xiàn)澆時縱筋凈距 50mm50mm，最大間距，最大間距 350mm350mm。長邊長邊 600mm600mm，中間設，中間設101016mm16mm縱向構造鋼縱向構造鋼 筋，間距筋，間距 500mm500mm。 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.1 受壓構件的構造要求v受壓鋼筋數(shù)量不能過少。規(guī)范規(guī)定：受壓鋼筋數(shù)量不能過少。規(guī)范規(guī)定：I I級鋼：級鋼： 偏壓構件受壓或受拉筋偏壓構件受壓或受拉筋配筋率配筋率 0.25( (柱柱) )或或0.200.20( (墻墻) )；II II 、IIIIII級、級、LL550LL550級鋼：級鋼： 偏壓構件受壓或受拉筋偏壓構件受壓或

5、受拉筋配筋率配筋率 0.200.20( (柱柱) )或或0.150.15( (墻墻) )； 軸心受壓構件：軸心受壓構件：全部縱筋配筋率全部縱筋配筋率 0.4 0.4。v縱筋不宜過多，合適配筋率縱筋不宜過多，合適配筋率0.82.0。 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.1 受壓構件的構造要求 四、箍筋四、箍筋v作用：作用：阻止縱筋受壓向外凸，阻止縱筋受壓向外凸，防止砼保護層剝落；防止砼保護層剝落；約束砼；約束砼；抗剪?？辜?。v箍筋應為封閉式。箍筋應為封閉式。v縱筋綁扎搭接長度內箍縱筋綁扎搭接長度內箍筋要加密。筋要加密。v箍筋直徑和間距箍筋直徑和間距 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.1 受

6、壓構件的構造要求v截面有內折角時箍筋的布置截面有內折角時箍筋的布置v基本箍筋和附加箍筋基本箍筋和附加箍筋 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.2 軸心受壓構件正截面承載力計算 第二節(jié)第二節(jié) 軸心受壓構件正截面承載力計算軸心受壓構件正截面承載力計算試件為配有縱筋和箍筋的試件為配有縱筋和箍筋的短柱短柱。柱全截面受壓，壓應變均勻。柱全截面受壓，壓應變均勻。鋼筋與砼共同變形，壓應變保持一樣。鋼筋與砼共同變形，壓應變保持一樣。cfyf一、試驗結果一、試驗結果荷載較小，砼和鋼筋應力比符合彈模比。荷載較小，砼和鋼筋應力比符合彈模比。荷載加大，應力比不再符合彈模比。荷載加大，應力比不再符合彈模比。荷載長期持

7、續(xù)作用，砼徐變發(fā)生，砼與鋼筋之間引起荷載長期持續(xù)作用，砼徐變發(fā)生，砼與鋼筋之間引起應力重分配。應力重分配。破壞時，砼的應力達到破壞時，砼的應力達到 ，鋼筋應力達到，鋼筋應力達到 。N初始受力N混凝土自由徐變c,0NN鋼筋施加Nc,0鋼筋施加NNcc,0cN 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.2 軸心受壓構件正截面承載力計算 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.2 軸心受壓構件正截面承載力計算不同箍筋短柱的荷載不同箍筋短柱的荷載應變圖應變圖 A不配筋的素砼短柱；不配筋的素砼短柱；B配置普通箍筋的鋼筋砼短柱；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。配置螺旋箍筋的鋼筋砼短柱。普通

8、鋼箍柱螺旋鋼箍柱 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.2 軸心受壓構件正截面承載力計算長柱不僅發(fā)生壓縮變形，還發(fā)生長柱不僅發(fā)生壓縮變形，還發(fā)生縱向彎曲縱向彎曲。 長柱破壞荷載小于短柱，柱子越細長小得越多。長柱破壞荷載小于短柱，柱子越細長小得越多。 用用穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù) 表示長柱承載力較短柱的降低。表示長柱承載力較短柱的降低。 短長uuN/N普通箍筋短柱正截面極限承載力普通箍筋短柱正截面極限承載力 sccuAfAfNy Nu破壞時的極限軸向力；破壞時的極限軸向力； Ac砼截面面積；砼截面面積； A s全部縱向受壓鋼筋截面面積。全部縱向受壓鋼筋截面面積。 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.2

9、 軸心受壓構件正截面承載力計算影響影響 值的主要因素為長細比值的主要因素為長細比l0/b 。 vl0/b8的稱為短柱。的稱為短柱。v實際工程構件計算長度實際工程構件計算長度l0取值可參考規(guī)范取值可參考規(guī)范。v長細比限制在長細比限制在l0/b 3030，l0/h 2525。 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.2 軸心受壓構件正截面承載力計算二、普通箍筋柱的計算二、普通箍筋柱的計算 0sA N軸力設計值軸力設計值(包括包括 和和 值在內值在內)；A構件截面面積；構件截面面積； 全部縱筋的截面面積；全部縱筋的截面面積； 軸壓構件的穩(wěn)定系數(shù)。軸壓構件的穩(wěn)定系數(shù)。)(11sycdudAfAfNN 基

10、本公式：基本公式： 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.3 偏心受壓構件正截面承載力計算 (一一)第一類破壞情況第一類破壞情況受拉破壞受拉破壞v偏心距較大，偏心距較大， As配筋合適。配筋合適。v破壞特征是破壞特征是受拉鋼筋應力先達到受拉鋼筋應力先達到屈服屈服，然后壓區(qū)砼被壓碎，受壓筋，然后壓區(qū)砼被壓碎，受壓筋應力一般也達到屈服，與配筋量適應力一般也達到屈服，與配筋量適中的雙筋受彎構件的破壞相類似。中的雙筋受彎構件的破壞相類似。v破壞有預兆，屬延性破壞。破壞有預兆，屬延性破壞。v也稱為大偏心受壓破壞也稱為大偏心受壓破壞 。 第三節(jié)第三節(jié) 偏心受壓構件正截面承載力計算偏心受壓構件正截面承載力計

11、算偏心受壓構件的破壞形態(tài)與偏心受壓構件的破壞形態(tài)與偏心距偏心距e0和和縱向鋼筋配筋率縱向鋼筋配筋率有關。有關。 一、試驗結果一、試驗結果 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.3 偏心受壓構件正截面承載力計算 (二二)第二類破壞情況第二類破壞情況受壓破壞受壓破壞v破壞特征是破壞特征是受壓砼先達到極限應變受壓砼先達到極限應變而壓壞，而壓壞， As未達到未達到屈服，屈服，破壞具有脆性性質，也稱為破壞具有脆性性質，也稱為“小偏心受壓破壞小偏心受壓破壞”。 e0很小，全部受壓很小，全部受壓 e0稍大，小部分受拉稍大，小部分受拉e0較大，拉筋過多較大，拉筋過多v個別情況，個別情況， e0極小，極小，As

12、配置過少，配置過少，破壞可能在距軸向力較遠一側發(fā)生。破壞可能在距軸向力較遠一側發(fā)生。 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.3 偏心受壓構件正截面承載力計算二、矩形截面偏心受壓構件的計算二、矩形截面偏心受壓構件的計算v基本假定同受彎構件。基本假定同受彎構件。v承載力計算的基本公式：承載力計算的基本公式： )(11sssycdudAAfbxfNN)()2(1100ahAfxhbxfeNNesycdudahee20 N軸向力設計值軸向力設計值(包括包括 和和 值在內值在內)； 受拉邊或受壓較小邊鋼筋的應力；受拉邊或受壓較小邊鋼筋的應力； e0軸向力對截面重心的偏心距，軸向力對截面重心的偏心距，e0

13、MN。0s 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.3 偏心受壓構件正截面承載力計算受拉側受拉側鋼筋應力鋼筋應力 s sssEEs)18.0(0033.0根據(jù)平截面假定根據(jù)平截面假定 00hxscc1100hxcs 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.3 偏心受壓構件正截面承載力計算中和軸正好通過中和軸正好通過As位置，位置，bysf8 .08 .0 , 即即 時，取時，取 ； ，即，即 時，取時，取 = 。syfbysfsyf b 6 . 1syf 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。00hx 第五章

14、鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.3 偏心受壓構件正截面承載力計算三、相對界限受壓區(qū)計算高度三、相對界限受壓區(qū)計算高度b根據(jù)平截面假定，根據(jù)平截面假定，受拉筋屈服受拉筋屈服與與受壓區(qū)砼邊緣受壓區(qū)砼邊緣 cu同時達到時，同時達到時，相對界限受壓區(qū)計算高度：相對界限受壓區(qū)計算高度：bbsybEf0033.018.0大偏心受壓破壞大偏心受壓破壞小偏心受壓破壞小偏心受壓破壞兩種偏心受壓破壞的界限兩種偏心受壓破壞的界限 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.3 偏心受壓構件正截面承載力計算四、偏心受壓構件縱向彎曲的考慮四、偏心受壓構件縱向彎曲的考慮v長細比大的偏壓構件，承載力比短柱低。長細比大的偏壓構件，承

15、載力比短柱低。v縱向彎曲產生附加偏心距縱向彎曲產生附加偏心距f ，實際偏心距，實際偏心距增大為增大為 e0 +f 。 0000)1 (eeeffe撓度曲線撓度曲線xlfy0sin撓度和曲率的關系撓度和曲率的關系220lf偏心距增大系數(shù)。偏心距增大系數(shù)。 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.3 偏心受壓構件正截面承載力計算212000)(140011hlhev作用：偏心距增大系數(shù)，考慮長柱偏心受壓時的縱向彎曲作用：偏心距增大系數(shù)，考慮長柱偏心受壓時的縱向彎曲使偏心距加大的影響。使偏心距加大的影響。v各符號的含義：各符號的含義：12：考慮小偏壓破壞的影響，大偏壓時：考慮小偏壓破壞的影響，大偏壓時

16、：考慮長細比的影響：考慮長細比的影響：11150hl12v公式適用范圍：公式適用范圍：3080hl長柱長柱80hl短柱短柱1300hl細長柱，公式不再適用。細長柱，公式不再適用。v公式原理：以破壞截面曲率為主要參數(shù)。公式原理：以破壞截面曲率為主要參數(shù)。v考慮因素：考慮因素：e0 ， l0 /h ，破壞形態(tài)，長細比，砼徐變。，破壞形態(tài)，長細比，砼徐變。五五. .矩形截面偏心受壓構件的矩形截面偏心受壓構件的截面設計及承載力復核截面設計及承載力復核大小偏心受壓的實用判別準則大小偏心受壓的實用判別準則若若 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

17、況計算，按小偏心受壓情況計算（一）大偏心受壓（受拉破壞）（一）大偏心受壓（受拉破壞） ahee20 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.3 偏心受壓構件正截面承載力計算)(10sysycdAfAfbhfN)(1020ahAfbhfNesyscd（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?可取可取x= bh0得得若若Asr rmin bh0?取取As= r rmin bh0，按，按As為已為已知情況計算。知情況計算。 第五章 鋼筋砼

18、受壓構件承載力計算 5.3 偏心受壓構件正截面承載力計算)(020ahfbhfNeAysbcdsydsybcsfNAfbhfA0（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， s h，取，取x=h；（2）如）如x bh0，按大偏壓重算；，按大偏壓重算；（3）若）若 1.61.6b ，取，取 s= - fy 及及 =1.61.6b ，再解算。，再解算。 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.3 偏心受壓構件正截面承載力計算v當當As一側砼可能先達到受壓破壞。一側砼可能先達到受壓破壞。對對As取矩，可得：取矩，可得：)()5.0(00ahfhhbhfeNrAycdse=0.5h-a-e0, h0=h-a0bhfNcd小偏壓還需驗算垂直彎矩作用平面的軸心受壓承載力。小偏壓還需驗算垂直彎矩作用平面的軸心受壓承載力。（三）矩形截面偏心受壓構件（三）矩形截面偏心受壓構件承載力復核承載力復核 第五章 鋼筋砼受壓構件承載力計算 5.3 偏心受壓構件正截面承載力計算eAfeAfxhebxfsysyc)2(0（1 1）求）求x（先按大偏心受壓計算）（先按大偏心受壓計算）(2)當當x bh0時，大偏心受壓時，大