鋼筋混凝土受壓受拉構(gòu)件PPT課件

1、第1頁/共40頁第2頁/共40頁4.2.1 4.2.1 鋼筋砼軸心受壓構(gòu)件的承載力計算鋼筋砼軸心受壓構(gòu)件的承載力計算在實際結(jié)構(gòu)中，理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎是不存在的。通常由于施工制造的誤差、荷載作用位置的偏差、混凝土的不均勻性等原因，往往存在一定的初始偏心距。但有些構(gòu)件，如以恒載為主的等跨多層房屋的內(nèi)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(gòu)件計算。普通鋼箍柱螺旋鋼箍柱普通鋼箍柱：箍筋的作用？縱筋的作用？螺旋鋼箍柱螺旋鋼箍柱：箍筋的形狀為圓形，且間距較密，其作用？第3頁/共40頁第4頁/共40頁縱筋的作用： 協(xié)助混凝土受壓受壓鋼筋最小配筋率：0.4% (單側(cè)0.2%)承擔(dān)彎矩作

2、用減小持續(xù)壓應(yīng)力下混凝土收縮和徐變的影響。實驗表明，收縮和徐變能把柱截面中的壓力由混凝土向鋼筋轉(zhuǎn)移，從而使鋼筋壓應(yīng)力不斷增長。壓應(yīng)力的增長幅度隨配筋率的減小而增大。如果不給配筋率規(guī)定一個下限，鋼筋中的壓應(yīng)力就可能在持續(xù)使用荷載下增長到屈服應(yīng)力水準(zhǔn)。第5頁/共40頁普通鋼箍柱普通鋼箍柱軸心受壓短柱sycsuAfAfN軸心受壓長柱suluNN suluNN穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù) 主要與柱的長細(xì)比l0/b有關(guān))(9 . 0sycuAfAfNN折減系數(shù) 0.9是考慮初始偏心的影響，以及主要承受恒載作用的軸壓受壓柱的可靠性。第6頁/共40頁4.2.2 偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài) =M=N e0NAssANe0As

3、sA壓彎構(gòu)件 偏心受壓構(gòu)件AssAh0aab第7頁/共40頁=M=N e0NAssANe0AssA壓彎構(gòu)件 偏心受壓構(gòu)件偏心距e0=0時當(dāng)e0時，即N=0偏心受壓構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài)界于軸心受壓構(gòu)件和受彎構(gòu)件。AssAh0aab第8頁/共40頁偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)與偏心受壓構(gòu)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(guān)有關(guān)1.受拉破壞受拉破壞 fyAs fyAsNMM較大，N較小偏心距e0較大 fyAs fyAsNAs配筋合適第9頁/共40頁截面受拉側(cè)混凝土較早出現(xiàn)裂縫，As的應(yīng)力隨荷載增加發(fā)展較快，首先達(dá)到屈服。此后，裂縫迅速開展，受壓區(qū)高度減小。最后受壓側(cè)鋼筋A(yù)

4、s 受壓屈服，壓區(qū)混凝土壓碎而達(dá)到破壞。這種破壞具有明顯預(yù)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(cè)鋼筋。形成這種破壞的條件是：偏心距e0較大，且受拉側(cè)縱向鋼筋配筋率合適，通常稱為大偏心受壓。 fyAs fyAsN受拉破壞受拉破壞第10頁/共40頁2.受壓破壞產(chǎn)生受壓破壞的條件有兩種情況： 當(dāng)相對偏心距e0/h0較小 sAs fyAsN或雖然相對偏心距e0/h0較大，但受拉側(cè)縱向鋼筋配置較多時 sAs fyAsNAs太多第11頁/共40頁 截面受壓側(cè)混凝土和鋼筋的受力較大。而受拉側(cè)鋼筋應(yīng)力較小。當(dāng)相對偏心距e0/h0很小時，受拉側(cè)還可能出現(xiàn)受壓情況。截面最后是

5、由于受壓區(qū)混凝土首先壓碎而達(dá)到破壞。承載力主要取決于壓區(qū)混凝土和受壓側(cè)鋼筋，破壞時受壓區(qū)高度較大，受拉側(cè)鋼筋未達(dá)到受拉屈服，破壞具有脆性性質(zhì)。第二種情況在設(shè)計應(yīng)予避免，因此受壓破壞一般為偏心距較小的情況，故常稱為小偏心受壓。受壓破壞產(chǎn)生受壓破壞的條件有兩種情況：當(dāng)相對偏心距e0/h0較小?；螂m然相對偏心距e0/h0較大，但受拉側(cè)縱向鋼筋配置較多時。 sAs fyAsN sAs fyAsNAs太多第12頁/共40頁受拉破壞受拉破壞 受壓破壞受壓破壞第13頁/共40頁二、偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算二、偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計算偏心受壓正截面受力分析方法與受彎情況是相同的，偏心受壓正截面受力分析

6、方法與受彎情況是相同的，即仍采用以即仍采用以平截面假定平截面假定為基礎(chǔ)的計算理論。為基礎(chǔ)的計算理論。根據(jù)混凝土和鋼筋的應(yīng)力根據(jù)混凝土和鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，即可分析截面應(yīng)變關(guān)系，即可分析截面在壓力和彎矩共同作用下受力全過程。在壓力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(yīng)力圖。受壓區(qū)混凝土采用等效矩形應(yīng)力圖。等效矩形應(yīng)力圖等效矩形應(yīng)力圖的強(qiáng)度為的強(qiáng)度為a a fc，等效矩形應(yīng)力圖的高，等效矩形應(yīng)力圖的高度與中和軸高度的比值為度與中和軸高度的比值為b b 。第14頁/共40頁1.1.受拉破壞和受壓

7、破壞的界限受拉破壞和受壓破壞的界限即即受拉鋼筋屈服受拉鋼筋屈服與與受壓區(qū)混凝土邊緣極限壓應(yīng)變受壓區(qū)混凝土邊緣極限壓應(yīng)變e ecu同時達(dá)到。同時達(dá)到。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。scuybEfeb1第15頁/共40頁當(dāng) b時 sysycuAfAfbxfNa fyAs fyAsNM當(dāng) b時 sAs fyAsNM sssycuAAfbxfNa)22(xhbxfMcua)2(ahAfsy)2(ahAfsy)22(xhbxfMcua)2(ahAss)2(ahAfsy受拉破壞(大偏心受壓)受壓破壞(小偏心受壓)

8、第16頁/共40頁2.受拉一側(cè)的鋼筋應(yīng)力 s由平截面假定可得ncunsxxhee0ecuesxnh0) 1/(0hxEcussbex=b xns=Eses) 1(becusE第17頁/共40頁受拉一側(cè)的鋼筋應(yīng)力 sncunsxxhee0ecuesxnh0) 1() 1/(0bebecuscussEhxEx=b xns=Eses為避免采用上式出現(xiàn) x 的三次方程bbbysfecueyxnbh0考慮：當(dāng) = b， s=fy；當(dāng) =b b， s=0第18頁/共40頁3.3.附加偏心距和偏心距增大系數(shù)附加偏心距和偏心距增大系數(shù) 由于施工誤差、計算偏差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

9、構(gòu)件。為考慮這些因素的不利影響，引入附加偏心距，即在正截面壓彎承載力計算中，偏心距取計算偏心距e0=M/N與附加偏心距ea之和，稱為初始偏心距ei。aieee0 參考以往工程經(jīng)驗和國外規(guī)范，附加偏心距ea取20mm與h/30 兩者中的較大值，此處h是指偏心方向的截面尺寸。（1）附加偏心距第19頁/共40頁（2）偏心距增大系數(shù)由于側(cè)向撓曲變形，軸向力將由于側(cè)向撓曲變形，軸向力將產(chǎn)生產(chǎn)生二階效應(yīng)二階效應(yīng)，引起附加彎矩。，引起附加彎矩。對于長細(xì)比較大的構(gòu)件，二階對于長細(xì)比較大的構(gòu)件，二階效應(yīng)引起附加彎矩不能忽略。效應(yīng)引起附加彎矩不能忽略。圖示典型偏心受壓柱，跨中側(cè)圖示典型偏心受壓柱，跨中側(cè)向撓度為向

10、撓度為 f 。對跨中截面，軸力對跨中截面，軸力N的的偏心距偏心距為為ei + f ，即跨中截面的彎矩，即跨中截面的彎矩為為 M =N ( ei + f )。在截面和初始偏心距相同的情在截面和初始偏心距相同的情況下，柱的況下，柱的長細(xì)比長細(xì)比l0/h不同，不同，側(cè)向撓度側(cè)向撓度 f 的大小不同，影響的大小不同，影響程度會有很大差別，將產(chǎn)生不程度會有很大差別，將產(chǎn)生不同的破壞類型。同的破壞類型。elxfysin f y xeieiNNN eiN ( ei+ f )le第20頁/共40頁MNN0M0NusNuseiNumNumeiNum fmNulNul eiNul fl對于對于長細(xì)比長細(xì)比l0/h

11、8的的短柱短柱。側(cè)向撓度側(cè)向撓度 f 與初始偏心距與初始偏心距ei相比很小。相比很小。柱跨中彎矩柱跨中彎矩M=N(ei+f ) 隨軸隨軸力力N的增加基本呈線性增長。的增加基本呈線性增長。直至達(dá)到截面承載力極限狀直至達(dá)到截面承載力極限狀態(tài)產(chǎn)生破壞。態(tài)產(chǎn)生破壞。對短柱可忽略撓度對短柱可忽略撓度f影響。影響。第21頁/共40頁MNN0M0NusNuseiNumNumeiNum fmNulNul eiNul fl長細(xì)比長細(xì)比l0/h =830的的中長柱中長柱。f 與與ei相比已不能忽略。相比已不能忽略。f 隨軸力增大而增大，柱跨中隨軸力增大而增大，柱跨中彎矩彎矩M = N ( ei + f ) 的增長

12、速的增長速度大于軸力度大于軸力N的增長速度。的增長速度。即即M隨隨N 的增加呈明顯的非線的增加呈明顯的非線性增長。性增長。雖然最終在雖然最終在M和和N的共同作用下達(dá)到截面承載力極限狀態(tài)，但軸的共同作用下達(dá)到截面承載力極限狀態(tài)，但軸向承載力明顯低于同樣截面和初始偏心距情況下的短柱。向承載力明顯低于同樣截面和初始偏心距情況下的短柱。因此，對于中長柱，在設(shè)計中應(yīng)考慮附加撓度因此，對于中長柱，在設(shè)計中應(yīng)考慮附加撓度 f 對彎矩增大的影對彎矩增大的影響。響。第22頁/共40頁MNN0M0NusNuseiNumNumeiNum fmNulNul eiNul fl長細(xì)比長細(xì)比l0/h 30的長柱的長柱側(cè)向撓

13、度側(cè)向撓度 f 的影響已很大的影響已很大在未達(dá)到截面承載力極限狀在未達(dá)到截面承載力極限狀態(tài)之前，側(cè)向撓度態(tài)之前，側(cè)向撓度 f 已呈已呈不不穩(wěn)定穩(wěn)定發(fā)展發(fā)展即柱的軸向荷載最大值發(fā)生在即柱的軸向荷載最大值發(fā)生在荷載增長曲線與截面承載力荷載增長曲線與截面承載力Nu- -Mu相關(guān)曲線相交之前相關(guān)曲線相交之前這種破壞為失穩(wěn)破壞，應(yīng)進(jìn)這種破壞為失穩(wěn)破壞，應(yīng)進(jìn)行專門計算行專門計算第23頁/共40頁偏心距增大系數(shù)iiiefefe1 2/022lxdxyd1020lf 0017. 025. 10033. 00hb0 . 17 . 22 . 01ie0hscee，hl0201. 015. 1，)140011 (2

14、1200hlheCim取h=1.1h0elxfysin f y xeieiNNlel0202lf2010lf017 .1711h第24頁/共40頁4.對稱配筋截面對稱配筋截面實際工程中，受壓構(gòu)件常承受變號彎矩作用，當(dāng)彎矩數(shù)值相實際工程中，受壓構(gòu)件常承受變號彎矩作用，當(dāng)彎矩數(shù)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(chǎn)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(chǎn)生差錯，故有時為方便施工或?qū)τ谘b配式構(gòu)件，也采用對稱配筋。對于裝配式構(gòu)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

15、軸力為時的軸力為Nb=a a fcb bh0。)()2(00ahAfxhbxfeNAfAfbxfNsycsysycaa因此，除要考慮偏心距大小外，還要根據(jù)軸力大?。∟ Nb）的情況判別屬于哪一種偏心受力情況。第25頁/共40頁(1)當(dāng) eieib.min=0.3h0，且N Nb時，為大偏心受壓 x=N /a a fcb)()2(00ahAfxhbxfeNAfAfbxfNsycsysycaa)()5 . 0(00ahfxhbxfNeAAycssa若x=N /a a fcbeib.min=0.3h0，但N Nb時，為小偏心受壓)()2(00ahAfxhbxfeNAfAfbxfNNsycsbysyc

16、uabbababbcsysyhbfNAfAf)(0由第一式解得)()5 . 01 (0020ahhbfNbhfNecbbcbbabab代入第二式得這是一個 的三次方程，設(shè)計中計算很麻煩。為簡化計算，如前所說，可近似取a as= (1-0.5 )在小偏壓范圍的平均值，2/ 5 . 0)5 . 01 (bbsa代入上式第27頁/共40頁bcbcscbbhfahbhfNebhfNabaaa00200)()()5 . 01 (020ahfbhfNeAAycssa由前述迭代法可知，上式配筋實為第二次迭代的近似值，與精確解的誤差已很小，滿足一般設(shè)計精度要求。對稱配筋截面復(fù)核的計算與非對稱配筋情況相同。第2

17、8頁/共40頁（一）截面設(shè)計1、大、小偏心受壓的判斷n 界限破壞時的軸力：Nb=a a1 bfcbh0 。當(dāng) b ，為大偏心受壓；當(dāng) b ， 為小偏心受壓。2、大偏心受壓（公式簡化為6-15和6-12）n 計算步驟:1）計算相對受壓區(qū)高度 ；2）計算鋼筋面積并驗算配筋率。 注：若第一步求出的 2a s/h0，則假定受壓區(qū)重心在近側(cè)鋼筋重心處。3、小偏心受壓（公式為6-11和6-12、6-13）n 計算步驟:1）計算相對受壓區(qū)高度 （公式6-19a、6-19b或6-20） ；2）計算鋼筋面積并驗算配筋率。三、矩形截面對稱配筋的計算方法第29頁/共40頁 已知偏心矩e0或已知M，求受壓承載力N。

18、計算步驟：先假定為大偏壓，采用大偏壓計算公式計算 。（1）若計算2a2a s s/h/h0 0 b b ，假定正確，按公式計算N。（2）若計算2a2as s /h/h0 0 ，說明受壓鋼筋不屈服，按公式計算N（3）若計算 b ，說明假定不正確，按小偏壓公式計算N注：求偏心矩增大系數(shù) 時，采用保守公式6-20計算 1。)(0ssyahAfN（二）受壓承載力復(fù)核第30頁/共40頁sssycAAfbhfNa01)()5 . 01 (0201ssycahAfbhfNaybsfbb1101bhfNca)()5 . 01 (0201ssycahAfbhfNa對稱配筋計算公式對稱配筋計算公式大偏壓計算公式小偏壓計算公式第31頁/共40頁 eie a a1fcfyAs s As AsAs bas xh0hasN)(0ssyahAfeNv對受壓鋼筋重心求矩第32頁/共40頁（一）材料選擇：1、混凝土：選擇強(qiáng)度等級較高的混凝土，C20C50。2、鋼筋：不宜選擇高強(qiáng)鋼筋，HRB335、HRB400。（二）截面形式和截面尺寸1、形式：矩形、圓形、I形。2、尺寸：最小高度、剛度要求。（三）縱向鋼筋：鋼筋直徑及間距、布置、配筋率等。（四）箍筋：鋼筋直徑及間距、布置、配箍率等。受壓構(gòu)件的一般構(gòu)造第33頁/共40頁4.3 鋼筋混凝土受拉構(gòu)件第34頁/共4