32砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力(受壓構(gòu)件)課件

1、二、受壓構(gòu)件受壓構(gòu)件是砌體結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的構(gòu)件，如墻、柱等構(gòu)件。按軸向壓力在截面上作用位置的不同，受壓構(gòu)件分為軸心受壓、偏心受壓；按墻柱高厚比的不同，分為受壓短柱、受壓長(zhǎng)柱。受壓構(gòu)件承載力計(jì)算公式系半經(jīng)驗(yàn)半理論公式，其形式非常簡(jiǎn)潔： N=fA 其中系數(shù)稱為承載力影響系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料得到，是受壓構(gòu)件承載力計(jì)算的關(guān)鍵。本節(jié)將著重對(duì)e、0、進(jìn)行分析。1.偏壓短柱的承載力分析(1)試驗(yàn)研究軸心受壓短柱的受力性能與破壞機(jī)理在第一章已作討論，對(duì)于偏壓短柱，其受力機(jī)理有以下特點(diǎn)：1)隨偏心距e的增大，截面上的應(yīng)力分布不斷發(fā)生變化。e較小時(shí)，如eh/6，截面上出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到沿通縫的彎曲抗拉強(qiáng)

2、度f(wàn)tm時(shí)，出現(xiàn)水平裂縫。 (P27圖3.3b)隨e的進(jìn)一步增大，水平裂縫不斷開(kāi)展，受壓面積不斷減小，邊緣壓應(yīng)力與壓應(yīng)變迅速增大。當(dāng)壓應(yīng)變達(dá)到極限值時(shí)，砌體受壓破壞。 (P27圖3.3c)1.偏壓短柱的承載力分析(1)試驗(yàn)研究2)偏壓砌體截面上的應(yīng)力呈曲線形分布。當(dāng)砌體受壓接近破壞時(shí)，由于砌體的塑性性質(zhì)，截面應(yīng)力出現(xiàn)了重分布。因此砌體偏壓時(shí)，不能采用材料力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算。3)偏壓對(duì)砌體的承載力具有不利和有利雙重影響，其影響因素目前尚不能分別予以確定，而采用一個(gè)綜合性系數(shù)，即砌體偏心影響系數(shù)e加以考慮。不利影響：砌體開(kāi)裂后，截面受壓區(qū)面積減小，截面上應(yīng)力分布的不均勻等，都會(huì)對(duì)砌體的承載力產(chǎn)生不利

3、的影響。有利影響：另一方面，由于受壓區(qū)截面面積的形心與荷載作用線之間的距離減小，以及局部受壓面積上砌體抗壓強(qiáng)度有所提高，這些都會(huì)對(duì)砌體的承載力產(chǎn)生有利的影響。1.偏壓短柱的承載力分析(1)試驗(yàn)研究4)以軸心受壓時(shí)的應(yīng)力分布為基礎(chǔ)，考慮偏心影響系數(shù)的不利影響后，可以得出砌體偏壓短柱承載力的基本計(jì)算公式： NeAfNle Nl e Nl e Nlfmfm1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數(shù)e1)我國(guó)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)回歸公式(四川省建筑科學(xué)研究院)ehbN1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數(shù)e2) 按材料力學(xué)概念，壓應(yīng)力圖形呈直線分布從理論上來(lái)說(shuō)，如果已知截面上的應(yīng)力分布及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，偏心影

4、響系數(shù)e是可以直接推求的。對(duì)于彈性范圍內(nèi)的砌體偏心受壓，受壓區(qū)應(yīng)力分布可假定為直線分布，由材料力學(xué)公式得： =fm1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數(shù)e按材料力學(xué)概念a.當(dāng)e較小時(shí)(eh/6)，全截面受壓，邊緣最大壓應(yīng)力為yh e Nl1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數(shù)e按材料力學(xué)概念b.當(dāng)e較大時(shí)(eh/6)，受拉區(qū)開(kāi)裂，部分截面退出工作，假設(shè)不計(jì)截面的拉應(yīng)力(拉應(yīng)力很小)，按力的平衡條件(矩形截面)可得：h h e N1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數(shù)e按材料力學(xué)概念b.當(dāng)e較大時(shí)若將受壓區(qū)視為軸心受壓，應(yīng)力圖形為矩形(如圖)，對(duì)于截面為矩形的偏壓構(gòu)件，根據(jù)力的平衡可

5、得:此即前蘇聯(lián)規(guī)范(CHII-22-81)所采用 N e0 y-e01.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數(shù)e壓應(yīng)力圖形按曲線分布3)湖南大學(xué)公式適合于矩形截面砌體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為忽略砌體抗拉強(qiáng)度，根據(jù)平截面假定，可以推得偏心受壓構(gòu)件截面的應(yīng)力圖形為曲線分布。根據(jù)內(nèi)外力平衡條件可求得： 進(jìn)行修正后，近似有1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數(shù)e4)公式的比較材料力學(xué)公式所得e曲線最低，并且需要分當(dāng)e較小及當(dāng)e較大兩種情況，公式不連續(xù)，其壓應(yīng)力圖形呈直線分布也只是一種假設(shè)，并沒(méi)有考慮當(dāng)受拉區(qū)應(yīng)力退出工作，受壓區(qū)應(yīng)力的重分布。前蘇聯(lián)規(guī)范公式所得e曲線其次。規(guī)范公式及湖大公式與試驗(yàn)值吻合較好

6、，但是湖大公式僅適用于矩形截面，而規(guī)范公式則是符合各種截面形狀試驗(yàn)結(jié)果的試驗(yàn)公式。2.軸心受壓長(zhǎng)柱的承載力分析(1)試驗(yàn)研究細(xì)長(zhǎng)柱與高薄墻承受軸心壓力時(shí)，由于偶然偏心的影響，往往會(huì)產(chǎn)生側(cè)向變形(撓度)，并導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生縱向彎曲(以附加偏心距ei考慮)，而降低其承載力。引起偶然偏心的因素：幾何偏心：軸向力作用點(diǎn)與截面形心不完全對(duì)中物理偏心：由于構(gòu)件材料性質(zhì)不均勻而導(dǎo)致的幾何偏心偶然偏心側(cè)向變形縱向彎曲附加偏心距ei考慮2.軸心受壓長(zhǎng)柱的承載力分析 (1)試驗(yàn)研究以高厚比反映構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比 構(gòu)件高厚比: =H0/h，=H0/t，=H0/Ht 構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比： = H0/i 對(duì)矩形截面有：i2=I/A=h2/

7、12 故有：= H0/i=12(H0/h)2=122試驗(yàn)表明： 3時(shí)，應(yīng)考慮縱向彎曲； ，縱向彎曲影響越顯著； 12，肉眼可見(jiàn)側(cè)向變形的存在eiNH02.軸心受壓長(zhǎng)柱的承載力分析 (1)試驗(yàn)研究縱向彎曲對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的影響較混凝土結(jié)構(gòu)大塊材與灰縫勻質(zhì)性差，整體性較差，附加偏心距ei產(chǎn)生的幾率大；E砂漿E塊材規(guī)范以穩(wěn)定系數(shù)0來(lái)考慮縱向彎曲對(duì)軸心受壓承載力的影響。并以附加偏心距ei加以考慮。2.軸心受壓長(zhǎng)柱的承載力分析 (2)軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)02.軸心受壓長(zhǎng)柱的承載力分析 (2)軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)03.偏心受壓長(zhǎng)柱的承載力分析對(duì)于偏壓長(zhǎng)柱，需要考慮偏心距e對(duì)承載力的影響(偏心影響系數(shù)e)；另外還需要考慮

8、縱向彎曲產(chǎn)生的附加偏心距ei的影響(軸壓穩(wěn)定系數(shù)0)，計(jì)算中以考慮。在符合試驗(yàn)結(jié)果的前提下，國(guó)內(nèi)提出了一些偏壓長(zhǎng)柱的理論分析和計(jì)算公式，主要有：試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法相關(guān)公式法(通過(guò)壓彎構(gòu)件材料力學(xué)公式導(dǎo)出)附加偏心距法(88規(guī)范方法) eie0 NH0H0/2e0N3.偏心受壓長(zhǎng)柱的承載力分析 的確定附加偏心距法的考慮因素：e0和ei(同時(shí)考慮偏心與縱向彎曲)如果長(zhǎng)柱破壞取與偏壓短柱相同的截面應(yīng)力圖形，則長(zhǎng)柱僅僅是較短柱增加了一個(gè)附加偏心距，所以可以直接由短柱的計(jì)算公式過(guò)渡到長(zhǎng)柱。 由短柱偏壓影響系數(shù)規(guī)范公式： 在長(zhǎng)柱的情況下，應(yīng)以(e0+ei)代替式中的e0，則3.偏心受壓長(zhǎng)柱的承載力分析 (1)的確

9、定采用附加偏心距法導(dǎo)出長(zhǎng)柱的偏壓承載力按下式計(jì)算：附加偏心距ei可以根據(jù)下列邊界條件確定，即e0=0時(shí)，=0，0即為軸心受壓的縱向彎曲系數(shù)。以e0=0代入上式：3.偏心受壓長(zhǎng)柱的承載力分析 (1)的確定采用附加偏心距法導(dǎo)出3.偏心受壓長(zhǎng)柱的承載力分析 (2)的確定計(jì)算公式的修正由于ei隨e0的增大而加大，且試驗(yàn)表明的計(jì)算公式在e0.3h時(shí)符合較好，而當(dāng)e0.3h時(shí)，計(jì)算值偏高，故需修正：而新規(guī)范規(guī)定偏心距 e00.6y=0.3h(矩形截面)，因此修正系數(shù)就沒(méi)有必要乘，從而簡(jiǎn)化了計(jì)算。3.偏心受壓長(zhǎng)柱的承載力分析 (3)的確定計(jì)算公式涵蓋了e和0當(dāng)為軸壓時(shí)，e=0，=0當(dāng)為短柱時(shí)，ei=0，=e

10、當(dāng)為偏壓長(zhǎng)柱時(shí)，包涵了e和0另需指出，值與f2、e有關(guān)(P29表等)4. 受壓構(gòu)件承載力的計(jì)算4. 受壓構(gòu)件承載力的計(jì)算hbN4. 受壓構(gòu)件承載力的計(jì)算(4)軸向力偏心距e的確定及其限值 e=M/N0.6y由標(biāo)準(zhǔn)值該為設(shè)計(jì)值后，承載力的降低不超過(guò)6%，可靠指標(biāo)的降低不超過(guò)5.5%。并且新規(guī)范可靠度水平已經(jīng)提高，偏心距限值更嚴(yán)(e0.6y)，所以新規(guī)范該為設(shè)計(jì)值計(jì)算以減少工作量。5.雙向偏壓構(gòu)件為新規(guī)范新增內(nèi)容，是工程上可能遇到的受力型式。湖南大學(xué)(施楚賢、劉桂秋)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分析了偏心距對(duì)砌體受力性能和破壞特征的影響，并提出了承載力計(jì)算公式。(1)受力性能和破壞特征試驗(yàn)表明，偏心距eh、eb的大小(如圖)，對(duì)砌體豎向裂縫與水平裂縫的出現(xiàn)、發(fā)展及破壞形態(tài)有著不同的影響。yxxybxebehyh雙向偏壓示意圖N續(xù)： (1)受力性能和破壞特征當(dāng)兩個(gè)方向的偏心距均很小時(shí)，即偏心率eh/h0.2、eb/b0.2時(shí)，砌體從受力、開(kāi)裂以至破壞，均類似于軸心受壓構(gòu)件的三個(gè)受力階段。當(dāng)一個(gè)方向的偏心距很大(偏心率達(dá)0.4)，一個(gè)方向的偏心距很小(偏心率小于0.1)時(shí)，砌體的受力性能與單向偏心受壓構(gòu)件類似。當(dāng)兩個(gè)方向的偏心率達(dá)0.20.3時(shí)，砌體內(nèi)的水平裂縫和豎向裂縫幾乎同時(shí)出現(xiàn)。當(dāng)兩個(gè)方向的偏心率達(dá)0.30.4時(shí)，砌體內(nèi)的水平裂縫較豎向裂縫出現(xiàn)早。試驗(yàn)結(jié)果還表明，砌體接近破壞時(shí)，截面四個(gè)邊緣