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文檔簡介
第5章受壓構(gòu)件正截面的性能與設(shè)計
Columns(Compressionmembers)軸心受壓偏心受壓承受以軸向壓力為主的構(gòu)件稱受壓構(gòu)件,或稱柱,如橋墩
軸心受壓構(gòu)件——縱向力作用線通過截面形心。在實際中,理想的軸壓受壓構(gòu)件很難找到,對荷載偏心較小時,忽略偏心的影響,按軸心受壓構(gòu)件進行設(shè)計。
5.1軸心受壓構(gòu)件承載力計算軸心受壓構(gòu)件根據(jù)其配筋形式可分為普通箍筋柱
螺旋箍筋柱
輕軌大坪車站設(shè)計單位:重慶交通科研設(shè)計院結(jié)構(gòu)設(shè)計:陳思甜結(jié)構(gòu)設(shè)計:陳思甜結(jié)構(gòu)設(shè)計:陳思甜5.1.1軸心受壓普通箍筋柱1.破壞特征短柱
長柱(1).短柱P→彈性階段→砼彈塑性→縱向微裂→裂縫擴展保護層剝落→縱筋壓屈(中等強度鋼筋屈服)→砼壓碎()。屬材料強度破壞
極限承載力
(2).長柱長柱通常在軸心壓力及彎矩的共同作用下發(fā)生破壞,可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。
長柱的歐拉臨界力
與材料的強度無關(guān)
引入折減系數(shù)(穩(wěn)定系數(shù))2.受壓承載力計算公式
——縱向彎曲穩(wěn)定系數(shù)
——全部縱向鋼筋的截面面積
A——構(gòu)件毛截面面積,當(dāng)縱筋配筋率大于3%時,改用
近似公式對于任意截面對于圓形截面拱圈計算長度:三鉸拱0.58La雙鉸拱0.54La無鉸拱0.36LaLa為拱軸線長度。3.構(gòu)造要點材料:混凝土一般為C25~40鋼筋HRB335、HRB400截面:方形、矩形、圓形、工形、T形、空心(箱形)短邊宜大于250mm,宜
縱筋直徑,凈距不應(yīng)小于50mm,中距不宜大于300mm,任一受力縱筋離角筋中心距離不大于150mm或15倍箍筋直徑,否則應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋。全部縱向鋼筋的配筋率不宜大于5%。箍筋直徑大于1/4縱筋直徑,且mm。間距不應(yīng)大于15d,不大于構(gòu)件短邊尺寸,并不大于400mm。當(dāng)縱筋配筋率超過3%時,箍筋直徑不應(yīng)小于8mm,間距不應(yīng)大于10d,并不大于200mm。
例5-1例5-25.1.2軸心受壓螺旋箍筋柱
1.受力特點
配有螺旋箍筋的短柱,核芯混凝土處于三向受壓,試驗結(jié)果表明,極限承載力和極限變形能力都有較大提高。具有較好的延性。
螺旋箍筋柱,被約束的混凝土軸心抗壓強度要提高定義螺旋箍筋換算面積(間接鋼筋面積)
2.規(guī)范計算公式為間接鋼筋對混凝土約束的折減系數(shù)混凝土?xí)r,混凝土?xí)r,按螺旋箍筋柱算得的承載力不應(yīng)大于按普通箍筋柱承載力的1.5倍下列情況之一,不應(yīng)考慮間接鋼筋的作用:1)時;2)小于按普通箍筋柱計算的承載力時;3)時。例5-35.2偏心受壓構(gòu)件正截面受力性能分析5.2.1破壞形態(tài)根據(jù)試驗結(jié)果,將偏心受壓分為兩類:
受拉破壞——大偏心受壓LargeEccentricity
受壓破壞——小偏心受壓SmallEccentricity1、受拉破壞——大偏心受壓破壞
破壞過程:屈服
裂縫及側(cè)向撓度急劇發(fā)展
受壓區(qū)混凝土壓碎,屈服。屬延性破壞。類似適筋受彎件破壞特征。2、受壓破壞——小偏壓
屬脆性破壞,類似超筋梁
受拉破壞及受壓破壞,截面平均應(yīng)變近似符合平截面假定。受壓邊緣混凝土極限壓應(yīng)變
5.2.2界限破壞受拉鋼筋屈服的同時,受壓混凝土即達到其極限壓應(yīng)變
大偏壓
小偏壓
5.2.3偏壓構(gòu)件M——N相關(guān)曲線及長細比影響
a點:受彎構(gòu)件承載力b點:界限破壞,構(gòu)件承擔(dān)的彎矩最大c點:軸心受壓構(gòu)件承載力小偏壓軸力N越大,承擔(dān)的彎矩M越小大偏壓
軸力N越大,承擔(dān)的彎矩M越大
5.2.4附加偏心距,初始偏心距工程中實際存在著:荷載作用位置的不確定性混凝土質(zhì)量的不均勻性施工偏差等可能產(chǎn)生附加彎矩取較大值M應(yīng)計入二階效應(yīng)影響5.2.5偏心受壓長柱的二階彎矩
1)兩端彎矩相等5.2.6重力二階效應(yīng)的考慮
二階效應(yīng)又稱P-δ效應(yīng)偏心受壓構(gòu)件中由軸向壓力在產(chǎn)生了撓曲變形的桿件內(nèi)引起的曲率和彎矩增量。不考慮P-δ效應(yīng)的條件:對于長細比滿足時同一主軸方向的桿端彎矩比由彈性穩(wěn)定理論分析結(jié)果彎矩二階效應(yīng)增大值與桿件兩端彎矩相對值有關(guān),考慮混凝土的非彈性性能偏壓構(gòu)件截面曲率修正系數(shù)5.3矩形截面非對稱配筋偏心受壓構(gòu)件
5.3.1基本公式及適用條件1.基本假定平截面假定;不考慮拉區(qū)混凝土的作用;
受壓混凝土的極限壓應(yīng)變:C50以下
C50~C80混凝土壓應(yīng)力簡化為等效矩形圖形。
2.基本公式(1)受拉破壞
AsNasaieeexh0bsAsAAs(2)受壓破壞
根據(jù)平截面假定推得:
近似公式
適用條件
AsNasaseh0bsAsAAseeix工程中,過小,且較小時,全截面受壓,受壓屈服,不屈服。
對合力點取矩
AsNasash0sAsAAseeieh物理形心b計算表明,當(dāng)時才需按上式進行驗算5.3.3.矩形截面非對稱配筋截面設(shè)計
(1)1.大偏心受壓例題5-4(2)例題5-52.小偏心受壓按兩種情形計算a.為了使混凝土和鋼筋充分發(fā)揮作用,總用鋼量較小整理得出:
解出
(,)式中
(2)例題5-75.3.4矩形截面非對稱配筋截面承載力復(fù)核1.彎矩作用平面內(nèi)
初判按大偏心受壓計算
按小偏心受壓計算
(1)大偏壓對N作用點取矩解出x
當(dāng)(2)小偏壓
N作用在以外對N作用點取矩解出
N作用在與之間
解出
當(dāng),部分截面受壓
當(dāng),全截面受壓,取
偏心距過小的情況
按教材計算臨界偏心距,取代入大偏壓基本公式2.垂直于彎矩作用平面
按軸心受壓構(gòu)件驗算例題5-85.4矩形截面對稱配筋偏壓構(gòu)件
在實際工程中,構(gòu)件可能承受異號彎矩,在兩者數(shù)值相差不大時,為了構(gòu)造簡單,施工方便,宜采用對稱配筋。
1、大偏壓
可得
屬大偏壓
代入
若
2、小偏壓
代入下列基本公式
解得,
取
代入上式計算例5-9例5-10例5-11矩形截面對稱配筋偏壓構(gòu)件計算曲線5.5工字形截面偏心受壓構(gòu)件
一.大偏壓時時,按矩形截面偏壓構(gòu)件計算。
對稱配筋
適用條件:
適用條件:
二.小偏壓
對于過小
對合力點取矩
適用條件:
對稱配筋時
例5-12例5-13圓形截面
對于圓形截面偏壓構(gòu)件,鋼筋沿周邊均勻布置,一般至少6根。
等效鋼環(huán)
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