砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力受壓構(gòu)

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

2、沿通縫的彎曲抗拉強(qiáng)度ftm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

3、，都會(huì)對(duì)砌體的承載力產(chǎn)生不利的影響。 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： NeAf,Nl,e Nl,e Nl,e Nl,fmfm,1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數(shù)e,1)我國試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)回歸公式(四川省建筑科學(xué)研究院),e,h,b,N,1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數(shù)e,2) 按材料力學(xué)概念，壓應(yīng)力圖形呈直線分布 從理

4、論上來說，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：,=fm,1.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,y,h,e Nl,1.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 N,1.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

5、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)力的平衡可得: 此即前蘇聯(lián)規(guī)范(CHII-22-81)所采用,N e0 y-e0,1.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)e,4)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)，并沒有考慮當(dāng)受拉區(qū)應(yīng)力退

6、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，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.軸心受壓長柱的承載力分析,(1)試驗(yàn)研究 細(xì)長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.軸心受壓長柱的承載力分析 (1)試驗(yàn)研究,以高厚比反映構(gòu)件長細(xì)比

7、構(gòu)件高厚比: =H0/h，=H0/t，=H0/Ht 構(gòu)件長細(xì)比： = H0/i 對(duì)矩形截面有：i2=I/A=h2/12 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，肉眼可見側(cè)向變形的存在,ei,N,H0,2.軸心受壓長柱的承載力分析 (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.軸心受壓長柱的承載力分析 (2)軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)0,2.軸心受壓長柱的承載力

8、分析 (2)軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)0,3.偏心受壓長柱的承載力分析,對(duì)于偏壓長柱，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，國內(nèi)提出了一些偏壓長柱的理論分析和計(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),ei,e0 N,H0,H0/2,e0 N,3.偏心受壓長柱的承載力分析 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) 如果長柱破壞取與偏壓短柱相同的截面應(yīng)力圖形，則長柱僅僅是較短柱增加了一個(gè)附加偏心距，

9、所以可以直接由短柱的計(jì)算公式過渡到長柱。 由短柱偏壓影響系數(shù)規(guī)范公式： 在長柱的情況下，應(yīng)以(e0+ei)代替式中的e0，則,3.偏心受壓長柱的承載力分析 (1)的確定采用附加偏心距法導(dǎo)出,長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

10、=0.3h(矩形截面)，因此修正系數(shù)就沒有必要乘，從而簡化了計(jì)算。,3.偏心受壓長柱的承載力分析 (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 當(dāng)為偏壓長柱時(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,h,b,N,4. 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6%，可靠指標(biāo)的降低不超過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)

11、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。,y,x,x,y,b,x,eb,eh,y,h,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