鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算.ppt

1、第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,受壓構(gòu)件的基本構(gòu)造要求 軸心受壓構(gòu)件的正截面承載力 偏心受壓構(gòu)件的正截面承載力計(jì)算,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,受壓構(gòu)件是鋼混結(jié)構(gòu)中最常見的構(gòu)件之一。 如框架柱、墻、拱、樁、橋墩、煙囪、桁架壓桿、水塔筒壁等。受壓構(gòu)件除需滿足承載力計(jì)算要求外，還應(yīng)滿足相應(yīng)的構(gòu)造要求。,圖5-2 軸心受壓與偏心受壓構(gòu)件 （a）軸心受壓 （b）單向偏心受壓 （c）雙向偏心受壓,構(gòu)件以承受軸向壓力為主,通常還有彎矩和剪力作用,受壓構(gòu)件分為：軸心受壓構(gòu)件、偏心受壓構(gòu)件。 偏壓構(gòu)件分為：單向偏壓構(gòu)件、雙向偏壓構(gòu)件,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，理想的軸

2、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(jì)算。,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,軸壓構(gòu)件：方形、圓形截面； 偏壓構(gòu)件：矩形、工形截面。（偏心力應(yīng)沿長邊布置）,5.1.1截面形式與尺寸,受壓構(gòu)件截面尺寸滿足最小尺寸的要求,圖5-3 受壓構(gòu)件截面形式,5.1 受壓構(gòu)件的一般構(gòu)造,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)

3、受壓構(gòu)件的抗壓承載力影響很大，特別對(duì)于軸心受壓構(gòu)件。為了充分利用混凝土承壓，節(jié)約鋼材，減小構(gòu)件截面尺寸，受壓構(gòu)件宜采用較高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，一般情況下受壓構(gòu)件采用C25以上等級(jí)的混凝土。,5.1.2 混凝土,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,5.1.3 縱向鋼筋 1.作用：承擔(dān)縱向壓力、防止構(gòu)件突然脆裂破壞、增強(qiáng)構(gòu)件的延性，減小混凝土不勻質(zhì)引起的不利影響、承擔(dān)拉力等。 2. 級(jí)別：HRB335和HRB400或RRB400級(jí)鋼筋做為縱向受力鋼筋，采用HPB300級(jí)鋼筋做為箍筋 3. 直徑：不宜小于12mm，一般在16mm32mm范圍內(nèi)。 3. 根數(shù)：矩形截面中，縱向受力鋼筋根數(shù)不得少于4根，

4、 圓形截面 4. 布置：軸心受壓構(gòu)件沿構(gòu)件截面周邊均勻布置；偏壓構(gòu)件布置在垂直于彎矩作用方向的兩個(gè)對(duì)邊。,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,5. 用量：需滿足最小配筋率的要求并不超過5%。 6. 構(gòu)造鋼筋：當(dāng)h600mm時(shí)，應(yīng)沿長邊設(shè)置縱向構(gòu)造鋼筋，并相應(yīng)地配置復(fù)合箍筋或拉筋。 7.凈間距：不應(yīng)小于50mm，中距不宜大于300mm。,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,5.1.4 箍筋 1. 作用：固定縱向鋼筋，給縱向鋼筋提供側(cè)向支點(diǎn)，防止縱向鋼筋受壓彎曲，抵抗柱中也起到水平剪力。 2. 形式：封閉式 3. 間距：s15d（綁扎骨架） 或20d（焊接骨架） （ dmin） s 400mm

5、; sb （截面的短邊尺寸） 4. 直徑：dsvd/4 (dmax)， 且 dsv6mm。 5. 復(fù)合箍筋：b 400mm，且各邊縱筋多于 四根時(shí)；或當(dāng)b 400mm且各邊縱筋多于3根 時(shí)， 應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋。,圖5-4 受壓構(gòu)件 的鋼筋骨架,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,當(dāng)柱截面短邊尺寸大于400mm且各邊縱向鋼筋多于3根時(shí)，或當(dāng)柱截面短邊尺寸不大于400mm但各邊縱向鋼筋多于4根時(shí)，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,在實(shí)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

6、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(jì)算。,5.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,普通箍筋柱及螺旋箍筋柱,5.2.1 短柱的試驗(yàn)研究,圖5-6 短柱的破壞形態(tài),第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,強(qiáng)度破壞,5.2.2 長柱軸心受壓構(gòu)件的承載力降低現(xiàn)象,圖5-8 長柱破壞形態(tài),第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,失穩(wěn)破壞,5.2.2. 軸心受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算,穩(wěn)定系數(shù)j 與柱的長細(xì)比 l0/b有關(guān)。,圖5-9 計(jì)算簡圖,Nu,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載

7、力計(jì)算,偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)與偏心距e0和縱向鋼筋配筋率有關(guān),圖5-10 偏心受壓構(gòu)件,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,5.3.1 破壞特征,1. 受拉破壞：偏心距e0較大，且As配筋合適,受拉側(cè)混凝土較早出現(xiàn)裂縫，As的應(yīng)力首先達(dá)到屈服強(qiáng)度。 裂縫迅速開展，受壓區(qū)高度減小。 受壓側(cè)鋼筋A(yù)s 受壓屈服，壓區(qū)混凝土壓碎而達(dá)到破壞。 延性破壞，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。,圖5-11 大偏心受壓構(gòu)件破壞形態(tài),第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,2. 受壓破壞：偏心距e0較小，或偏心距e0較大但As配筋過多時(shí),圖5-

8、12 小偏心受壓構(gòu)件破壞形態(tài),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 截面最后是由于受壓區(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(shí)受壓區(qū)高度較大，遠(yuǎn)側(cè)鋼筋可能受拉也可能受壓，破壞具有脆性性質(zhì)。 受壓破壞一般為偏心距較小的情況，故常稱為小偏心受壓。,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,3. 受拉破壞和受壓破壞的界限 即受拉鋼筋屈服與受壓區(qū)混凝土邊緣極限壓應(yīng)變ecu同時(shí)達(dá)到。 與適筋梁和超筋梁的界限情況類似。 相對(duì)界限受壓區(qū)高度仍為:,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,若b構(gòu)件受拉破壞（大偏心受壓構(gòu)件） 若b構(gòu)件受壓破壞（小偏心受壓構(gòu)件）,

9、根據(jù)平截面假定：,將x=0.8x0 及s代入s=Ess,為避免采用上式出現(xiàn) x 的三次方程，采用近似的計(jì)算公式,考慮：當(dāng)x =xb，ss=fy；,當(dāng)x =0.8 ，s=0,5.3.2 受拉鋼筋應(yīng)力ss,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,x0,圖5-13 截面假定,5.3.4 偏心距增大系數(shù), 由于側(cè)向撓曲變形，軸向力將產(chǎn)生二階效應(yīng)，引起附加彎矩。 對(duì)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。 對(duì)跨中截面，軸力N的偏心距為e0 + f ，即跨中截面的彎矩為 M =N ( e0 + f )。,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,圖5-14 偏心受壓長柱的縱向彎曲影響,因此，在計(jì)算鋼筋

10、混凝土偏心受壓構(gòu)件時(shí)，應(yīng)考慮長細(xì)比對(duì)承載力降低的影響，具體方法是將軸向壓力對(duì)截面重心的初始偏心距eo乘以偏心距影響系數(shù)，根據(jù)大量理論分析及試驗(yàn)結(jié)果，規(guī)范給出偏心距增大系數(shù)的計(jì)算公式：,對(duì)于lo/h8的短柱，可不考慮縱向彎曲的影響，取=1。,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,5.4.1不對(duì)稱配筋截面設(shè)計(jì) 1. 大偏心受壓（受拉破壞）（e00.3h0）,1）基本公式,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,5.4 矩形截面正截面承載力設(shè)計(jì)計(jì)算,2ax bh0,2）公式適用條件,圖5-15 大偏心受壓構(gòu)件計(jì)算簡圖,情況1：As和As均未知時(shí),3. 計(jì)算步驟：,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,

11、兩個(gè)基本方程中有三個(gè)未知數(shù)，As、As和 x，可取,x=xbh0,得,情況1： As為已知時(shí),當(dāng)As已知時(shí)，兩個(gè)基本方程有二個(gè)未知數(shù)As 和 x，有唯一解。 先由第二式求解x，若x 2a，則可將代入第一式得,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,2. 小偏心受壓（受壓破壞）（e00.3h0）,1）基本公式,圖5-17 小偏心受壓構(gòu)件計(jì)算簡圖,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,5.2.2 截面承載力復(fù)核 進(jìn)行承載力復(fù)核時(shí)，一般已知截面尺寸、配筋量、混凝土強(qiáng)度等級(jí)及鋼筋品種，構(gòu)件計(jì)算長度、以及構(gòu)件需要承受的軸向力設(shè)計(jì)值

12、N和偏心距、要求復(fù)核截面的承載力是否安全，或是在已知N值時(shí)，求所能承受的彎矩設(shè)計(jì)值M（過程略）。,，,，,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,5.4.2對(duì)稱配筋截面 實(shí)際工程中，受壓構(gòu)件常承受變號(hào)彎矩作用，當(dāng)彎矩?cái)?shù)值相差不大，可采用對(duì)稱配筋。 采用對(duì)稱配筋不會(huì)在施工中產(chǎn)生差錯(cuò)，故有時(shí)為方便施工或?qū)τ谘b配式構(gòu)件，也采用對(duì)稱配筋。 對(duì)稱配筋截面，即 ，其界限破壞狀態(tài)時(shí)的軸力為 若 時(shí)，為小偏心受壓構(gòu)件； 若 時(shí)，為大偏心受壓構(gòu)件；,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,1. 大偏心受壓 求出受壓區(qū)高度 計(jì)算鋼筋用量 如 ，對(duì)受壓鋼筋合力點(diǎn)取矩,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,2. 小偏心受

13、壓構(gòu)件,在小偏心的情況下，遠(yuǎn)離縱向力一側(cè)的鋼筋不屈服，且,將,、,及,代入基本公式中，可以得到對(duì)稱配筋小偏心受壓基本計(jì)算公式，解聯(lián)立方程時(shí)，需求解的三次方程，求解十分困難。必須簡化，對(duì)于常用材料的強(qiáng)度，以 代入，可得近似公式：,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,及,均應(yīng)滿足最小配筋率及構(gòu)造要求。,對(duì)稱配筋截面承載能力的復(fù)核略,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,對(duì)于給定截面、材料強(qiáng)度和配筋的偏心受壓構(gòu)件，達(dá)到承載能力極限狀態(tài)時(shí)，截面配筋承受的壓力是相互關(guān)聯(lián)的，在進(jìn)行構(gòu)件截面配筋時(shí)，往往要考慮多種內(nèi)力組合，研究N和M的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以判斷出哪些內(nèi)力組合對(duì)截面起控制作用，從而選擇最危險(xiǎn)的內(nèi)力組合

14、進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。,和彎矩,圖5-19 MN相關(guān)曲線,5.5 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力Nu-Mu相關(guān)曲線,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,大、小偏心受壓情況Nu與Mu的函數(shù)符合二次拋物線關(guān)系。具有以下特點(diǎn)：,當(dāng)彎矩為零時(shí)，軸向承載力Nu達(dá)到最大，即為軸心受壓承載力N0；當(dāng)軸力為零時(shí)，構(gòu)件為純彎曲時(shí)的承載力Mu。,曲線上任意一點(diǎn)的坐標(biāo)(Nu、Mu) 代表此截面在該內(nèi)力組合下恰好達(dá)到承載能力極限狀態(tài)。如果作用于截面上的內(nèi)力（ 、 ）曲線的內(nèi)側(cè)，說明該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的內(nèi)力作用下未達(dá)到承載力極限狀態(tài)，是安全的。若位于曲線外側(cè)，則表明截面在該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的內(nèi)力作用下承截力不足。,、,對(duì)于對(duì)稱配筋截面，如果截面形狀和尺寸相同，砼強(qiáng)度等級(jí)和鋼筋級(jí)別也相同，但配筋率不同，達(dá)到界限破壞時(shí)的軸力Nb是一致的。,如截面尺寸和材料強(qiáng)度保持不變，Nu-Mu相關(guān)曲線隨配筋率的增加而向外側(cè)增大。,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,圖5-20 M、N與鋼筋的關(guān)系,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,在實(shí)際工程中，常考慮以下組合作為最不利組合：,（1）,。,（2）,（3）,第6章 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件承載力計(jì)算,5.6 偏心受壓構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算,試驗(yàn)表明，由于軸向壓力的存在，可以延緩斜裂縫的出現(xiàn)和開展，增強(qiáng)骨料