【2017年整理】混凝土结构第六章.ppt

给水排水工程结构,,第六章 钢筋混凝土受压构件及柱下基础,1. 定义和分类 根据轴向压力作用位置的不同，受压构件可分为： 轴心受压构件：轴向力的作用线通过构件截面几何形心(理论上应为物理重心)的受压构件； 偏心受压构件：轴向力不通过截面形心或构件同时承受轴向压力和弯矩的受力构件6.1 轴心受压构件,,,,,,,,,,,,,,压,压,压,,,,,,,,,,,,,,,,,,,压,典型的轴心受压构件有： 承受节点荷载的屋架腹杆和上弦杆； 对称框架结构中的内柱；桩基等 在钢筋混凝土结构中，严格意义上的轴心受力构件是不存在的但当外加荷载的偏心很小时，此时可近似按轴心受力构件来计算6.1 轴心受压构件,,根据配置钢筋的不同，轴心受压柱有两种基本形式：普通箍筋柱: 配矩形箍筋+纵向钢筋；螺旋箍筋柱:配螺旋式箍筋+纵向钢筋,6.1 轴心受压构件,,根据长细比的大小，轴心受压柱可分为短柱和长柱； 长细比：柱的计算长度l0与截面回转半径i的比值，即 l0——柱的计算长度，与柱的两端支承条件有关， 两端铰支 ： 一端固定，一端铰支： 两端固定： 一端固定，一端自由： 满足下列条件的为短柱，否则为长柱。

由于长细比不同，影响两者承载力的因素不一样，两者的破坏形态也有所不同6.1 轴心受压构件,,轴心受压短柱的试验表明：在轴压力N的作用下，从开始加载到截面破坏，截面上的应变基本上是均匀分布的，且由于粘结力的存在，在整个加载过程中，钢筋和混凝土变形相同的，即,一、轴心受压短柱的破坏特征,受力特征： (1) 当N较小时，钢筋和混凝土均处于弹性阶段 钢筋： 混凝土： 因为 ，所以 ， 根据内外力的平衡条件得：,,6.1 轴心受压构件,,(3) 当 时，柱子出现纵向裂缝随着N的进一步增大，混凝土保护层开始剥落，当 时箍筋之间的纵向钢筋被压屈，并向外凸出，中部混凝土被压碎，柱子破坏 (4) 达到承载能力极限状态时 混凝土的压应变: ， 混凝土的应力: ；,(2)随着N的增大，混凝土逐渐产生塑性变形，钢筋仍处于弹性阶段 钢筋： 混凝土： v——混凝土受压时的弹性系数(v≤1.0)， 上式表明：钢筋和混凝土之间产生应力重分布。

一、轴心受压短柱的破坏特征,,,,,,,,,,钢筋:若取 ，则钢筋应力： ，即混凝土被压碎时，钢筋的最大应力为400N/mm2 对HPB235、HRB335、HPB400级热轧钢筋，受压构件发生破坏时，可以达到相应的屈服强度，而对HRB500级钢筋或其他高强钢筋，在混凝土被压碎时，不会达到其屈服强度 规范规定：在受压构件中，一般不宜采用高强钢筋，如果因某种原因需采用高强钢筋，其抗压屈服强度设计值： ＝400N/mm2一、轴心受压短柱的破坏特征,,根据短柱的破坏特征，其截面的应力分布如图所示，轴心受压短柱的承载力可按下列公式计算二、轴心受压短柱的承载力计算,承载力计算包括： (1) 截面设计；(2)截面校核三、轴心受压长柱的破坏特征,6.1 轴心受压构件,,长柱的破坏特征： ① 破坏时，首先在一侧出现纵向裂缝，箍筋间纵向钢筋被压屈，混凝土被压碎截面上的应力分布是不均匀的 ② 柱子中部的附加弯矩最大，另一侧混凝土被拉裂，出现小的水平裂缝。

——截面破坏仍属于材料破坏 对长细比很大的柱子——失稳破坏，其承载力更低 因此，必须考虑长细比对柱子承载能力的影响 规范采用稳定系数 来考虑长柱承载力降低的程度，即：,三、轴心受压长柱的破坏特征,,试验表明：材料的强度等级、配筋率对 有一定影响，但影响较小，计算中仅认为 与构件的长细比有关，且长细比越大， 越小 当 (短柱)， ； 当 (长柱)， 将随长细比 的增大而减小；具体计算时，查页表6-1确定 三、轴心受压长柱的破坏特征,,引入稳定系数后，轴心受压长柱的承载力可由短柱的承载力乘以稳定系数获得，即 (6-1),四、轴心受压构件的承载力计算,,6.1 轴心受压构件,,(1) 截面设计 已知：轴向压力N、截面尺寸b*h、材料强度fc、f ’y，柱子的计算长度l0，求 ① 由长细比查表6-1确定 ，其间采用线性插值法确定 ② 代入公式(6-1)计算 ③ 验算配筋率 若 ，则查附录2-2表选配钢筋； 若 ，则按 查附录2-2表选配钢筋； 选配钢筋时，一般要求：,五、公式应用,6.1 轴心受压构件,,五、公式应用,,(2) 截面复核 已知：截面尺寸b×h、计算长度l0、材料强度 及钢筋截面面积 ，求柱子所能承受的轴向压力N。

① 由查表6-1确定 ； ② 代入公式(6-1)计算Nu； ③ 判断截面承载力是否满足设计要求： 若 ，则满足要求，否则不满足要求1) 截面形状和截面尺寸 轴心受压柱的截面形状多采用矩形，有时为了建筑美观或其他要求，也采用正多边形或圆形 矩形截面的短边边长≥300mm； 正多边形(圆形)截面直径≥300mm 对轴心受压柱，为防止构件承载力随长细比的增加而大幅度下降，必须限制柱的长细比 轴压柱 ， 为方便施工，截面尺寸一般取整数且应符合模数制，在800mm以下，以50mm为模数；在800mm以上，一般以100mm为模数六、构造规定,,6.1 轴心受压构件,,(2) 材料强度等级 对受压构件而言，宜采用C25、C30、C35、C40级混凝土 柱中纵向受力钢筋宜HRB335和HRP400级钢筋，不宜采用高强钢筋；也不宜采用冷拉钢筋 柱中箍筋一般采用HRB235级钢筋3) 纵向钢筋作用：① 协助混凝土承担压力，减小构件截面尺寸； ② 增强构件的延性，防止构件发生脆性破坏； ③ 与箍筋形成骨架； ④ 承受意外的不大的弯矩； ⑤ 可减小混凝土的徐变变形。

纵筋沿截面周边宜均匀布置，钢筋中心距在70mm～350mm之间，否则须另加受力钢筋或构造钢筋六、构造规定,,,,,,,,,,,,,,,,,六、构造规定,,,纵向受力钢筋根数不得少于4根，直径宜在12mm～32mm之间，尽可能选用较粗的钢筋 纵筋的配筋率宜在0.4％～5％之间 (4) 纵筋保护层厚度 正常环境条件下，混凝土保护层最小厚度取25mm，环境条件差时，可取较大值 (5) 箍筋 作用：① 约束纵向钢筋，防止纵向钢筋被压屈； ② 限制裂缝开展； ③ 与纵向钢筋形成骨架； ④ 提高构件延性、对结构抗震有利六、构造规定,,,,,箍筋直径： 热轧钢筋直径6mm～12mm箍筋间距： 绑扎骨架时，箍筋间距S≤15d； 焊接骨架时，箍筋间距S≤20d； 且均应S≤b or 400mm 在受压构件中，箍筋应做成封闭式，以便约束纵筋，防止纵向钢筋被压屈； 不应采用内折角箍筋6.2 偏心受压构件,,1.定义 当轴向压力N偏离截面形心或构件同时承受轴向压力和弯矩时，则成为偏心受力构件。

偏心受压构件又分为单向偏心和双向偏心两类： 单向偏心：轴向力的作用线仅与构件截面的一个方向的形心线不重合 ； 双向偏心：轴向力作用线与两个方向的形心线都不重合2.工程实例 工程中的屋架、有顶盖的矩形水池池壁、排架柱、大型泵房的牛腿柱、框架柱等都是偏心受压构件6.2 偏心受压构件,,偏心受压构件的正截面受力性能可视为轴心受压构件（M=0）和受弯构件（N=0）的中间状况 根据初始偏心距ei和截面配筋率的不同，偏心受压构件的破坏形态可分为两类： 大偏心受压破坏：ei较大，As适中 小偏心受压破坏：ei较小，或ei较大，但As 过多,6.2 偏心受压构件,,一、大偏心受压构件,当ei较大且远离轴向力一侧的钢筋配置得不太多时，在荷载作用下，柱截面靠近轴向力一侧受压，另一侧受拉 由于e0较大，故M也较大，截面破坏中，M起主导作用 破坏特征：荷载作用下，首先在受拉边产生横向裂缝随着荷载不断增加，受拉区的裂缝不断发展，受拉钢筋先屈服，受压区高度不断减小，边缘混凝土εc→εcu，构件破坏6.2 偏心受压构件,,这种破坏始于受拉钢筋先达到屈服强度，最后受压区边缘混凝土εc→εcu ，混凝土被压碎而引起的——受拉破坏。

截面破坏时，受压钢筋σ’s→f ’y 其破坏性质与双筋矩形截面梁类似—延性破坏一、大偏心受压构件,,二、小偏心受压构件,当ei较小，截面上M也较小，截面破坏中，N起主导作用；或者ei较大，但远端配置的受拉钢筋较多，这时截面,大部分受压，或全截面受压 破坏特征：破坏时，靠近轴向力一侧的钢筋σ’s→ f ’y，混凝土εc →εcu ；而远端钢筋和混凝土可能受拉，也可能受压，但截面破坏时，σs达不到 fy,6.2 偏心受压构件,,一、小偏心受压构件,,这种破坏是由于近端混凝土εc→εcu，混凝土被压碎而引起——受压破坏 小偏心受压破坏时，受拉钢筋不屈服，混凝土被压碎，破坏时无明显预兆——脆性破坏本质区别是：截面破坏时远端钢筋是否屈服 界限破坏：远端钢筋σs→ fy(εs→εy )，同时，近端边缘混凝土εc→εcu 根据偏心受压构件界限破坏特征及平截面假定，可推算出界限破坏时截面的 ：　　 大、小偏心的判别式为：　　当ξ≤ξb时，或x≤ξbh0时为大偏心受压；　　当ξ＞ξb时，或x＞ξbh0时为小偏心受压。

三、大、小偏心受压构件的界限,6.2 偏心受压构件,,,轴压构件(l0/b>8)——稳定系数φ来反映附加弯矩对构件承载力的降低； 偏压构件，长细比较大时，构件产生侧向挠曲，引起二阶效应(附加弯矩)，设计中应予考虑 短柱(l0/h≤8)为材料破坏，忽略纵向弯曲f的影响 长柱(l0/h=8~30)为材料破坏，考虑纵向弯曲的影响细长柱(l0/h >30)为失稳破坏，避免使用,四、纵向弯曲的影响——偏心距增大系数,,6.2 偏心受压构件,。