受压受拉构件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,建筑结构,,Architectural Structure,,1,受 压 构 件,,受压构件（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌2,,3,,4,,5,,6,,普通箍筋柱轴心受压特点,第Ⅰ阶段——弹性阶段,,轴向压力与截面钢筋和混凝土的应力基本上呈线性关系,第Ⅱ阶段——弹塑性阶段,,混凝土进入明显的非线性阶段，钢筋的压应力比混凝土的压应力增加得快，出现应力重分布第Ⅲ阶段——破坏阶段,,钢筋首先屈服，有明显屈服台阶的钢筋应力保持屈服强度不变，混凝土的应力也随应变的增加而继续增长1. 受压短柱,7,,当混凝土压应力达到峰值应变，外荷载不再增加，压缩变形继续增加，出现的纵向裂缝继续发展，箍筋间的纵筋发生压屈向外凸出，混凝土被压碎而整个构件破坏普通箍筋柱轴心受压特点,钢筋的受压强度,受压钢筋最多发挥400MPa，因此受压构件中不宜采用高强钢筋8,,破坏时，首先在凹侧出现纵向裂缝，随后混凝土被压碎，纵筋被压屈向外凸出；凸侧混凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏。

2. 受压长柱,初始偏心距,附加弯矩和侧向挠度,加大了原来的初始偏心距,构件承载力降低,普通箍筋柱轴心受压特点,9,,轴心受压构件正截面承载力计算,,,在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距但有些构件，如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算10,,适用条件：,,r,’,=0.6%~3%，当,r,’,>,,3%时，公式中的A用A-As’代替轴心受压柱正截面承载力计算公式,为稳定系数主要与柱的长细比,l,0,/,b,有关,11,,1）材料,,混凝土,：一般应采用强度等级较高的混凝土目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C30~C40钢筋,：不宜采用高强钢筋作受压钢筋，否则不能充分发挥同时不得用冷拉钢筋作受压筋，应采用400级，335级钢筋,构 造 要 求,2）,截面形式,,一般采用方形，有时采用矩形、圆形、多边形截面,最小边长不宜小于250mm，,构件长细比不宜过大，常取,l,o,/b,≦30,,l,o,/h,≦25,12,,构 造 要 求,3）,纵筋,,沿周边均匀放置（轴压）或设置在垂直于弯矩平面的两边。

取d=12~32mm（宜优选较粗筋以防止钢筋过早压屈）,,13,,3）,纵筋,,净距>50mm，中距<300mm,,,当h≧600mm时应在侧边设置10~16mm的纵向构造筋构 造 要 求,4）,箍筋,,封闭式以防纵筋提早压屈末端做成135度弯钩,直径：不应小于d/4, 6mm间距：不应大于400mm, 及短边尺寸附加箍筋：当柱子各边纵筋不多于3根，或当短边尺寸b≦400mm而纵筋不多于4根时可用单个箍筋，否则设附加箍筋14,,4）,箍筋,,注意不要使用带内折角的箍筋，,因为受力后有拉直趋势会崩坏混凝土上下柱纵筋的搭接处加密构 造 要 求,5）纵向钢筋的接头,,,一般设在楼面处，通常将下柱钢筋伸出楼面与上柱钢筋搭接不加焊的受拉钢筋搭接长度不小于1.2,l,a,和300mm；受压钢筋搭接长度不小于0.85,l,a,和200mm15,,轴心受压柱正截面承载力计算公式,截面复核,,,已知截面尺寸b×h和配筋面积As’，材料强度等级，,,计算长度,l,0,，求柱能承担的轴向压力Nu16,,截面设计,,,已知轴向力设计值，构件的计算长度、材料强度等级设计构件截面尺寸b×h和配筋面积A,s,’轴心受压柱正截面承载力计算公式,17,,例 题 4,18,,练 习 3,19,,螺旋箍筋柱,螺旋箍筋轴心受力柱是由混凝土、纵筋和横向钢筋组成，横向钢筋采用螺旋式或焊接环式钢筋。

20,,螺旋箍筋柱,螺旋箍筋使核芯混凝土处于三向受压状态，限制了混凝土的横向膨胀，因而提高了柱子的抗压强度和变形能力A素混凝土柱；,,B普通箍筋柱；,,C螺旋箍筋柱,其极限荷载一般要大于同样截面尺寸的普通箍筋柱21,,螺旋箍筋柱,,－间接钢筋对混凝土约束的折减系数：当混凝土强度等级不超过C50时，取1.0；当混凝土强度等级为C80时，取0.85，其间按线性内插法确定,为防止混凝土保护层过早脱落，上式计算的,N,应满足,N,,,1.5× 0.9,,(,f,y,A,s,+,f,c,A,),22,,螺旋箍筋柱,,凡属下列情况之一者，不考虑间接钢筋的影响：,,⑴当,l,0,/d,＞12时，长细比较大，有可能因纵向弯曲引起螺旋箍筋不起作用；,,⑵如果因混凝土保护层退出工作引起构件承载力降低的幅度大于因核芯混凝土强度提高而使构件承载力增加的幅度，即当,,,⑶当间接钢筋换算截面面积,A,ss,o,小于纵筋全部截面面积的25%时，可以认为间接钢筋配置得过少，套箍作用的效果不明显23,,螺旋箍筋柱,某多层框架结构（按无侧移结构考虑），底层门厅柱为圆形截面，直径d=500mm，按轴心受压柱设计轴力设计值,N,=3600kN，计算长度,l,0,=6m，混凝土C30，纵筋采用,6 20,，螺旋钢筋采用HRB335。

试求柱配筋24,,偏心受压构件正截面基本概念,,25,,压弯构件 = 偏心受压构件,偏心距,e,0,=0时M=0，为轴压构件；当,e,0,→∞时，即,N,=0，为受弯构件偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于,轴心受压,构件和,受弯构件,26,,,偏心受压构件的破坏形态,,与偏心距,e,0,和纵向钢筋配筋率有关偏心受压构件正截面破坏形式,大偏心受压破坏,小偏心受压破坏,27,,1）发生条件：,,偏心距,e,0,较大，且受拉侧纵向钢筋As配筋率合适M较大，N较小,偏心距,e,0,较大,大偏心受压破坏,28,,2）受力过程：,,截面,受拉侧,混凝土较早出现裂缝，,A,s,的应力随荷载增加发展较快，,首先达到屈服,强度此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小最后受压侧钢筋,A’,s,受压屈服，,压区混凝土达到极限压应变被压碎,而达到破坏受压钢筋一般能屈服大偏心受压破坏,29,,3）破坏性质,：,,这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，是,延性破坏,，破坏特征与双筋截面的适筋梁相似这种破坏一般为偏心距较大的情况通常称为,大偏心受压,破坏首先出现在受拉区，故也称,受拉破坏,大偏心受压破坏,30,,1）发生条件：,,当相对偏心距,e,0,/,h,0,较小，截面全部受压或大部分受压,,或虽然相对偏心距,e,0,/,h,0,较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时,小偏心受压破坏,31,,2）受力过程：,,加载后截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大，,,而远离轴力侧混凝土和钢筋应力很小。

相对偏心距,e,0,/,h,0,很小时，还可能受压截面最后是由于受压区混凝土达到极限压应变被压碎而破坏破坏时受压侧钢筋一般都能屈服，但远侧钢筋无论受拉或受压都未屈服小偏心受压破坏,32,,3）破坏性质：,,破坏具有脆性性质这种破坏一般发生在偏心距较小的情况，故常称为,小偏心受压,破坏是由混凝土受压破坏控制的，故也称,受压破坏,小偏心受压破坏,33,,其本质区别,,远离轴力侧钢筋能否屈服x,,,x,b,截面属于大偏心受压,,,x,=,x,b,,截面属于界限情况,,,x,>,x,b,,截面属于小偏心受压,大、小偏心受压破坏,34,,1、附加偏心距,,由于施工误差、计算偏差及材料的不均匀等原因，实际工程中不存在理想的轴心受压构件考虑这些因素，引入,附加偏心距,e,a,，即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取计算偏心距,e,0,=,M,/,N,与附加偏心距,e,a,之和，称为,初始偏心距,e,i,参考以往工程经验和国外规范，新《规范》中附加偏心距,e,a,将取20mm与,h,/30 两者中的较大值，此处,h,是指偏心方向的截面尺寸基本概念,35,,2、偏心距增大系数,,由于侧向挠曲变形，引起附加弯矩。

跨中截面轴力,N,的,偏心距为,e,i,+,f,,长细比,l,0,/,h,=5~30的中长柱,f,与,e,i,相比已不能忽略轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱基本概念,——偏心距增大系数,36,,故,,偏心受压柱中偏心距取为,37,,矩形截面受压正截面承载力计算,,基本假定,,□,平截面假定,,□,截面受拉区混凝土不参加工作,,□,截面受压区混凝土的应力图形采用等效矩形,,□,当截面受压区高度满足x≥2a’,s,条件时，受压钢筋能够达到抗压强度设计值,,,□,钢筋的应力-应变关系为,,38,,若,x≤x,b,时,按大偏压计算,大偏心受压计算公式,式中：,适用条件：,,x,≤,x,b,（,为保证受拉钢筋达到屈服),,,x,≥,,2a’,（,为保证受压钢筋达到屈服),e,f,,y,A,,s,e,i,f,c,e,,A,s,f,y,N,39,,若,x≤x,b,时,按大偏压计算,大偏心受压计算公式,x,<,,2a’时：,,混凝土受压区形心和受压钢筋形心一致e,f,,y,A,,s,e,i,f,c,e,,A,s,f,y,N,40,,若,x,>,x,b,时,按小偏压计算,小偏心受压计算公式,式中：,当 时，取,f,y,A,s,f',y,A,',s,N,e,h,e,i,41,,实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，当弯矩数值相差不大，可采用对称配筋。

采用对称配筋不会在施工中产生差错，故有时为方便施工或对于装配式构件，也采用对称配筋对称配筋截面，即,A,s,=,A,s,',，,f,y,=,f,y,',，,a,s,=,a,s,',，其界限破坏状态时的轴力为,N,b,=,,f,c,b,x,b,h,0,42,,已知： 、 、 、 、 、 、,,求：,,未知数： 、 、,截 面 复 核,◆,已知轴向力设计值，求弯矩设计值,,(1) 计算,N,b,=,,1,f,c,X,b,h,0,2) 判别偏心受压类型,,,大偏压（,N,≤,N,b,）；小偏压（,N,>,N,b,）,,(3) 代入基本公式计算（P103公式）,43,,已知： 、 、 、 、 、 、,,求：,,未知数： 、 、,截 面 设 计,(1) 计算所需参数,e,i,，η,,(2) 判别偏心受压类型,,,大偏压 ；小偏压,,(3) 计算,A,s=,A’,s,大偏压：,44,,截 面 设 计,小偏压：,(4) 验算垂直弯矩作用平面承载力对于对称配筋的大偏心受构件，当,l,0,/b≤24时可不验算）,45,,⑴ a点,M,＝0，属轴压破坏，,N,最大；c点,N,＝0，属纯弯破坏，,M,不是最大；b点为界限破坏，构件的抗弯承载力达到最大值。

⑵ 受拉破坏时构件的抗弯承载力比同等条件的纯弯构件大，而受压破坏时构件的抗压承载力又比同等条件的轴心受压构件小受拉破坏,受压破坏,界限破坏,偏心受压构件的N－M相关曲线,46,,⑷ 相关曲线上的任一点代表截面处于正截面承载力极限状态时的一种内力组合如一组内力（,N,，,M,）在曲线内侧说明截面未达到极限状态，是安全的；反之表明截面承载力不足受拉破坏,受压破坏,界限破坏,⑶,小偏压,时（ab段受压破坏），,N,随,M,的增大而减小，即在,相同的,M,条件下，,N,愈大愈不安全，,N,愈小愈安全；,大偏压,时（cb段受拉破坏），,N,随,M,的增大而增大，即在,相同的,M,条件下，,N,愈大愈安全，,N,愈小愈不安全偏心受压构件的N－M相关曲线,47,,偏心受压构件斜截面受剪承载力计算,48,,受拉构件,,构造要求,,,轴拉构件一般采用正方形、矩形或其他对称截面；,,偏拉构件一般采用矩形截面纵向钢筋宜对称布置或沿周边均匀布置，优先选择直径较小的钢筋受拉构件一般不得采用绑扎搭接接头箍筋直径不小于6mm，间距一般不宜大于200mm（屋架的腹杆不宜超过150mm）49,,轴心受拉构件,受力三阶段：从加载到混凝土受拉开裂前,,混凝土开裂后至钢筋即将屈服,,钢筋开始屈服到全部钢筋屈服,50,,轴心受拉构件,51,,1）小偏心受拉,,,轴向拉力,N,在,A,s,与,A’,s,之间,,,全截面均受拉应力，但,A,s,一侧拉应力较大，,A’,s,一侧拉应力较小。

随着拉力增加，,A,s,一侧首先开裂，但裂缝很快贯通整个截面，,A,s,和,A',s,纵筋均受拉，最后,A,s,和,A',s,均屈服而达到极限承载力a,s,h,e,0,-,<,2,偏心受拉构件,52,,2）大偏心受拉,,,轴向拉力,N,在,A,s,外侧,,,A,s,一侧受拉，,A’,s,一侧受压，混凝土开裂后不会形成贯通整个截面的裂缝最后，当,A,s,适量时，与大偏心受压情况类似，,A,s,达到受拉屈服，受压侧混凝土受压破坏偏心受拉构件,53,,A,s,和,A',s,应分别≥,r,min,bh,，,r,min,=max(0.2%,0.45,f,t,/,f,y,),小偏心受拉构件计算公式,54,,大偏心受拉构件计算公式,适用条件：,55,,偏心受拉构件斜截面受剪承载力,若 取,同时要求,56,,受扭构件,,57,,58,,,矩形截面受扭构件在扭矩,T,作用下截面上的剪应力分布情况，,,最大剪应力,t,max,发生在截面长边中点受扭构件破坏特征,59,,,●,,对于素混凝土构件，开裂会迅速导致构件破坏，破坏面呈一,空间扭曲曲面,●,,按照配筋率的不同，受扭构件的破坏形态也可分为,适筋破坏、少筋破坏,和,超筋破坏,。

●,当主拉应力达到混凝土抗拉强度时，在构件中某个薄弱部位形成裂缝，裂缝沿主压应力迹线迅速延伸受扭构件破坏特征,60,,受扭构件的配筋是采用,箍筋,与,沿周边均匀布置的,抗扭纵筋,形成的空间配筋方式其受扭性能及其极限承载力不仅与,配筋量,有关，还与两部分钢筋的,配筋强度比,z,,有关受扭构件配筋形式,61,,箍筋间距,应满足受剪最大箍筋间距要求，且不大于截面短边尺寸受扭纵筋应沿截面周边均匀布置,，在截面四角必须布置受扭纵筋，纵筋间距不大于300mm受扭纵筋的搭接和锚固均应按受拉钢筋的构造要求处理受扭构件配筋构造要求,62,,受扭构件计算公式,混凝土纯扭构件：,钢筋混凝土纯扭构件：,63,,。