混凝土结构基本原理第五章.ppt

1,,第五章 受压构件承载力计算,,第五章 受压构件承载力计算 1.了解受压构件的材料、截面形式尺寸以及配筋构造要求 2.掌握轴心受压构件普通箍筋柱的正截面承载力计算 3.了解偏心受压构件的破坏特征，掌握矩形截面偏心受压构件的承载力计算公式及其适用条件 4.掌握矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算方法 5.了解受压构件斜截面受剪承载力的计算特点学 习 目 标,2,,第五章 受压构件承载力计算,,第一节 受压构件的计算分类及配筋构造,第二节 轴心受压构件承载力的计算,第三节 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算方法,第四节 工形截面偏心受压构件正截面承载力计算方法,第五节 受压构件斜截面受剪承载力计算,第一节 受压构件的计算分类及配筋构造,1.轴心受压构件,2.偏心受压构件,一、受压构件的计算分类,第五章 受压构件承载力计算,,,3,轴向力作用线与构件截面形心线相重合的构件轴向力作用线与构件截面形心线不重合或构件截面上既有轴心压力，又有弯矩作用的构件偏心受压构件分为单向偏心受压构件和双向偏心受压构件1）材料选用,（2）截面形式和尺寸,混凝土：C20、C25、C30或更高强度等级钢筋：HRB335级、HRB400级和RRB400级。

正方形、矩形、圆形、多边形等,二、受压构件的构造要求,1.轴心受压构件,第五章 受压构件承载力计算,,,4,截面最小边长不宜小于250mm边长不大于800mm时，取50mm的倍数，边长大于800mm时，取100mm的倍数纵向钢筋净距不小于50mm，中距不宜大于300mm全部纵向钢筋配筋率不小于0.6%，也不宜大于5%当采用HRB400级、RRB400级钢筋时，最小配筋率为0.5%，当混凝土强度等级为C60及以上时，最小配筋率为0.7%受压构件中一侧纵向钢筋的配筋率不小于0.2%3）纵向钢筋,第五章 受压构件承载力计算,,,5,纵向钢筋的直径不宜小于12mm圆柱中纵向受力钢筋宜沿周边均匀布置，根数不宜少于8根，且不应少于6根4）箍筋,箍筋直径不宜小于6mm 和d/4，箍筋间距不应大于柱截面短边尺寸，且不大于400mm，同时在绑扎骨架中不应大于15d，焊接骨架中不应大于20d（d为纵向钢筋的最小直径）当柱中全部纵向钢筋的配筋率超过3%时，箍筋直径不宜小于8mm，间距不应大于10d，同时不应大于200mm；箍筋末端应做成135°弯钩且弯钩末端平直长度不应小于箍筋直径的10倍箍筋一般采用HPB235级或HRB335级钢筋。

第五章 受压构件承载力计算,,6,,当柱截面的短边尺寸大于400mm且每边纵向钢筋超过3根时，或当柱截面的短边尺寸不大于400mm但每边纵向钢筋多余4根时应设置复合箍筋，如图所示第五章 受压构件承载力计算,,,7,第五章 受压构件承载力计算,,8,,在配有螺旋箍筋或焊接环式间接钢筋柱中，如计算中考虑间接钢筋的作用，则间接钢筋的间距不应大于80mm及dcor/5（dcor为按间接钢筋内表面确定的核心截面直径），且不宜小于40mm，间接钢筋的直径应不小于6mm且不应小于d /4（d为纵向钢筋的最大直径）2.偏心受压构件,截面高度h≥600mm时侧面应设置直径为10～16mm的构造钢筋并相应设置复合箍筋或拉筋第五章 受压构件承载力计算,,,9,除满足轴心受压构件的构造要求外还应满足以下要求：,垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力钢筋中距不宜大于300mm截面可以采用I截面柱翼缘厚度不宜小于120mm，腹板厚度不宜小于100mmI截面柱的构造要求与矩形截面柱基本相同1.普通箍筋柱的试验研究,轴心受压柱,lo/b ≤ 8,lo/b ＞8,,短柱,长柱,第二节 轴心受压构件承载力计算,根据箍筋的功能和配置方式分为：,一、普通箍筋柱,普通箍筋柱和螺旋箍筋柱，实际工程中常用普通箍筋柱。

第五章 受压构件承载力计算,,,10,短柱破坏是因纵向受力钢筋先达到屈服强度，然后混凝土达到轴心抗压强度被压碎引起长柱破坏是因初始偏心产生附加弯矩，进而引起挠曲变形加大初始偏心，最终构件可能发生失稳破坏在截面尺寸、材料强度、配筋相同的条件下，长柱的承载力低于短柱，用稳定系数来反映第五章 受压构件承载力计算,,,11,,2.普通箍筋柱正截面承载力计算公式,A —截面面积，当 0.03时，公式中的 A 用 Ac代替，Ac= A-As；,第五章 受压构件承载力计算,,,12,N—轴向压力设计值；,0.9—可靠度调整系数；,—钢筋混凝土构件的稳定系数；,其它符号同前,1.螺旋箍筋柱的试验结果,采用间距较密的螺旋箍筋，能够有效地约束砼的横向变形，使核心砼处于三向受压状态，间接提高柱的承载力二、螺旋箍筋柱,第五章 受压构件承载力计算,,,13,当轴向受力较大、截面尺寸受到限制时采用2.螺旋箍筋柱正截面承载力计算公式,第五章 受压构件承载力计算,,,14,式中：Acor—构件的核心截面面积； dcor—构件的核心截面直径，间接钢筋内表 面之间的距离； a—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。

Ass0—间接钢筋的换算截面面积； Ass1—单根间接钢筋的截面面积； s—间接钢筋沿构件轴线方向的间距；,注意：,为保证混凝土保护层不剥落，按上式计算的Nu不应大于按普通箍筋柱计算得Nu的1.5倍40mm ≤s≤ 80mm 或 dcor/5,当遇到下列任意一种情况时，不计间接钢筋的影响，仍按普通箍筋柱计算：,3）Ass0 ＜0.25As2）按上式计算出的Nu小于按普通箍筋柱算出的N时；,1）l0/d＞12时;,第五章 受压构件承载力计算,,,15,（3）破坏形态介于轴心受压构件和受弯构件之间e0  0,e0  ,,轴心受压构件,受弯构件,第三节 偏心受压构件正截面承载力计算,,一、偏心受压构件的试验研究及破坏特征,（1）破坏是由混凝土的压碎造成的2）破坏特征与轴向力的偏心距和配筋量有关即,第五章 受压构件承载力计算,,,16,归纳起来，偏心受压构 件有以下两种破坏特征：,1.大偏心受压破坏,偏心距较大，且As配置不太多，破坏与双筋截面适筋梁相似：,As先屈服，然后As达到屈服，受压混凝土达到极限压应变第五章 受压构件承载力计算,,,17,,第五章 受压构件承载力计算,,,18,2.小偏心受压破坏,1）N的偏心距e0较小时。

截面大部分受压，最终由于受压混凝土被压碎，导致构件破坏破坏时受压钢筋 As达到了屈服，而受拉钢筋As达不到屈服2）N的偏心距e0很小时截面全部受压，最终由于离偏心力较近的混凝土被压碎，导致构件坏破坏时离偏心力较近的钢筋As达到了屈服，而离偏心力较远的钢筋As达不到屈服第五章 受压构件承载力计算,,,19,3）N的偏心距e0较大且受拉钢筋较多时截面大部分受拉，最终由受压混凝土被压碎导致构件破坏破坏时受压钢筋As达到屈服，而受拉钢筋As达不到屈服总之，小偏心受压构件破坏是由受压混凝土压碎引起，离偏心力较近一侧的钢筋能达到屈服，而另一侧的钢筋无论受压或受拉均达不到屈服第五章 受压构件承载力计算,,,20,,界限破坏：当受拉钢筋屈服的同时，受压边 缘混凝土应变达到极限压应变大小偏心受压的界限：, b ––– 小偏心受压, = b ––– 界限破坏状态,二、大偏心受压和小偏心受压的界限,第五章 受压构件承载力计算,,,21,三、弯矩M和轴力N对偏心受压构件正截面承载力的影响（Nu−Mu相关曲线）,,C,B,E,·F,NE,NB,,ND,MD,Mu,D,0,,,,,小偏心受压,大偏心受压,AB段：随着轴向压力的增大，截面能承担的弯矩也相应提高,BC段：随着轴向压力的增大，截面所能承担的弯矩反而降低,A点表示受弯情况 C点表示轴心受压情况,,,ME A,(Nu),第五章 受压构件承载力计算,,,22,四、附加偏心距ea,《规范》规定： ea值应取20mm和偏心方向截面最大尺寸的1/30两者中的较大值。

由于工程中实际存在着荷载作用位置的不定性、混凝土质量的不均匀性、配筋的不对称及施工的偏差等因素，都可能产生附加偏心距初始偏心矩 ei=e0+ea,第五章 受压构件承载力计算,,,23,其中：e0—轴向压力对截面重心的偏心距ei+af = (1+af/ei) ei =ei, =1 +af / ei,M = N(ei+af),五、偏心距增大系数h,第五章 受压构件承载力计算,,,24,对矩形、T形、I形等截面偏心受压构件，其偏心矩增大系数可按下列公式计算：,1 –––偏心受压构件的截面曲率修正系数，,2 –––构件长细比对截面曲率的影响系数，,1 = 0.2 + 2.7ei / h0,2 = 1.15 – 0.01l0 / h, 当偏心受压构件长细比l0 / i ≤17.5时， = 1.0,当 1 ＞1.0时取 1 = 1.0,当l0/h≤15时 2 = 1.0,第五章 受压构件承载力计算,,,25,六、矩形截面偏心受压构件正截面承载力 计算公式及适用条件,,,,1.偏心受压构件的基本假定,1）截面应变符合平截面假定；,2）不考虑受拉区混凝土参加工作；,3）混凝土的极限压应变为0.0033；,4）受压区混凝土采用等效矩形应力图形。

第五章 受压构件承载力计算,,,26,2.大偏心受压构件,第五章 受压构件承载力计算,,,27,基本计算公式,,第五章 受压构件承载力计算,,,28,式中：e —轴向力作用点至受拉钢筋的 合力点的距离；,,适用条件：,x≤xb,x≥2as',当x＜2as'时，受压钢筋不能屈服，偏于安全地取x=2as' ，并对受压钢筋合力点取矩得：,,式中 e′—轴向力作用点至受压钢筋的合力 点的距离第五章 受压构件承载力计算,,,29,3.小偏心受压构件,第五章 受压构件承载力计算,,,30,基本计算公式,(-fy′≤ss≤fy),,第五章 受压构件承载力计算,,,31,七、偏心受压构件的界限受压承载力 设计值及界限偏心距,将  = b 代入基本公式可得 界限受压承载力设计值如下：,对截面形心取矩（如图） 可得界限弯矩如下：,第五章 受压构件承载力计算,,32,,第五章 受压构件承载力计算,,33,,界限偏心距eib=,则,当截面尺寸给定，对常用混凝土强度等级和钢筋级别，当As=rminA和 时，近似取最小的界限偏心距eib,min=0.3h0一、矩形截面偏心受压构件非对称配筋的计算方法,（一）截面设计,1.大、小偏心受压的判别,hei＞0.3h0,hei≤0.3h0,为大偏心受压情况,为小偏心受压情况,2.大偏心受压构件的配筋计算,第五章 受压构件承载力计算,,,34,（1）钢筋面积As 和A's 均未知,从最小用钢量原则出发，充分发挥混凝土的抗压能力，取 x = bh0，可得,第五章 受压构件承载力计算,,,35,（2）已知A's ，求As,通过解方程即可求得 x，有两种情况：,偏于安全地取： x= 2as′,由公式求得As，且As≥ 0.002bh0,第五章 受压构件承载力计算,,,36,1）当 2as′≤x≤xb,2）当 x＜ 2as′,按公式,计算As且As ≥ 0.002bh0,（1） 钢筋面积As 和 A's均未知,3.小偏心受压构件的配筋计算,1）由于As无论受拉还是受压均达不到屈服，所以可按最小配筋率计算钢筋面积，即取As=0.002 bh，这样得到的总用钢量最少。

第五章 受压构件承载力计算,,,37,2）当轴向力Nfcbh时，可能使离轴向力较远一侧钢筋受压屈服（如图）第五章 受压构件承载力计算,,,38,《规范》规定，对矩形截面非对称配筋的小偏心受压构件，尚应按下式进行验算：,,,,,h0′,e=h/2-as′-。