（钢筋混凝土）5受压构件.ppt

第5章 受压构件的截面承载力 1.定义:以承受轴向压力为主的构件属于受压构件 2.分类:按受力情况不同分为如下两类 1)轴心受压构件 2)偏心受压构件 (1)单向偏心受压构件 (2)双向偏心受压构件5.1受压构件的一般构造要求一、截面形式和尺寸1.截面形式2.截面尺寸 方柱截面最小尺寸不宜小于250mm250mm 矩形柱取l0/b30, l0/h25且取模数,柱截面尺寸800mm时,取50的倍数; 800mm时,取100的倍数. l0柱的计算长度采用刚性屋盖的单层工业厂房排架柱、露天吊车柱、栈桥柱计算长度柱类别类别l0排架方向垂直排架方向有柱间间支撑无柱间间支撑无吊车车厂房柱单单跨1.5H1.0H1.2H两跨及多跨1.25H1.0H1.2H有吊车车厂房柱上柱2.0Hu1.25Hu1.5Hu下柱1.0Hl0.8Hl1.0Hl露天吊车车和栈桥栈桥 柱2.0Hl1.0Hl H从柱基础顶面算起的柱全高 Hl从柱基础顶面至装配式吊车梁底面或现浇吊车梁顶面的下柱高 Hu从装配式吊车梁底面或现浇吊车梁顶面算起的柱子上部高度框架结构各层柱的计算长度楼盖类别类别柱的类别类别l0现浇现浇 楼盖底层层柱1.0H其余各层层柱1.25H装配式楼盖底层层柱1.25H其余各层层柱1.5H二、材料强度 1.混凝土:C25 、C30 、C35 、C40 2.钢筋:HRB335、HRB400、RRB400 三、纵筋 1. 配筋率: 最小配筋率:全部min0.6%, 一侧侧min 0.2%, 最大配筋率:max5%, 2.钢筋根数及布置: 轴压柱:4根且沿截面周边均匀对称布置 偏压柱:根数不限,布置在偏心方向的两边 当h600mm时,侧面配1016的构造钢筋 3.直径:d 12mm, 一般取1632 4.净间距:一般50mm,水平浇筑的预制柱30mm及1.5 d 。

5.最小保护层厚度:见 P295附表4-4 6.钢筋的连接:采用机械连接、焊接或搭接，d 28mm的受拉钢筋及d 32mm的受压钢筋不宜采用搭接 四、箍筋： 1.箍筋间距:绑扎15d,焊接20d、400mm及b三者中较小值 2.箍筋直径:当纵筋 3%时,d箍8mm, 且15d及200mm; 一般取d箍 d纵/4且 6mm3.箍筋形式:设置柱内箍筋时宜使纵筋每隔1根位于箍筋转折点处 箍筋应封闭,常用形式有矩形、复合箍筋、螺旋箍筋 当b400mm且每边纵筋4根时，配矩形箍 当b400mm或每边纵筋4根时，配复合箍 注：纵筋搭接范围内箍筋d箍 d纵/4 纵筋受拉时，箍筋5d及100mm 纵筋受压时，箍筋10d及200mm当搭接纵筋d纵25mm时，应在接头两端100mm范围内，各设两根附加箍筋5.2 轴心受压构件正截面受压承载力 实际工程中真正的轴心受压构件不存在，但在设计多层房屋的内柱和桁架受压腹杆时可以认为是轴心受压 轴心受压构件正截面承载力的计算还用于偏心受压构件垂直弯矩平面的承载力验算 按柱子的长细比不同分为短住（l0/b8）和长柱（ l0/b 8） 按配置箍筋的方式不同，钢筋混凝土柱分为： 配有纵筋和普通箍筋的柱； 配有纵筋和螺旋式或焊接环式箍筋柱（统称螺旋箍筋柱）。

5.2 轴心受压构件正截面受压承载力 一、配有普通箍筋时 1.受力分析和破坏形态 1)短柱:l0/b8短柱的破坏特点在轴心荷载作用下整个截面的应变基本均匀，破坏时箍筋间的纵筋被压屈而向外凸出,砼被压碎一般计算时,构件的压应变=0.002时,则认为砼达到了fc,此时纵筋的应力s=Ess =21050.002=400N/mm2, 对于HPB235、HRB335、HRB400、RRB400钢筋达到了其屈服强度，若用高强钢筋则达不到屈服强度，不能充分利用其材料强度2）长柱:l0/b8长细比较大，由于偶然因素长细比较大，由于偶然因素影响产生初始偏心矩，加荷影响产生初始偏心矩，加荷后产生附加弯矩和相应的侧后产生附加弯矩和相应的侧向挠度，从而增大了荷载的向挠度，从而增大了荷载的偏心矩，随着荷载的增加，偏心矩，随着荷载的增加，附加弯矩和相应的侧向挠度附加弯矩和相应的侧向挠度不断增大，相互影响，使长不断增大，相互影响，使长柱在轴力和弯矩的共同作用柱在轴力和弯矩的共同作用下破坏 长柱破坏时，凹侧出现纵向裂缝，砼被压碎，纵向钢筋向外凸出；凸侧出现横向裂缝，侧向挠度急剧增加，柱破坏 长细比越大，柱的承载力越小，当柱的长细比很大时，可能发生失稳破坏。

所以长柱的承载力小于短柱 长柱承载力降低的程度用稳定系数表示 =Nl/Ns (稳定系数见P112表5-1) Nl_ 长柱承载力 Ns短柱承载力配有普通箍筋柱正截面受压承载力计算简图2.承载力计算公式Nu=0.9(fcA+fyAs) Nu轴轴向压压力承载载力设计值设计值 0.9可靠度调调整系数 钢钢筋砼轴砼轴 向压压力稳稳定系数 A构件截面面积积 As全部纵纵向钢钢筋截面面积积, 若纵纵3%,则则A改用( A- As)关于纵向最大配筋率的讨论，P113-114图5-9看P113例题5-1、5-25.2.2轴心受压螺旋式箍筋柱的正截面受压承载力计算 问题的提出： 当荷载（轴力）很大，柱截面尺寸受到限制、即使提高了砼强度等级和纵筋配筋量，也不能满足轴心抗压承载力,怎么办？ 采用螺旋式箍筋或焊接环筋代替普通箍筋5.2.2轴心受压螺旋式箍筋柱的正截面受压承载力计算5.2.2轴心受压螺旋式箍筋柱的正截面受压承载力计算 采用螺旋式箍筋或焊接环筋柱的意义 1、防止普通箍筋柱中的箍筋“崩出”现象； 2、只有箍筋达到屈服强度，才失去对混凝土的约束这种工艺更好地利用了混凝土“约束原理”约束混凝土横向变形，提高混凝土抗压强度，也就提高了柱轴心抗压承载力。

在其它条件不变的情况下，仅采用了螺旋式箍筋或焊接环筋代替普通箍筋就提高了柱轴心抗压承载力，像普通箍筋柱多配了纵向受压钢筋一样，把这种配筋方式称为“间接配筋”配有螺旋式箍筋柱承载力计算公式 Nu=0.9(fcAcor+2fyAsso+fyAs) Acor构件的核心截面面积 间接钢筋对砼约束的折减系数,砼强度等级C 50 取=1.0,砼强度等级C 80 取=0.85其余内插法 Asso间接钢筋的换算截面面积Asso=dcorAss1/s Ass1单根钢筋的截面面积 s沿构件轴线方向间接钢筋的间距 dcor构件的核心直径,按间接钢筋内表面确定 下列几种情况不考虑间接钢筋的影响 1.当l0/d12时,长细比较大可能因纵向弯曲引起螺旋筋不起作用 2.按螺旋式箍筋计算的承载力按普通箍筋计算的承载力 3. Asso25% As 时,可认为间接钢筋太少,套箍作用不明显 间接钢筋40mm80mm及dcor/5注意： 按螺旋式箍筋计算的承载力应按普通箍筋计算的承载力的1.5倍Ne0偏心受力MNNe0=M/NNe0=M/NN转化为5.3 偏心受压构件（单向偏心）正截面 受压破坏形态偏心受压构件的试验研究Nfe0混凝土开裂混凝土全部受压不开裂构件破坏破坏形态与e0、As、 As有关偏心受压构件的试验研究Ne0Ne0fcAsfyAs sh0e0很小 As适中 Ne0Ne0fcAsfyAs sh0e0较小Ne0Ne0fcAsfyAs sh0e0较大 As较多 e0e0NNfcAsfyAs fyh0e0较大 As适中受压破坏（小偏心受压破坏）受拉破坏（大偏心受压破坏）界限破坏接近轴压接近受弯As As时会有As fy偏心受压构件的试验研究小偏心受压破坏大偏心受压破坏5.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态 5.3.1.偏心受压短柱的破坏形态 通过试验：偏心受压短柱的破坏形态有受拉破坏和受压破坏两种。

1)受拉破坏(大偏心受压破坏) 发生情况:当偏心矩较大,受拉钢筋配置不多时,在轴力作用下,受拉区先出现横向裂缝,随着轴力的增大,钢筋拉应力增大并达到屈服, 中和轴逐渐偏于轴力一侧，砼压区面积减少,压应力和应变增大,当砼压应变达到极限值0.0033时,砼被压碎,构件破坏. 破坏特点:受拉钢筋达到屈服强度,受压区砼被压碎,受压区钢筋达到屈服强度.破坏类似适筋梁破坏,属于延性破坏.关于受拉破坏形态的进一步解释：（1）相对偏心距 较大；（2）N较小时远侧受拉近侧受压；（3）N增加后远侧产生横向缝；（4）随后远侧纵筋受拉屈服，然后近侧混凝土压碎，构件破坏，破坏类似适筋梁破坏因相对偏心距 较大，称为“大偏心受压”；远侧钢筋自始至终受拉且先屈服，又称为“受拉破坏”2)受压破坏(小偏心受压破坏)有三种情况：（1）如图所示：相对偏心距稍大且远侧钢筋较多；A.N较小时，远侧受拉，近侧受压；B.破坏时，远侧钢筋受拉但不能屈服，近侧钢筋受压屈服， 近侧混凝土压碎；2)受压破坏(小偏心受压破坏)（2）如图所示：相对偏心距较小； N较小时，全截面受压（远侧和近侧钢筋均受压）；B.远侧受压程度小于近侧受压程度；C.破坏时，远侧钢筋受压但不能屈服， 近侧钢筋受压屈服， 近侧混凝土压碎；2)受压破坏(小偏心受压破坏)（3）如图所示：相对偏心距极小且近侧钢筋用量远大于远侧钢筋用量时；A.实际中心轴移动至轴向力作用线右边；B.N较小时，全截面受压（远侧和近侧钢筋均受压）；C.近侧受压程度小于远侧受压程度；D.破坏时，近侧钢筋受压但不能屈服，远侧钢筋受压屈服，远侧混凝土压碎。

称“反向破坏”综合（1）-（3）受压破坏特点： （1）远侧钢筋均不能受拉（压）且屈服（反向破坏除外）；以混凝土受压破坏为标志，称为“受压破坏”； （2）相对偏心距较小，称为“小偏心受压” 破坏特点:破坏始于靠近轴力一侧的砼被压碎,砼的压应变达到极限值,近侧受压钢筋达到屈服强度. 远侧钢筋未达到屈服强度.属于脆性破坏.综合“受拉破坏”（大偏心）和“受压破坏”（小偏心）可知：（1）两者根本区别在于：远侧的钢筋是否受拉且屈服；（2）前者远侧钢筋受拉屈服，破坏前有预兆，属“延性破坏”；（3）后者远侧钢筋不能受拉屈服，破坏时取决于混凝土的抗压强度且无预兆，属“脆性破坏”；（4）存在界限破坏（类似受弯构件正截面）：远侧钢筋屈服的同时，近侧混凝土压碎界限破坏也属于受拉破坏5）偏心受压构件截面平均应变符合平截面假定5.3.2 偏压受压长柱的破坏类型 特点：（1）破坏形式取决于长细比；（2）随着长细比的增加，产生纵向弯曲，出现附加弯矩又称二阶弯矩 两种破坏形式：“材料破坏”、“失稳破坏”5.4 偏心受压构件（长柱）的二阶弯矩偏心受压构件二阶弯矩包括由纵向弯曲和结构侧移两种情况引起 1.偏压构件纵向弯曲引起的二阶弯矩 1)两端作用有相等的端弯矩 M=M0+My=Nei+Ny Mmax=Nei+Nf2)两端弯矩不相等但符号相同 一阶M增大较多,但临界面上的Mmax比两端弯矩相等时小3)两端弯矩不相等而符号相反 沿构件产生一个反弯点,一阶弯矩增加很少或可能不增加2. 结构侧移时偏压构件的二阶弯矩 有侧移时二阶弯矩为结构侧移和杆件变形所产生的附加弯矩的总和.3.偏心矩增大系数 对长细比较大的受压构件,应考虑二阶弯矩的影响,用初始偏心距ei乘以表示 ei +f=(1+f/ei)ei =eiei= e0 + ea e0轴力对截面重心的偏心距e0 =M/N ea附加偏心距取偏心方向尺寸的1/30及20mm的较大值（考虑荷载作用位置不定性、混凝土质量不均匀性、施工误差等因素） f长柱侧向弯曲后所产生的最大挠度值 考虑二阶弯矩影响的偏心距增大系数当当l l0 0/ h/ h5 5时时, , 取取 =1=1当当1 11 1时时, , 取取 1 1 =1=1当当l l0 0/ h/ h1515时时, , 取取 2 2 =1=1-L0法 通过计算来考虑偏心受压长柱由于纵向弯曲而产生的二阶弯矩； 我国混凝土结构设计规范是通过柱的计算长度l0的取值来考虑结构侧移对二阶弯矩的影响； 既考虑了偏心受压长柱由于纵向弯曲而产生的二阶弯矩，又考虑了结构侧移对二阶弯矩分布规律的影响；此方法称为-L0法。

5.5矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力基本计算公式大偏压构件类似于。