混凝土结构设计原理 课件 第6章-受压.ppt

第六章 受压构件,,第六章 受压构件,▲定义：以承受压力为主的构件如柱、墙、桥墩等,▲分类,,第六章 受压构件,,第六章 受压构件,,第六章 受压构件,,,6.1 受压构件的构造要求—自学（掌握）,第六章 受压构件,1、形状 （1）一般 采用方形、矩形截面； （2）单层工业厂房的预制柱常采用I字形截面； （3）圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱 2、截面尺寸,6.1.1 截面形状和尺寸,（1）最小截面尺寸：250×250mm （2）长细比要求：l0/b≤30、l0/h≤25及l0/d≤25 （3）模数尺寸：边长800mm时，以50mm为模数， 边长 800mm时，以100mm为模数第六章 受压构件,1、混凝土：应采用强度等级较高的混凝土； 一般结构常用C25~C40； 高层建筑常用C50~C60 2、钢筋：常用HRB335和HRB4006.1.2 材料强度,1、最小配筋率 （1）规定最小配筋率的原因 一是防止混凝土受压脆性破坏；二是承担偶然的附加弯矩、混凝土的收缩和温度变化产生的拉应力 （2）最小配筋率的取值,6.1.3 纵向钢筋,全部纵向钢筋的配筋率：建工 0.6%。

道桥 0.6%（ C50）  0.5%（ C45） 一侧纵向钢筋的配筋率 0.2% 2、最大配筋率 全部纵筋配筋率不宜大于5%第六章 受压构件,4、纵向受力钢筋的直径：不宜小于12mm； 宜根数少而直径粗3、纵向受力钢筋的根数： 矩形截面不得少于4根； 圆形截面不宜少于8根，不应少于6根5、柱侧面的纵向构造钢筋： h≥600mm时，应设直径10~16mm的纵向构造钢筋第六章 受压构件,7、纵向受力钢筋的净间距： ≥ 50mm 8、纵向受力钢筋的中距：建工 300mm 道桥 350mm 6、纵向钢筋的保护层厚度：一般为30mm1、箍筋形式：采用封闭式 2、箍筋间距：  400mm； 截面的短边尺寸；  15d 3、箍筋直径： ≥ d/4 建工≥ 6mm 道桥≥ 8mm 4、 当柱中全部纵筋的配筋率3%时，,第六章 受压构件,6.1.4 箍筋,箍筋直径≥ 8mm； 箍筋间距 10倍纵筋最小直径，且 200mm 箍筋末端应作成135°的弯钩， 弯钩末端平直段长度≥ 10箍筋直径,,第六章 受压构件,,第六章 受压构件,,第六章 受压构件,,▲轴心受压承载力是正截面受压承载力 的上限。

▲本节分普通箍筋柱和螺旋箍筋柱两种情况 （焊接环式箍）,6.2 轴心受压构件正截面受压承载力,第六章 受压构件,,第六章 受压构件,▲纵筋的作用,（1）直接受压，提高柱的承载力； （2）承担偶然偏心等产生的拉应力； （3）改善破坏性能（脆性）； （4）减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响▲箍筋的作用,（1）固定纵筋，形成钢筋骨架； （2）承担剪力； （3）约束混凝土，改善混凝土的性能； （4）给纵筋提供侧向支承，防止纵筋压屈6.2.1 轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力,,第六章 受压构件,,1、轴心受压短柱的受力性能,第六章 受压构件,（1）短柱的概念： l0/b≤8、l0/i≤28,（2）短柱的受力性能,,,,,,,第六章 受压构件,,2、轴心受压长柱的受力性能,第六章 受压构件,（1）受力时，N不可避免的初始偏心， 引起的侧向弯曲、附加弯矩不可忽略2）破坏时，凸边出现横向裂缝，砼拉裂； 凹边出现纵向裂缝，砼压碎， 构件破坏3、配普通箍筋柱的承载力计算,第六章 受压构件,（2）计算公式,（1）计算简图,建 工,道 桥,,4、柱的计算长度--l0,第六章 受压构件,（1）理想支承时：柱的计算长度--l0,,第六章 受压构件,（2）实际柱的计算长度l0 （了解）,（见GB50010第7.3.11条。

具体有以下三条规定）,（a）刚性屋盖单层房屋排架柱、露天吊车柱和栈桥柱,,第六章 受压构件,（b）一般多层房屋中梁柱为刚接的框架结构柱,（c）水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75%以上时， 框架柱的计算长度取下列两公式中的较小值：,本页（了解）,,6.2.2 配螺旋箍筋或焊接环式箍筋柱的受压承载力计算,第六章 受压构件,1、配螺旋箍筋柱的受力性能,2、配螺旋箍筋柱的轴心受压承载力计算公式推导,,,,,,dcor,,,代 入,推 得,,Acor=πdcor2/4,,,,▲螺旋箍筋换算成相当的纵筋面积,a --间接钢筋对砼约束的折减系数 当混凝土≤C50时，取a = 1.0； 当混凝土为C80时，取a =0.85，其间线性插值 k --间接钢筋影响系数； k ＝2 a,,建工,道桥,,,,,,区别,建工公式,道桥公式,,,,,▲建工与道桥公式的区别,,第六章 受压构件,,第六章 受压构件,3、公式说明（道桥的规定与建工相同）,▲,,▲遇下列情况之一，按普通箍筋柱计算,,▲ 螺旋箍筋的换算截面面积Ass0 0.25 A’s （ A’s－－全部纵筋面积） ▲ 螺旋箍筋的间距 80mm ；  dcor/5 ； 40mm。

▲螺旋箍筋的直径  6mm（建工）；  8mm（道桥）  d/4；,第六章 受压构件,4、螺旋箍筋的构造规定,,6.3.1 破坏形态,试验表明： 偏心受压短柱有受拉破坏和受压破坏两种形态； 影响破坏形态的主要因素是偏心距e0和纵向钢筋配筋率第六章 受压构件,6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态,,▲As先屈服；压区混凝土后压碎 ▲延性破坏 ▲破坏特征与适筋的双筋梁相似第六章 受压构件,（1）发生条件：偏心距e0较大， As的数量合适2）破坏特征,,（1）发生条件： （a）相对偏心距e0/h0较小； （b）相对偏心距e0/h0较大，但As的数量过多第六章 受压构件,2、受压破坏--- 小偏心受压破坏,,▲离纵向力较近一侧的混凝土压碎，钢筋屈服； 离纵向力较远一侧的钢筋不屈服 ▲脆性破坏 ▲破坏特征与超筋梁相似 ▲受压破坏的第二种情况在设计时应予避免第六章 受压构件,（2）受压破坏的特征,,受拉钢筋屈服与受压区边缘混凝土达到ecu 同时发生与适筋梁和超筋梁的界限类似第六章 受压构件,▲界限破坏,,6.3.2 长柱的正截面受压破坏,,第六章 受压构件,（1） l0/h较大时，纵向弯曲不能忽略。

（2）右图中， N ei 称一阶弯矩， N f 称二阶弯矩1、纵向弯曲引起二阶效应,（3） 长细比l0/h很大时， 发生失稳破坏； 长细比l0/h一定时， 发生材料破坏y,f,,l0,ei,,,,,,（a） 侧向挠度 f 很小， 可忽略 （b） M随N线性增长 （c） 最后为材料破坏第六章 受压构件,2、三种破坏类型 （1）短柱（ l0/h≤5）,,,,,,M,N,,N0,,,,短柱,A,B,D,N0ei,,,（a）侧向挠度 f 不能忽略 （b） M随N非线性增长 （c）最后为材料破坏 （d）轴向承载力低于相同 情况的短柱的承载力第六章 受压构件,（2）长柱（ l0/h=5~30）,,（a）侧向挠度 f 的影响 很大 （b）最后为失稳破坏 （c）细长柱不应采用第六章 受压构件,（3）细长柱（ l0/h30）,,第六章 受压构件,6.4 偏心受压长柱的二阶弯矩,无侧移,有侧移,1、 的定义,6.4.3 偏心距增大系数,,y,f,,l0,ei,,,,,,第六章 受压构件,,,,,,,,,,,,,,,,,再考虑修正系数z1（截面曲率修正系数） 影响系数z2（长细比影响系数），后得,,第六章 受压构件,,第六章 受压构件,3、的计算公式,,1、界限破坏的特征：受拉钢筋屈服与受压区边缘混凝土达到ecu 同时发生。

第六章 受压构件,6.5 矩形截面偏压构件正截面受压承载力计算公式,2、相对界限受压区高度b,3、大小偏心的分界:  b 为大偏心受压  b 为小偏心受压,6.5.1 大小偏心破坏的界限,,（1）计算简图 等效矩形应力图第六章 受压构件,1、大偏心受压构件的计算,6.5.2 偏压构件的正截面承载力,（2）计算公式,其中,e0=M/N,,第六章 受压构件,（3）计算公式的条件,x  xbh0 x2as',注：道桥无ea,（1）计算简图,2、小偏心受压构件的计算,（2）计算公式,,第六章 受压构件,,,,第六章 受压构件,（3）钢筋应力ss的计算,（a）由试验可知：小偏压时， ss与x 基本成线性关系b）推导ss的计算公式 由右图可知： x = b1 xcb，ss=fy x = b1 h0，ss=0,（c）计算公式,,可能发生As一侧混凝土首先压坏（反向破坏），此时应按下式验算：,e'=0.5h-as'-(e0-ea) h'0=h-as',第六章 受压构件,▲ 若当Nfcbh时（建工） 若N作用在As和As’之间时（道桥）,式中,max,e'=0.5h-e0 －as' h'0=h-as',6.6 不对称配筋矩形截面偏压构件承载力的计算方法,,第六章 受压构件,截面设计,截面复核,,两类问题,,有,6.6.1 截面设计,▲大小偏心受压的分界,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,第六章 受压构件,由上表可知：（hei/h0）b=0.284~0.322 故取hei/h0 =0.3为近似分界条件,▲近似判据的由来－－了解,将x =xb代入大偏压计算公式可推得，,相对界限偏心距,,第六章 受压构件,▲ 垂直于弯矩作用平面的受压承载力的验算,第六章 受压构件,,▲偏压构件的计算类型,计算类型,对称配筋无A’s已知求As，其余相同,第六章 受压构件,,条件不够时，结合受力特性或经济性补充条件后求解。

类型很多， 不管是哪一类型，始终是利用基本公式和公式条件求解第六章 受压构件,,1、大偏压截面设计,（1）计算简图,（2）计算公式,第六章 受压构件,,（3）计算公式的条件,x  xbh0 x2as',（4） As 、A’s应满足最小配筋率：,As  0.002bh； A's  0.002bh,As + A's  0.006bh,（5） As 、A’s应满足最大配筋率：,As + A's  0.05bh,第六章 受压构件,,（6）截面设计分两种类型 类型一：As、A’s均未知； 类型二：A’s已知，As未知,▲求解：利用两个基本公式可得,,▲求解：先由基本公式2求 x,第六章 受压构件,（8）类型二：已知b×h；fc、fy，fy’； l0/h；N、M， A’s，求As,▲分析：,未知数：As、 x,,若2as’ x  xbh0，则：,若x xbh0？,★若As rminbh？ 则取As=rminbh,按As、A’s均未知－－转类型一,第六章 受压构件,取x= 2as’ ，计算As ，则：,若x2as’ ？,,,2、小偏压截面设计,第六章 受压构件,（1）计算简图,（2）计算公式,,公式中：,（6）截面设计分两种类型(即类型三和类型四） 类型三：As、A’s均未知； 类型四：A’s已知，As未知,,第六章 受压构件,▲建工当Nfcbh时,措施：,,第六章 受压构件,确定As后 ，,▲求解：,由基本公式先求x ， 根据求得的x ，分以下四种情况，求A’s,▲求解：先由基本公式2求x， 根据x ，分以下四种情况，求As,（8）类型四：已知：A’s，求As,▲分析：,未知数:As、 x,若x xb，转类型二,若xb x (2b1 -xb)，则将x 代入基本公式1求As,若(2b1 -xb) x h/h0 ，取ss= -fy’， 代入基本公式1求As,若x h/ h0 ，取x=h，a1 =1，ss= -fy’， 代入基本公式1求As,,均需验算As 0.002bh,最后还需轴压验算,,第六章 受压构件,6.6.2 不对称配筋截面复核,▲两种类型：。