《结构设计原理》教案第六章钢筋混凝土受压构件承载能力计算
33页1、1、轴心受压构件在实际工程中几乎没有。如果荷载偏心距很小,所产生的弯矩与其轴力相比甚小,可略去不计时,则视为轴心受压构件。其计算方法简单,但应重视它的构造要求,并注意细长比对失稳的重要影响。螺旋箍盘柱施工较复杂,只有当柱子受力很大时,才考虑采用它。 2、矩形、I形偏心受压构件必须确定是大偏心还是小偏心,因为两者在计算上有本质的差别。 3、偏心受压构件可以看成是轴心压力N和弯矩M=Ne0 的共同作用。由于M的作用将使构件产生挠曲变形f又和轴心压力N组成附加弯矩,从而使其计算复杂化。附加弯矩的大小与N、e0和f有关,而f又与截面尺寸、配筋多少、混凝 土强度等级、钢筋种类等因素有关。 4、学习时要注意大小偏心二种情况的计算公式、分界条件、适用条件等。 5、大偏心受压构件的受力和变形特点,与受弯构件双筋梁相类似;小偏受压构件的受力和变形特点与轴心受压构件相类似。学习时可与受弯构件和轴心受压构件结合起来学习,以加深理解。 6、圆形截面偏心受压构件不分大小偏心,重点掌握实用计算法。第一节 轴心受压构件的强度计算一、普通箍筋柱二、螺旋箍筋柱以承受轴向压力为主的构件称为受压构件。凡荷载的合力通过截面形
2、心的受压构件称之为轴心受压构件(compression members with axial load at zero eccentricity)。若纵向荷载的合力作用线偏离构件形心的构件称之为偏心受压构件。 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。按箍筋作用的不同,钢筋混凝土轴心受压构件可分为两种基本类型:一种为配有纵向钢筋及普通箍筋的构件,称为普通箍筋柱(tied columns),如图;另一种为配有纵向钢筋及螺旋箍筋或焊环形箍筋的螺旋箍筋柱(spirally reinforced columns),如图。一、普通箍筋柱(一)构造要点1、截面形式:正方形、矩形、工字形、圆形;2、截面尺寸:根据正压力、柱身弯距来确定,截面最小边长不宜小于250mm;3、纵筋:(1)纵向受力钢筋的直径不应小于12mm,其净距不应小于50mm,也不应大于350mm,根数不少于根。(2)构件的全部纵向钢筋配筋率不宜超过5%。构件的最小配筋率不应小于0.5%,当混凝土强度等级为C50及以上时不应小于0.6%;同时,一侧钢筋的配筋率不应小于0.2%。(3)纵向受
3、力钢筋应伸入基础(foundations)和盖梁(caps),伸入长度不应规定的锚固长度。4、箍筋:(1)箍筋应做成封闭式,以保证钢筋骨架的整体刚度。(2)箍筋间距应不大于纵向受力钢筋直径的15倍且不大于构件横截面的较小尺寸(圆形截面采用0.8倍直径)且不大于400mm。纵向受力钢筋搭接范围的箍筋间距,当绑扎搭接钢筋受拉时不大于主钢筋直径的5倍且不大100mm;当搭接钢筋受压时不大于主钢筋直径的10倍且不大于200mm。纵向钢筋截面面积大于混凝土截面面积3%时,箍筋间距不应大于纵向钢筋直径的10倍且不大于200mm。(3)箍筋直径不小于8mm且不小于纵向钢筋直径的1/4。(4)构件内纵向受力钢筋应设置于离角筋,间距s不大于150mm或15倍箍筋直径(取较大者)范围内,如超出此范围设置纵向受力钢筋,应设复合箍筋(compound stirrup)。各根箍筋的弯钩接头,在纵向其位置应错开。箍筋构造见图(-2);当遇到柱截面内折角的构造时,则箍筋应按照如图的方式布置。当遇到柱截面内折角的构造时,则箍筋应如图方式布置。(二)破坏状态分析1、短柱(short columns)破坏,如图:在开始加
4、载时,混凝土和钢筋都处于弹性工作阶段,钢筋和混凝土的应力基本上按其弹性模量(elastic modulus)的比值来分配。当外荷载稍大后,随着荷载的增加,混凝土应力的增加愈来愈慢,而钢筋的应力基本上与其应变成正比增加,柱子变形增加的速度就快于外荷增加的速度。随着荷载的继续增加,柱中开始出现微小的纵向裂缝。在临近破坏荷载时,柱身出现很多明显的纵向裂缝,混凝土保护层开始剥落,箍筋间的纵筋被压曲向外鼓出,混凝土被压碎,柱子发生破坏时,混凝土的应力达到轴心抗压极限强度fck,相应的应变达到其抗压极限应变(一般取c=0.002),而钢筋的应力为s=sEs=400mpa,但应小于其屈服强度,此值即为钢筋的抗压设计强度。2、长柱(long columns)破坏,如图:其破坏由于丧失稳定导致的。由于初始偏心距的存在,构件受荷后产生附加弯矩,伴之发生横向挠度,加速了构件的失稳破坏。构件破坏时,首先在靠近凹边出现大致平行于纵轴方向的纵向裂缝,而在凸边发生水平的横向裂缝,随后受压区混凝土被压溃,纵筋向外鼓出,横向挠度迅速发展,构件失去平衡,最后将凸边的混凝土拉断。长柱的破坏荷载较小,一般是采用纵向弯曲系数来
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