建筑工程结构课件PPT-05-钢筋混凝土轴心受力构件-受压

1、第四章 轴心受力构件的受力性能第二篇 混凝土结构构件轴心受压构件1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。23 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。普通钢箍柱：箍筋的作用？纵筋的作用？螺旋钢箍柱：箍筋的形状为圆形，且间距较密，其作用？45纵筋的作用：提高受压承载力，减小截面尺寸；防止因初始偏心或者其它因素引起的附加弯矩在构件中产生

2、的拉力；减小砼的徐变；提高柱的延性。 箍筋的作用：与纵筋形成骨架，防止纵筋压屈；箍筋对内部混凝土的约束可以改善构件的延性性能。螺旋形箍筋可以提高构件的承载力和延性。6轴心受压构件分类初始偏心产生附加弯矩在截面尺寸、配筋、强度相同的条件下，长 柱的承载力低于短柱，(采用降低系数来考虑)受压构件lo/i 28 lo/b 8lo/i 28短柱 长柱 加大初始偏心，最终构件是在M，N共同作用下破坏。附加弯矩引起挠度轴心受压长柱的破坏形式 轴心受压短柱的破坏形式：在N作用下压坏 7配有普通箍筋轴心受压短柱 试验研究bhAsANcNc混凝土压碎钢筋凸出oNcl混凝土压碎钢筋屈服第一阶段：加载至钢筋屈服第二

3、阶段：钢筋屈服至混凝土压碎8受力特点（附图） 整个截面的应变是均匀的。 荷载较小时，压应变和压应力与荷载基本呈线性关系。荷载较大时，压应变增加速度加快。随荷载增大，纵筋应力增长加快，砼应力增长缓慢（产生应力重分布）。 当荷载长期作用时，由于砼产生徐变，纵筋应力进一步增大，砼应力进一步减小。 纵筋达到屈服，而后砼压坏。9轴心受压短柱的受力分析 截面分析的基本方程NccAs ssss=Essys,hfy0=0.002ocfcc平衡方程变形协调方程NccAs s0=0.002ocfccsss=Essys,hfyNccAs s0=0.002ocfcc10轴心受压短柱的受力分析 荷载-变形关系NccAs

4、 fy当0=0.002时，混凝土压碎，柱达到最大承载力若 s=0=0.002，则轴心受压短柱中，当钢筋的强度超过400N/mm2时，其强度得不到充分发挥11三、轴心受压短柱的受力分析 长期荷载下徐变的影响Nc施加后的瞬时NcAslNcAs s1c1l i12三、轴心受压短柱的受力分析 长期荷载下徐变的影响NcAslNcAs s1c1l ic2As s2Ncl （i+ cr）经历徐变后产生了钢筋与砼之间的应力重分布,最小配筋率要求13轴心受压短柱的受力分析 长期荷载下徐变的影响Nc撤去后NcAslNcAs s1c1l ic2As s2Ncl （i+ cr）NcAs s3c3l cr最大配筋率要求

5、14轴心受压长柱的受力分析 1. 试验研究长柱的承载力短柱的承载力（相同材料、截面和配筋）原因：长柱受轴力和弯矩（二次弯矩）的共同作用15细长轴心受压构件的承载力降低现象 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NAsfcf y Asbh16轴心受压长柱的受力分析 稳定系数和长细比l0/b（矩形截面）直接相关混凝土结构设计规范中，为安全计，取值小于上述结果，详见教材表4-117四、轴心受压长柱的受力分析 3. 承载力稳定系数应用：设计、截面复核 系数0.9 是可靠度调整系数18设计方法 （1）截面设计 已知：轴心压力设计值N，材料强度等级 、 构件计算长度 ，截面面积b

6、xh 求：纵向受压钢筋面积 （2）截面复核 已知：纵向受压钢筋面积 ，材料强度等级 、 构件计算长度 ，截面面积bxh 求：柱承载力197.1.3 设计方法 1）设计截面 已知 、 、 ，求 、 。 计算步骤： （1）根据设计经验，初步确定 （或先假定 和 ，估算 ）。 （2）在表4-1中，由 或 查 。 （3）由公式（4-17）计算 。 例题 120 2）复核截面 已知 、 、 、 ，求 。 计算步骤： （1）在表4-1中，由 或 查 。 （2）由公式（72）计算 。 例题 221配有螺旋式或焊接环式间接钢筋轴心受压柱的受力分析 1. 配筋形式ssdcordcor222. 试验研究Nc素混凝

7、土柱普通钢筋混凝土柱螺旋箍筋钢筋混凝土柱荷载不大时螺旋箍柱和普通箍柱的性能几乎相同保护层剥落使柱的承载力降低螺旋箍筋的约束使柱的承载力提高标距NcNc23 受力特点 螺旋箍筋犹如套筒，限制核心砼的横向变形，使砼处于三向受压应力状态，从而提高了柱的受压承载力。 由于提高受压承载力的方式是间接的，故螺旋箍筋又称间接钢筋。 破坏形态 砼保护层已剥落，纵筋已屈服，箍筋也已屈服，核心砼在三向受压状态下被压碎。 24达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）3. 承载力计算f y Ass1f y Ass12sdcor25按钢筋体积相等，将间接钢筋换算为纵筋。螺旋箍筋对混凝土约束的折减系数a，当fcu,k50N

8、/mm2时，取a = 1.0；当fcu,k=80N/mm2时，取a =0.85，其间直线插值。26 采用螺旋箍时，应注意几个问题： 如螺旋箍筋配置过多，极限承载力提高过大，则会在远未达到极限承载力之前保护层产生剥落，从而影响正常使用。 规范规定， 按螺旋箍筋计算的承载力不应超过按普通箍筋柱受压承载力的150%。 对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形较大，截面不是全部受压，螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。规范规定 对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。 螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距s有关，为保证有一定约束效果，规范规定： 螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋A

9、s 面积的25%按螺旋箍筋计算的承载力不应小于按普通箍筋柱计算的受压承载力。27 4）构造要求 间接钢筋间距不应大于80mm及 ，也不应小于40mm。 纵筋一般为68根，沿圆周均匀布置。 例题 328 由于侧向挠曲变形，轴向力将产生二阶效应，引起附加弯矩。 对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。 图示典型偏心受压柱，跨中侧向挠度为 f 。 对跨中截面，轴力N的偏心距为ei + f ，即跨中截面的弯矩为 M =N ( ei + f )。 在截面和初始偏心距相同的情况下，柱的长细比l0/h不同，侧向挠度 f 的大小不同，影响程度会有很大差别。2930 例题1 某无侧移多层现浇框架结构

10、的第二层中柱，承受轴心压力设计值 ，柱的计算长度 ，混凝土强度等级为（ ），用HRB400级钢筋配筋（ ），环境类别为一类。试设计该截面。31 解（1）假定 则由公式（4-17）可求得 采用正方形截面，则取32 （2）计算 及 则 由表4-1查得 。 （3）求选用4B18，。33 故计算中取 是可行的(如果所得 则在计算 值时，应扣除 值，重新计算)。 符合最小配筋率的要求。34 例题2 某无侧移现浇框架结构底层中柱的柱高3.5m（ =1.0），截面尺寸 柱内配有4C16纵筋（ ），混凝土强度等级为C30。柱承受轴心压力设计值 ，试核算该柱是否安全。35 解（1）求 和 则由表4-1查得 （）求 说明：由于截面长边尺寸小于300mm，故将混凝土抗压强度设计值乘以系数0.8。36 例题3 某大楼底层门厅内现浇钢筋混凝土柱，承受轴心压力设计值 计算长度 根据建筑设计要求，柱的截面为圆形,直径 混凝土强度等级为C30( )纵筋采用HRB400级钢筋（ ），箍筋采用HRB335级钢筋（ ），试确定柱的配筋。37 解（）