钢筋溷凝土受拉构

1、 钢筋混凝土受拉构件承受纵向拉力的构件，称为受拉构件。当纵向拉力作用线与构件截面形心轴线重合时，称为轴心受拉构件；当纵向拉力作用线偏离构件截面形心轴线时，或构件上既作用有轴心拉力又作用有弯矩时，则称为偏心受拉构件。真正的钢筋混凝土轴心受拉构件是很少的，但有些构件，如钢筋混凝土屋架或托架的受拉弦杆和腹杆以及拱的拉杆。这类杆件主要承受轴心拉力，有时也伴随有一定的弯矩作用。由于弯矩通常较小，故可忽略不计而把杆件按轴心受拉设计。又例如圆形筒仓或水池的池壁，由于承受粒料或水作用在池壁上的径向压力，在水平方向也处于环向轴心受拉状态，故也应按轴心受拉构件进行设计。偏心受拉构件在实际工程中虽然不是量大面广的构

2、件，但也常会遇到。例如联肢剪力墙的某些墙肢、双肢柱的某些肢杆以及悬伸式桁架承受节间竖向荷载的受拉上弦杆以及一般屋架承担节间荷载的下弦杆等都属于偏心受拉构件;此外，经常遇到的矩形筒仓、斗仓及水池，其仓壁或池壁也多同时受有轴向拉力及平面外的弯矩作用，故也属于偏心受拉构件。5.1 轴心受拉构件5.1.1轴心受拉构件的受力分析钢筋混凝土轴心受拉构件一般采用正方形、矩形或其它对称截面，纵向钢筋在截面中对称布置或沿周边均匀布置，因此在混凝土开裂之前，截面中的应变分布是均匀的，由截面中的钢筋和混凝土共同承担拉力；混凝土开裂后，开裂处的混凝土不再承受拉力，所有拉力均由纵向钢筋来承担；破坏时整个截面全部裂通。

3、5.1.2建筑工程中轴心受拉构件正截面承载力计算 正截面是指与构件轴线垂直的截面。轴心受拉构件的抗拉能力仅仅取决于纵向钢筋的抗拉能力，故根据图5-1即可写出 （5-1）式中轴心拉力组合设计值；纵向受拉钢筋的全部截面面积；钢筋的抗拉强度设计值，按附表2-3取用，为防止构件在正常使用阶段变形过大，裂缝过宽，取值应不大于。 图 5-1钢筋混凝土轴心受拉构件例题5-1某钢筋混凝土屋架的下弦杆，按轴心受拉构件设计。其端节间的最大拉力设计值为kN，采用HRB335级钢筋配筋，试求所需纵向钢筋面积，并为其选用钢筋。解由附表2-3查得。由式（5-1）可得纵向钢筋截面面积为从安全与经济两个方面考虑，选用钢筋时，

4、应尽可能使实际配筋面积接近按计算需要的面积，二者之差宜控制在5%以内。查附表11-1可知，可选纵向钢筋为416，。5.1.3公路桥梁工程中轴心受拉构件正截面承载力计算公路桥涵工程中，轴心受拉构件正截面承载力同样可由静力平衡条件求得。但是，公路桥涵规范对可靠度的要求比建筑工程规范高一些，因此材料强度的设计值不完全一样。此外，建筑工程规范具体计算时将结构重要性系数包含在内力设计值中，而公路桥涵规范则将结构重要性系数与内力设计值分别表示，所采用的符号与建筑工程规范也不完全相同。公路桥梁工程中，轴心受拉构件正截面承载力的计算公式为 （5-2）式中0桥梁结构的重要性系数，按公路桥梁的设计安全等级，一级、

5、二级、三级分别取用1.1，1.0，0.9； 轴心拉力组合设计值；纵向受拉钢筋的全部截面面积；纵向钢筋的抗拉设计强度，按附表10-6采用，其取值不大于。5.1.4构造要求1.纵向受力钢筋（1）轴心受拉构件的受力钢筋不得采用绑扎的搭接接头；（2）为避免配筋过少引起的脆性破坏，轴心受拉构件一侧的受拉钢筋的配筋率应不小于0.2%和0.45中的较大值；（3）受力钢筋沿截面周边均匀对称布置，并宜优先选择直径较小的钢筋。2.箍筋箍筋直径不小于6mm，间距一般不宜大于200mm，（屋架的腹杆不宜超过150mm）。5.2偏心受拉构件工程中出现的偏心受拉构件截面多为矩形，故下面只讨论这类截面偏心受拉构件的设计问题

6、。当遇到其它截面形状（如T形）的偏心受拉构件时，亦不难根据下面叙述的原则，参照T形截面受弯构件的作法做出相应处理。5.2.1矩形截面偏心受拉构件的正截面承载力计算我们可以把偏心受拉构件正截面的受力性能看作是介于受弯（N=0）和轴心受拉（M=0）之间的一种过渡状态。因此，根据截面中作用的弯矩和轴向拉力的比值不同，也就是轴向拉力偏心距的不同，截面的受力情况将出现明显的差异。如图5-2所示，矩形截面偏心受拉构件的纵向钢筋也是沿截面的两个与偏心方向垂直的对边布置的。为了便于讨论问题，设矩形截面上距轴向力N较近一侧的纵向钢筋截面面积为，较 图 5-2钢筋混凝土偏心受拉构件截面远一侧为。根据轴向力N作用在

7、截面上的位置（偏心距）的不同分为两类偏心受拉构件。当轴向拉力N作用在与之间时，为小偏心受拉；而当轴向拉力N作用在与之外时，为大偏心受拉。 （一）小偏心受拉构件截面的受力特点及设计计算方法如图5-3a，b所示，当纵向拉力作用在与之间时，截面即属于小偏心受拉。这时，根据偏心距的大小又可以区分为以下两种情况。当偏心距很小时（）,截面从一开始受力就全部处于受拉状态。随着拉力的增大，截面混凝土将由受拉较大一侧开始迅速向对边贯通。此时，裂缝截面混凝土退出工作，偏心拉力将由两侧的钢筋（和）共同承担，只是承受的拉力较大。图 5-3小偏心受拉构件截面受力情况当偏心距较大，但尚未超过时，最初截面中的混凝土是一侧受

8、拉，而另一侧少部分受压的（图5-3b）。从图可以看出，当受拉边混凝土开裂后，由于纵向拉力作用在纵筋内侧，为了保持平衡，另一侧的截面就不再可能受压。这意味另一侧混凝土最后也将转为受拉并继而开裂，另一侧的纵筋也变成受拉钢筋。 因此，不论图5-3a，b所示的哪种情况，截面混凝土都将裂通，偏心拉力全由左右两侧钢筋承受。只要两侧钢筋均不超过正常需要量，则当截面达到承载力极限状态时，两侧钢筋的拉应力均可能达到屈服强度。这就是小偏心受拉截面的共同特点。 根据图5-3a或b即可写出小偏心受拉截面破坏阶段的基本平衡方程式: 根据平衡条件，小偏心受拉构件的计算公式 （5-3） （5-4） （5-5） 式中 在进行

9、截面设计时，可直接用以上公式（5-4）和（5-5）求出两侧的受拉钢筋截面面积。在进行截面复核时，将已知条件直接代入式（5-4）和（5-5）检查是否满足即可。 应当指出的是，偏心受拉构件中的每个截面在轴向拉力N和弯矩M的共同作用下都将产生拉伸和弯曲，因此杆件也将产生侧向弯曲。但与偏心受压构件相反，这种侧向弯曲不是起增大截面弯矩的作用，而是如图5-4所示，起减小截面弯矩的作用。由于这种有利影响在各类结构的偏拉杆件的各个截面中效果各异，故在设计中一般都不考虑侧向弯曲的这种有利影响。 图5-4偏心受拉构件的侧向弯曲 （二）大偏心受拉构件截面的受力特点及设计计算方法 如图5-5所示，当偏心拉力作用在和以

10、外时，构件截面就属于大偏心受拉。这类截面从开始受力起就处于靠近偏心拉力一侧的部分截面受拉，而截面的其余部分受压的状态。随着偏心拉力的增加，靠近偏心拉力一侧的混凝土开裂，裂缝虽能开展，但不会贯通全截面，始终保持一定的受压区。其破坏特点取决于靠近偏心拉力一侧的纵向受拉钢筋的数量。当适量时，它将先达到屈服强度，随着偏心拉力的继续增大，裂缝开展、混凝土受压区缩小，受压钢筋屈服，最后，因受压区混凝土达到极限压应变时，受压区混凝土压碎而导致构件的最终破坏。这是大偏心受拉构件的正常破坏形式。但是，如果受拉钢筋配置过多，而受压钢筋又未相应配置足够，则受压区混凝土将可能先于受拉钢筋屈服而被压碎。这与超筋受弯构件

11、的破坏形式类似。由于这种破坏是无预告的和脆性的，而且受拉钢筋的强度也没有得到充分利用，故这种破坏形式在设计中应当避免。在大偏心受拉截面中可以与受弯构件类似，用图5-5所示受压区混凝土的矩形应力分布图形来代替实际的曲线形应力分布图形。根据平衡条件有基本计算公式: 图5-5大偏心受拉构件截面受力情况 （5-6） （5-7）式中 。基本公式的适用条件是: 现分别按截面设计和截面复核来说明这类截面的设计计算方法。（1）截面设计在进行截面设计时与大偏心受压类似，亦可区分以下二种情况。第一种情况：和均为未知。为了使计算出的和的总和为最省，可按与大偏心受压截面相同的原则选取受压区高度。将所取的代入公式（5-

12、7），即可求得所需的受压钢筋截面面积。如求得的大于，说明取成立。则可将各已知值代入公式（5-6），即可求得所需的受拉钢筋截面面积。如求得的小于或为负值，则说明取不能成立，此时应根据构造要求选用受压钢筋截面面积。然后按为已知的第二种情况进行计算。 第二种情况：已知求。此时公式为两个方程解两个未知数。可由式（5-6）及（5-7）联立求解。计算时若满足的条件，则可将代入式（5-6）求得所需的受拉钢筋截面面积。 若发现，则表明受压钢筋配置过少，不满足基本平衡方程的适用条件，因此应按第一种情况重新确定。 若或为负值，则表明受压钢筋位于混凝土受压区合力作用点的内侧，破坏时将达不到其屈服强度，即的应力为一未

13、知量。此时可以取即假定受压区混凝土的压力与受压钢筋承担的压力的作用点相重合。于是，利用对受压钢筋形心的力矩平衡条件即可写出 （5-8）或下列直接计算的公式： （5-9） 例题5-3 某矩形钢筋混凝土贮仓的仓壁，厚度，混凝土强度等级为C20，钢筋为HPB235级。在某个lm高的仓壁范围内，仓壁垂直截面内作用的水平轴心拉力为，弯矩为（该弯矩使仓壁外侧受拉，内侧受压）。试按正截面承载力确定在这段lm高的垂直截面中沿内壁和外壁需要配置的水平受力钢筋。 解由图5-6中可以看出截面属于大偏心受拉。由于和均为未知，故取 代入公式（5-7）得表明按计算不需要受压钢筋，但按构造受压钢筋应为。选用8150，置于仓

14、壁内侧。然后按已知求。需重新求。由式（5-7）求得： 图5-6贮仓壁 说明受压钢筋不屈服 实选12150，置于仓壁外侧。截面配筋如图5-6所示。 （2）截面复核 在进行截面复核时，截面尺寸、配筋、材料强度以及偏心距均为已知，故可代入基本平衡方程（5-6）和（5-7）解得受压区高度。如果满足适用条件，即可将各已知值代入公式（5-7）求得截面所能承担的偏心拉力。 如果求得的，则说明配置过多，截面破坏时，受拉纵向钢筋应力不可能达到屈服强度。此时应计算纵向受拉钢筋应力，所用公式和方法同受压构件，然后对偏心拉力作用点取矩，求得，再把代入公式（5-6），即可求得截面所能承担的偏心拉力。如果求得的，则可直接

15、由公式（5-8）求得截面所能承担的偏心拉力。5.2.2公路桥涵工程偏心受拉构件正截面承载力计算与建筑工程相同，偏心受拉构件由于偏心拉力的作用位置不同分为两种，如图5-7所示。小偏拉大偏拉图5-7偏心受拉构件截面受力情况当纵向力作用在与之间时，截面即属于小偏心受拉；当纵向力作用在与之外时，截面即属于大偏心受拉。（一）小偏心受拉基本公式 （5-10） （5-11） 式中 关于偏心拉力作用，可看成是轴向拉力和弯矩的共同作用，在设计中如有若干组不同的内力组合（M和N）时，应按最大M与最大N的内力组合计算，而按最大M与最小N的内力组合计算。（二）大偏心受拉基本公式 （5-12） （5-13）基本公式的适

16、用条件是: （三）截面设计和截面复核方法与建筑工程相同，只是所用到的公式为（5-10）（5-13）。 5.3矩形截面偏心受拉构件的斜截面抗剪强度计算 在偏心受拉构件截面中一般都伴随有剪力作用。特别是在弯矩所占比重较大的大偏心受拉构件中，相应的剪力一般也比较大，故偏心受拉构件也需要进行斜截面抗剪强度计算。 偏心受拉构件的抗剪试验表明，由于轴向拉力的存在，将使构件的抗剪能力明显降低，而且降低的幅度随轴向拉力的增加而增大。但箍筋的抗剪能力基本上不受轴向拉力的影响，而保持在与受弯构件相似的水准上不变。 设计规范考虑到偏心受拉构件的上述特点，建议采用下列抗剪强度计算公式: （5-14）式中与剪力设计值相

17、应的轴向拉力设计值； 一计算截面的剪跨比，与偏心受压构件斜截面受剪承载力计算中的规定相同。 从上式可以看出，不等式右侧的一、二两项采用与受集中荷载的受弯构件相同的形式，第三项则考虑了轴向拉力对抗剪强度的降低作用。考虑到上面所说的箍筋抗剪能力基本不变的特点，规范还要求不等式右侧计算出的数值不得小于当式（5-14）右边的计算值小于时应取，且值不得小于。5.4 小结1受拉构件根据拉力与构件截面形心轴是否重合分为轴心受拉和偏心受拉两种情况。2. 偏心受拉构件根据偏心力的作用位置不同分为大偏心受拉和小偏心受拉两种情况。小偏心受拉破坏时全部拉力由钢筋承担；大偏心受拉构件的受力特点类似于受弯构件，随着受拉钢

18、筋配筋率的变化，将出现少筋、适筋和超筋破坏。3. 偏心受拉构件的斜截面抗剪承载力计算与受弯构件类似。只是拉力的存在一般可使抗剪承载力明显降低。4. 公路桥涵规范与建筑工程规范关于轴心受拉构件和偏心受拉构件正截面承载力的设计计算原理是一致的，只是在可靠度大小、材料强度的取值、公式表达形式上及采用符号略有区别。思 考 题5-1 举例说明哪些结构构件可按轴心受拉构件计算，哪些构件按偏心受拉构件计算？5-2 钢筋混凝土偏心受拉构件划分大、小偏心的条件是什么？大、小偏心破坏的受力特点和破坏特征各有何不同？5-3 试比较双筋梁、非对称配筋大偏心受压构件以及大偏心受拉构件三者之间正截面承载力计算的异同。习 题5-1 一钢筋混凝土轴心受拉构件，截面尺寸为250 mm x 250 mm，混凝土强度等级为C25，钢