混凝土结构设计原理-受压构件

第5章受压构件正截面的性能与设计

Columns（Compressionmembers）轴心受压偏心受压承受以轴向压力为主的构件称受压构件，或称柱，如桥墩

轴心受压构件——纵向力作用线通过截面形心。在实际中，理想的轴压受压构件很难找到，对荷载偏心较小时，忽略偏心的影响，按轴心受压构件进行设计。

5.1轴心受压构件承载力计算轴心受压构件根据其配筋形式可分为普通箍筋柱

螺旋箍筋柱

轻轨大坪车站设计单位：重庆交通科研设计院结构设计：陈思甜结构设计：陈思甜结构设计：陈思甜5.1.1轴心受压普通箍筋柱1．破坏特征短柱

长柱（1）.短柱P→弹性阶段→砼弹塑性→纵向微裂→裂缝扩展保护层剥落→纵筋压屈（中等强度钢筋屈服）→砼压碎（）。属材料强度破坏

极限承载力

（2）.长柱长柱通常在轴心压力及弯矩的共同作用下发生破坏，可能发生失稳破坏。

长柱的欧拉临界力

与材料的强度无关

引入折减系数（稳定系数）2．受压承载力计算公式

——纵向弯曲稳定系数

——全部纵向钢筋的截面面积

A——构件毛截面面积，当纵筋配筋率大于3%时，改用

近似公式对于任意截面对于圆形截面拱圈计算长度：三铰拱0.58La双铰拱0.54La无铰拱0.36LaLa为拱轴线长度。3．构造要点材料：混凝土一般为C25~40钢筋HRB335、HRB400截面:方形、矩形、圆形、工形、T形、空心（箱形）短边宜大于250mm，宜

纵筋直径，净距不应小于50mm，中距不宜大于300mm，任一受力纵筋离角筋中心距离不大于150mm或15倍箍筋直径，否则应设置复合箍筋。全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5%。箍筋直径大于1/4纵筋直径，且mm。间距不应大于15d，不大于构件短边尺寸，并不大于400mm。当纵筋配筋率超过3%时，箍筋直径不应小于8mm，间距不应大于10d，并不大于200mm。

例5-1例5-25.1.2轴心受压螺旋箍筋柱

1．受力特点

配有螺旋箍筋的短柱，核芯混凝土处于三向受压，试验结果表明，极限承载力和极限变形能力都有较大提高。具有较好的延性。

螺旋箍筋柱，被约束的混凝土轴心抗压强度要提高定义螺旋箍筋换算面积(间接钢筋面积)

2．规范计算公式为间接钢筋对混凝土约束的折减系数混凝土时，混凝土时，按螺旋箍筋柱算得的承载力不应大于按普通箍筋柱承载力的1.5倍下列情况之一，不应考虑间接钢筋的作用：1）时；2）小于按普通箍筋柱计算的承载力时；3）时。例5-35.2偏心受压构件正截面受力性能分析5.2.1破坏形态根据试验结果，将偏心受压分为两类：

受拉破坏——大偏心受压LargeEccentricity

受压破坏——小偏心受压SmallEccentricity1、受拉破坏——大偏心受压破坏

破坏过程：屈服

裂缝及侧向挠度急剧发展

受压区混凝土压碎,屈服。属延性破坏。类似适筋受弯件破坏特征。2、受压破坏——小偏压

属脆性破坏,类似超筋梁

受拉破坏及受压破坏，截面平均应变近似符合平截面假定。受压边缘混凝土极限压应变

5.2.2界限破坏受拉钢筋屈服的同时，受压混凝土即达到其极限压应变

大偏压

小偏压

5.2.3偏压构件M——N相关曲线及长细比影响

a点：受弯构件承载力b点：界限破坏，构件承担的弯矩最大c点：轴心受压构件承载力小偏压轴力N越大，承担的弯矩M越小大偏压

轴力N越大，承担的弯矩M越大

5.2.4附加偏心距，初始偏心距工程中实际存在着：荷载作用位置的不确定性混凝土质量的不均匀性施工偏差等可能产生附加弯矩取较大值M应计入二阶效应影响5.2.5偏心受压长柱的二阶弯矩

1）两端弯矩相等5.2.6重力二阶效应的考虑

二阶效应又称P-δ效应偏心受压构件中由轴向压力在产生了挠曲变形的杆件内引起的曲率和弯矩增量。不考虑P-δ效应的条件：对于长细比满足时同一主轴方向的杆端弯矩比由弹性稳定理论分析结果弯矩二阶效应增大值与杆件两端弯矩相对值有关，考虑混凝土的非弹性性能偏压构件截面曲率修正系数5.3矩形截面非对称配筋偏心受压构件

5.3.1基本公式及适用条件1．基本假定平截面假定；不考虑拉区混凝土的作用；

受压混凝土的极限压应变:C50以下

C50~C80混凝土压应力简化为等效矩形图形。

2．基本公式（1）受拉破坏

AsNasaieeexh0bsAsAAs(2)受压破坏

根据平截面假定推得：

近似公式

适用条件

AsNasaseh0bsAsAAseeix工程中，过小，且较小时，全截面受压，受压屈服，不屈服。

对合力点取矩

AsNasash0sAsAAseeieh物理形心b计算表明，当时才需按上式进行验算5.3.3．矩形截面非对称配筋截面设计

（1）1.大偏心受压例题5-4(2)例题5-52.小偏心受压按两种情形计算a.为了使混凝土和钢筋充分发挥作用，总用钢量较小整理得出：

解出

（，）式中

(2)例题5-75.3.4矩形截面非对称配筋截面承载力复核1．弯矩作用平面内

初判按大偏心受压计算

按小偏心受压计算

（1）大偏压对N作用点取矩解出x

当（2）小偏压

N作用在以外对N作用点取矩解出

N作用在与之间

解出

当,部分截面受压

当,全截面受压，取

偏心距过小的情况

按教材计算临界偏心距，取代入大偏压基本公式2．垂直于弯矩作用平面

按轴心受压构件验算例题5-85.4矩形截面对称配筋偏压构件

在实际工程中，构件可能承受异号弯矩，在两者数值相差不大时，为了构造简单，施工方便，宜采用对称配筋。

1、大偏压

可得

属大偏压

代入

若

2、小偏压

代入下列基本公式

解得，

取

代入上式计算例5-9例5-10例5-11矩形截面对称配筋偏压构件计算曲线5.5工字形截面偏心受压构件

一．大偏压时时，按矩形截面偏压构件计算。

对称配筋

适用条件：

适用条件：

二．小偏压

对于过小

对合力点取矩

适用条件：

对称配筋时

例5-12例5-13圆形截面

对于圆形截面偏压构件，钢筋沿周边均匀布置，一般至少6根。

等效钢环