钢筋混凝土受压构件承载力计算.ppt

1、第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,受压构件的基本构造要求 轴心受压构件的正截面承载力 偏心受压构件的正截面承载力计算,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,受压构件是钢混结构中最常见的构件之一。 如框架柱、墙、拱、桩、桥墩、烟囱、桁架压杆、水塔筒壁等。受压构件除需满足承载力计算要求外，还应满足相应的构造要求。,图5-2 轴心受压与偏心受压构件 （a）轴心受压 （b）单向偏心受压 （c）双向偏心受压,构件以承受轴向压力为主,通常还有弯矩和剪力作用,受压构件分为：轴心受压构件、偏心受压构件。 偏压构件分为：单向偏压构件、双向偏压构件,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,在实际结构中，理想的轴

2、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。,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,轴压构件：方形、圆形截面； 偏压构件：矩形、工形截面。（偏心力应沿长边布置）,5.1.1截面形式与尺寸,受压构件截面尺寸满足最小尺寸的要求,图5-3 受压构件截面形式,5.1 受压构件的一般构造,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,混凝土强度等级对

3、受压构件的抗压承载力影响很大，特别对于轴心受压构件。为了充分利用混凝土承压，节约钢材，减小构件截面尺寸，受压构件宜采用较高强度等级的混凝土，一般情况下受压构件采用C25以上等级的混凝土。,5.1.2 混凝土,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,5.1.3 纵向钢筋 1.作用：承担纵向压力、防止构件突然脆裂破坏、增强构件的延性，减小混凝土不匀质引起的不利影响、承担拉力等。 2. 级别：HRB335和HRB400或RRB400级钢筋做为纵向受力钢筋，采用HPB300级钢筋做为箍筋 3. 直径：不宜小于12mm，一般在16mm32mm范围内。 3. 根数：矩形截面中，纵向受力钢筋根数不得少于4根，

4、 圆形截面 4. 布置：轴心受压构件沿构件截面周边均匀布置；偏压构件布置在垂直于弯矩作用方向的两个对边。,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,5. 用量：需满足最小配筋率的要求并不超过5%。 6. 构造钢筋：当h600mm时，应沿长边设置纵向构造钢筋，并相应地配置复合箍筋或拉筋。 7.净间距：不应小于50mm，中距不宜大于300mm。,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,5.1.4 箍筋 1. 作用：固定纵向钢筋，给纵向钢筋提供侧向支点，防止纵向钢筋受压弯曲，抵抗柱中也起到水平剪力。 2. 形式：封闭式 3. 间距：s15d（绑扎骨架） 或20d（焊接骨架） （ dmin） s 400mm

5、; sb （截面的短边尺寸） 4. 直径：dsvd/4 (dmax)， 且 dsv6mm。 5. 复合箍筋：b 400mm，且各边纵筋多于 四根时；或当b 400mm且各边纵筋多于3根 时， 应设置复合箍筋。,图5-4 受压构件 的钢筋骨架,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,当柱截面短边尺寸大于400mm且各边纵向钢筋多于3根时，或当柱截面短边尺寸不大于400mm但各边纵向钢筋多于4根时，应设置复合箍筋,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,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

6、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。,5.2 轴心受压构件的承载力计算,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,普通箍筋柱及螺旋箍筋柱,5.2.1 短柱的试验研究,图5-6 短柱的破坏形态,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,强度破坏,5.2.2 长柱轴心受压构件的承载力降低现象,图5-8 长柱破坏形态,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,失稳破坏,5.2.2. 轴心受压构件的承载力计算,稳定系数j 与柱的长细比 l0/b有关。,图5-9 计算简图,Nu,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,5.3 偏心受压构件正截面承载

7、力计算,偏心受压构件的破坏形态与偏心距e0和纵向钢筋配筋率有关,图5-10 偏心受压构件,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,5.3.1 破坏特征,1. 受拉破坏：偏心距e0较大，且As配筋合适,受拉侧混凝土较早出现裂缝，As的应力首先达到屈服强度。 裂缝迅速开展，受压区高度减小。 受压侧钢筋As 受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。 延性破坏，破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，承载力主要取决于受拉侧钢筋。,图5-11 大偏心受压构件破坏形态,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,2. 受压破坏：偏心距e0较小，或偏心距e0较大但As配筋过多时,图5-

8、12 小偏心受压构件破坏形态,截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大。 而受拉侧钢筋应力较小 截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏。 承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，破坏时受压区高度较大，远侧钢筋可能受拉也可能受压，破坏具有脆性性质。 受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小偏心受压。,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,3. 受拉破坏和受压破坏的界限 即受拉钢筋屈服与受压区混凝土边缘极限压应变ecu同时达到。 与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。 相对界限受压区高度仍为:,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,若b构件受拉破坏（大偏心受压构件） 若b构件受压破坏（小偏心受压构件）,

9、根据平截面假定：,将x=0.8x0 及s代入s=Ess,为避免采用上式出现 x 的三次方程，采用近似的计算公式,考虑：当x =xb，ss=fy；,当x =0.8 ，s=0,5.3.2 受拉钢筋应力ss,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,x0,图5-13 截面假定,5.3.4 偏心距增大系数, 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。 对跨中截面，轴力N的偏心距为e0 + f ，即跨中截面的弯矩为 M =N ( e0 + f )。,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,图5-14 偏心受压长柱的纵向弯曲影响,因此，在计算钢筋

10、混凝土偏心受压构件时，应考虑长细比对承载力降低的影响，具体方法是将轴向压力对截面重心的初始偏心距eo乘以偏心距影响系数，根据大量理论分析及试验结果，规范给出偏心距增大系数的计算公式：,对于lo/h8的短柱，可不考虑纵向弯曲的影响，取=1。,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,5.4.1不对称配筋截面设计 1. 大偏心受压（受拉破坏）（e00.3h0）,1）基本公式,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,5.4 矩形截面正截面承载力设计计算,2ax bh0,2）公式适用条件,图5-15 大偏心受压构件计算简图,情况1：As和As均未知时,3. 计算步骤：,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,

11、两个基本方程中有三个未知数，As、As和 x，可取,x=xbh0,得,情况1： As为已知时,当As已知时，两个基本方程有二个未知数As 和 x，有唯一解。 先由第二式求解x，若x 2a，则可将代入第一式得,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,2. 小偏心受压（受压破坏）（e00.3h0）,1）基本公式,图5-17 小偏心受压构件计算简图,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,5.2.2 截面承载力复核 进行承载力复核时，一般已知截面尺寸、配筋量、混凝土强度等级及钢筋品种，构件计算长度、以及构件需要承受的轴向力设计值

12、N和偏心距、要求复核截面的承载力是否安全，或是在已知N值时，求所能承受的弯矩设计值M（过程略）。,，,，,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,5.4.2对称配筋截面 实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，当弯矩数值相差不大，可采用对称配筋。 采用对称配筋不会在施工中产生差错，故有时为方便施工或对于装配式构件，也采用对称配筋。 对称配筋截面，即 ，其界限破坏状态时的轴力为 若 时，为小偏心受压构件； 若 时，为大偏心受压构件；,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,1. 大偏心受压 求出受压区高度 计算钢筋用量 如 ，对受压钢筋合力点取矩,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,2. 小偏心受

13、压构件,在小偏心的情况下，远离纵向力一侧的钢筋不屈服，且,将,、,及,代入基本公式中，可以得到对称配筋小偏心受压基本计算公式，解联立方程时，需求解的三次方程，求解十分困难。必须简化，对于常用材料的强度，以 代入，可得近似公式：,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,及,均应满足最小配筋率及构造要求。,对称配筋截面承载能力的复核略,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,对于给定截面、材料强度和配筋的偏心受压构件，达到承载能力极限状态时，截面配筋承受的压力是相互关联的，在进行构件截面配筋时，往往要考虑多种内力组合，研究N和M的对应关系可以判断出哪些内力组合对截面起控制作用，从而选择最危险的内力组合

14、进行配筋设计。,和弯矩,图5-19 MN相关曲线,5.5 偏心受压构件正截面承载力Nu-Mu相关曲线,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,大、小偏心受压情况Nu与Mu的函数符合二次抛物线关系。具有以下特点：,当弯矩为零时，轴向承载力Nu达到最大，即为轴心受压承载力N0；当轴力为零时，构件为纯弯曲时的承载力Mu。,曲线上任意一点的坐标(Nu、Mu) 代表此截面在该内力组合下恰好达到承载能力极限状态。如果作用于截面上的内力（ 、 ）曲线的内侧，说明该点对应的内力作用下未达到承载力极限状态，是安全的。若位于曲线外侧，则表明截面在该点对应的内力作用下承截力不足。,、,对于对称配筋截面，如果截面形状和尺寸相同，砼强度等级和钢筋级别也相同，但配筋率不同，达到界限破坏时的轴力Nb是一致的。,如截面尺寸和材料强度保持不变，Nu-Mu相关曲线随配筋率的增加而向外侧增大。,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,图5-20 M、N与钢筋的关系,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,在实际工程中，常考虑以下组合作为最不利组合：,（1）,。,（2）,（3）,第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算,5.6 偏心受压构件斜截面承载力计算,试验表明，由于轴向压力的存在，可以延缓斜裂缝的出现和开展，增强骨料