第6章受压构件的截面承载力

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1、2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,受压构件：以承受轴向压力为主的构件，如：柱、墙、桩、桥墩等。,受压构件的类型：轴心受压、单向偏心受压和双向偏心受压。 轴心受压构件只承受作用于构件截面形心上的轴向压力。实际工程中不存在理想的轴心受压构件，因为绝大多数受压构件都同时作用有弯矩和剪力，即使按轴心受压设计、计算的构件，也会因为混凝土的不均匀性、制作和安装误差、钢筋在截面中配置位置的偏差或分布的不均匀

2、、轴向力作用位置的偏移等因素的影响，使构件处于偏心受压状态。 单向偏心受压指轴向压力的作用点只对构件截面的一个主轴有偏心距的受压构件。 双向偏心受压指轴向压力的作用点对构件截面的两个主轴都有偏心距的受压构件。,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,受压构件的类型,返回,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,6.1 受压构件一般构造要求,6.1.1 截面型式及尺寸 常用的受压构件截面型式 正方形、矩形、工字形、箱形、多边形、圆形和环形等 关于受压构件截面尺寸的限制条

3、件 方形柱bh不宜小于250mm250mm； 长细比的限制：l0/b30， l0/h25； 模数 800mm的受压截面宜取50mm的倍数，800mm的截面宜取100mm的倍数； 工字形截面：翼缘厚度120mm，腹板厚度100mm。,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,采用的受压构件截面型式,返回,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,6.1.2 材料强度要求,常用混凝土强度：C25C40，高层可采用高强混凝土 常用纵筋级别：HRB335、HRB400和RRB40

4、0，不宜采用高强钢材 常用箍筋级别：HPB235、HRB335，可用HRB400 6.1.3 纵筋 配筋率：全截面5r0.6%，单侧r0.2% 纵筋布置 直径：d12mm，通常d16mm32mm 间距：中心距不大于300mm（抗震时小于200mm）；净距不小于50mm，水平浇注时不小于30mm和1.5d 平面外配筋：当截面高度h600mm，侧面应设置构造纵筋，直径宜为1016mm，间距300mm,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,纵筋接长,柱纵筋接长可采用机械连接，也可采用焊接和搭接 接头位置应设在受力较小处，纵筋接头应相互

5、错开 6.1.4 箍筋 形式 柱中箍筋应作成封闭式；箍筋末端弯钩应做成135，弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直径的5倍及50mm；截面形状复杂时，可采用多个矩形或多边形复合构成截面箍筋，不应采用具有内折角的箍筋。 最小直径 dsvd/4，且dsv6mm，d为最大纵向受力钢筋直径 当纵筋配筋率超过3%，dsv8mm,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,箍筋形式,返回,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,箍筋间距,不应大于400mm及构件截面的短边尺寸，且不应大于

6、15d，d为纵向受力钢筋的最小直径 当全截面纵筋配筋率超过3%时，间距不应大于纵向受力钢筋最小直径的10倍，且不应大于200mm，箍筋末端应做成135弯钩，且弯钩平直段长度不应小于箍筋直径的10倍 设置复合箍的要求 柱截面短边尺寸大于400mm，且各边纵向钢筋多于3根时，应设复合箍 当柱截面短边尺寸不大于400mm，而且纵筋不多于4根时，可不设复合箍筋,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,搭接长度内箍筋加强规定,纵筋搭接长度范围内的箍筋应加强，体现为： 直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍 当钢筋受拉时，箍筋间距不应大于搭

7、接钢筋较小直径的5倍，且不应大于100mm 当钢筋受压时，箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的10倍，且不应大于200mm 当受压钢筋直径大于25mm时，尚应在搭接接头两个端面外100mm范围内各设置两个箍筋,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,6.2 轴心受压构件正截面承载力,轴心受压状态是一种理想受力状态，实际工程结构中几乎不存在轴心受压构件。设计中以承受竖向荷载为主的多层房屋中柱、桁架的受压杆件以及单向偏心受压构件平面外方向可近似按轴心受压构件计算。 轴心受压构件正截面受压承载力与配箍方式相关，本节将分普通箍筋柱和螺旋式箍

8、筋柱（或焊接环箍）两种方式分别介绍其承载力计算方法。,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,6.2.1 轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算,轴压普通箍筋柱的配筋由受压纵筋和箍筋两部分组成，其中纵筋的作用主要是承担轴向压力、偶然偏心产生的弯矩，改善构件的延性（素混凝土构件峰值压应力对应的应变约为0.00150.002，钢筋混凝土短柱峰值压应力对应的应变一般在0.00250.0035），减小徐变变形；箍筋的主要作用是与纵筋共同形成骨架，并防止纵筋压曲。 轴心受压构件的破坏形态与构件的长细比（轴心受压构件的长细比指受压构件的计算

9、长度与截面短边尺寸的比值）密切相关，本小节将分别讨论短柱和长柱。,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,短柱的截面应力分布特征和破坏形态,截面应力分布 轴心受压短柱的轴向力N由受压钢筋（截面面积为As）和混凝土（截面面积为A c）共同承担： 式中，sc为混凝土压应力，ss为受压钢筋的压应力。 加载过程中截面的应力重分布 轴心受压构件截面中压应变可认为是均匀分布的，且各级荷载下钢筋的压应变es总等于混凝土的压应变ec，有：,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,根据

10、钢筋、混凝土的应力应变曲线得：,同时，令： 有： 故，混凝土应力sc、钢筋应力ss分别为：,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,钢筋、混凝土的应力应变曲线,返回,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,当压应力较小时，混凝土近似处于弹性阶段，其变形模量和原点模量间的转换系数n1.0 。此时，随荷载N的增长，钢筋压应力和混凝土压应力的增长总是呈线性比例关系。,当超过混凝土弹性极限后，随轴力N增大，转换系数n 逐渐减小，而钢筋的弹性模量在钢筋屈服前可认为是恒定不变的。

11、此时，构件截面中的钢筋压应力和混凝土压应力的增长与外荷载（轴力）的增长不再呈线性比例关系，而是混凝土应力的增长速度逐渐变慢，而钢筋应力的增长速度逐步加快（图64）。这种由于混凝土弹塑性性质所引起的钢筋与混凝土之间的应力分布规律的改变现象称为应力重分布。 超过混凝土弹性极限后，应力越大，应力重分布越明显；受压钢筋的配筋率越小，应力重分布也越明显。,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,图64 钢筋、混凝土的应力应变曲线,返回,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,荷

12、载长期作用下截面的应力重分布,荷载长期作用下混凝土产生徐变，混凝土总应变为： 此时的混凝土压应力sc、钢筋压应力ss分别为： 随着荷载持续作用时间的增加，徐变系数fcr增大，混凝土压应力sc减小、钢筋压应力ss增大，即再次出现了截面中的应力重分布 当柱中纵筋配筋率过大时，卸荷会导致混凝土受拉开裂对于柱纵筋的总配筋率要求不宜超过5%,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,长期荷载作用下的应力重分布,返回,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,破坏形态,柱中出现细微裂

13、缝发展、延伸、贯通，形成纵向裂缝保护层脱落纵筋压屈构件受压破坏。,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,受压纵筋的强度限值,钢筋混凝土轴心受压短柱发生破坏时，一般是纵筋先达到屈服强度，当荷载进一步增大时，增大的应力由混凝土承担，最后由于混凝土达到极限压应变导致构件丧失承载力。 由此可见，受压短柱极限承载力不仅与钢筋的抗压强度有关，而且与混凝土的极限压应变相关。 若采用过高强度的钢筋参与受压，即使外荷载作用下钢筋的压应力未达到屈服，整个构件也可能由于混凝土达到极限压应变而丧失承载力。,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承

14、载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,以混凝土极限压应变为0.002为控制条件，配置纵向受压钢筋的轴心受压短柱达到极限承载力时，纵筋的应力值ss=Eses21050.002400N/mm2，该值对常用的HPB235级、HRB335、HRB400级和RRB400级热轧钢筋，均已超过或达到其抗压强度设计值。,混凝土结构设计规范规定采用HPB235级、HRB335级、HRB400级和RRB400级热轧钢筋作为抗压钢筋时，可取对应的抗压屈服强度来计算受压承载力；而对于配置屈服强度或条件屈服强度大于400N/mm2钢筋的受压构件，构件的极限承载力计算时受压钢筋的应力只能取400N/m

15、m2。,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,轴心受压细长柱的强度降低现象,试验结果表明，对于长细比较大的柱，偶然因素造成的初始偏心距将在构件中产生较短柱大的多的附加弯矩及相应的侧向挠度y，从而增大荷载的偏心距。因此，构件各截面中除承受轴向压力外，还有弯矩MNy。 当轴压力较小时，侧向挠度与轴压力近似成比例增长；当轴压力达到破坏压力的6070%时，挠度增长速度加快。构件的最终破坏表现出典型的偏心受压破坏特征。 受力特点：偶然偏心侧向挠度附加弯矩侧向挠度增大构件偏压（或压弯）破坏。 细长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载，

16、其原因包括： 二阶效应、混凝土徐变。,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,长柱的破坏,返回,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,长细比越大，承载力降低越多，当长细比超过一定限值后，易于发生失稳破坏；长期荷载在全部荷载中所占比例越大，承载力降低越多。,稳定系数f：描述细长柱承载力相比于对应条件短柱承载力降低程度，即： 式中， 、 分别为长、短柱的承载力。 混凝土结构设计规范依据试验结果，确定了不同长细比条件下钢筋混凝土构件的稳定系数。当矩形截面l0/b8时，f取为1。 确定杆件的计算长度时应考虑杆件端部的支承情况。,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,2008年4月15日,第6章 受压构件的截面承载力,钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数 GB50010-2002表7.3.1,返回,2008年4月15日,第