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1、轴心受压构件承载力计算,道路桥梁工程技术专业 钢筋混凝土结构计算 Calculation of Reinforced Concrete Structures,掌握 受压构件构造要求,能力目标,掌握 轴心受压构件破坏形态,掌握 轴心受压 承载力计算,任务一： 什么是受压构件？,任务二,三个图的区别在哪里？各自有什么特点？,轴心受压构件 ：轴向力作用于截面形心时,单向偏心受压构件 ：轴向压力的作用点只与构件截面的一个主轴有偏心距时为,双向偏心受压构件 ：轴向压力的作用点与构件截面的两个主轴都有偏心距时,一般而言： 轴心正方形 偏心矩形 也常采用：形截面或双肢形 尺寸不宜小于250mm250mm，
2、长细比,截面形式与尺寸,材料强度等级,宜采用强度等级较高的混凝土，一般结构常用C25C40 纵向受力钢筋应优先采用HRB400级和HB335级钢筋。箍筋一般采用HPB300级和HRB335级钢筋。,柱中纵向钢筋配置应符合下列规定： 1. 纵向钢筋直径不宜小于12mm；全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5%。 2. 柱中纵向钢筋的净间距不应小于50mm时，且不宜大于300mm。 3. 偏心受压柱的截面高度不小于600mm时，在柱的侧面上应设置直径不小于10mm的纵向构造钢筋，并相应设置复合箍筋和拉筋。 4. 圆柱中纵向钢筋不宜少于8根，不应少于6根，且宜沿周边均匀布置。 5. 在偏心受压柱中，垂直于弯
3、矩作用平面的侧面上的纵向受力钢筋以及轴心受压柱中各边的纵向受力钢筋，其中距不宜大于300mm。,纵向钢筋,为保证钢筋骨架的刚度，纵向受力钢筋的直径不宜小于12mm，且宜选择直径较大的钢筋。矩形截面柱中纵向钢筋根数不应少于4根。,柱中的箍筋应符合下列规定： 1. 箍筋直径不应小于 ，且不应小于6mm， 为纵向钢筋的最大直径。 2. 箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸，且不应大于 , 为纵向受力钢筋的最小直径。,箍筋,3. 柱及其他构件中的周边箍筋应做成封闭式；对圆柱中的箍筋，搭接长度不应小于2.3.6条规定的锚固长度，且末端应做成135弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于 ， 为箍筋直径
4、。 4. 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，但各边纵向钢筋大于4根时，应设置复合箍筋，如图6.2所示。 5. 当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率大于3%时，箍筋直径不应小于8mm，间距不应大于 ，且不应大于200mm；箍筋末端应做成135弯钩，且弯钩末端平直段长度不应小于 ， 为纵向受力钢筋最小直径。,图6.2 复合箍筋,6在配有螺旋式或焊接环式箍筋的柱中，如在正截面受压承载力计算中考虑间接钢筋的作用时，箍筋间距不应大于80mm及 ，且不宜小于40mm， 为按箍筋内表面确定的核心截面直径。 对于截面形状复杂的构件，不应采用内折角箍筋，以免造
5、成折角处混凝土被箍筋外拉而崩裂，此时应采用分离式箍筋，如图6.3所示。,图6.3 复杂截面的箍筋形式,轴心受压构件中的纵向钢筋主要作用 ?,SCM,CRM,System,ERP/EIP,轴心受压构件中的箍筋主要作用 ?,固定纵筋， 形成钢筋骨架,约束混凝土，改善混凝土的性能,给纵筋提供侧向支承，防止纵筋压屈,配普通箍筋轴心受压构件正截面 的受力性能与承载力计算,根据破坏时特征不同，轴心受压构件的破坏形态有短柱破坏、长柱破坏和失稳破坏三种。 短柱是指 （矩形截面， 为截面的较小边长），或 （圆形截面， 为直径），或 （任意截面， 为截面的最小回转半径）的构件。 短柱在荷载作用下，由于偶然因素造成
6、的荷载初始偏心对短柱的受压承载力和破坏特征影响很小，引起的侧向挠度也很小，故可忽略不计。受压时，钢筋与混凝土的应变基本一致，两者共同变形、共同抵御外荷载。短柱破坏时，柱四周出现明显的纵向裂缝，混凝土压碎，纵筋压屈、外鼓呈灯笼状。,对长柱的受压承载力和破坏特征影响较大，应予以考虑。荷载的初始偏心使得长柱产生侧向挠度和附加弯矩，而侧向挠度又增大了荷载的偏心距。随着荷载的增加，侧向挠度和附加弯矩将不断增大。 最后，长柱在轴向压力和附加弯矩的共同作用下，向外凸一侧的混凝土出现横向裂缝，向内凹一侧的混凝土出现纵向裂缝，混凝土被压碎，构件破坏。,长柱的承载力低于其他条件均相同的短柱的承载力，长细比越大，降
7、低越多。对于长细比很大的细长柱，还有可能发生失稳破坏。规范用稳定系数 来表示长柱承载力的降低程度，即： 式中： 、 表示轴心受压长柱和短柱的受压承载力。,配普通箍筋轴心受压构件正截面压承载力计算,图6.7 普通箍筋柱受压承载力计算简图,轴向压力设计值； 0.9 可靠度调整系数；,钢筋混凝土构件的稳定系数，按表6-1采用；,混凝土的轴心抗压强度设计值；,构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大于3%时，式中 改成,全部纵向普通钢筋的截面面积,Example,已知某现浇多层钢筋混凝土框架结构，处于一类环境，安全等级为二级，底层中间柱为轴心受压普通箍筋柱，柱的计算长度为 ，轴向压力设计值为2500kN，采用
8、C30级混凝土，纵筋采用HRB335级。试确定柱的截面尺寸并配置纵筋及箍筋。,（1）确定基本参数并初步估算截面尺寸: 查附表12和附表17； C30混凝土， ； HRB335级钢筋， ；,Example,Example,由于是轴心受压构件，截面形式选用正方形。 假定 ， ，代入式（62）估算截面面积为:,则截面边长 :,取,（2）计算受压纵筋面积,;查表61得,由式（62）得,（3）验算纵筋配筋率,满足 配筋率要求,（4）选配钢筋。查附表120，选配纵向钢筋,，,。,（5）根据构造要求配置箍筋。选取箍筋 ，,小于短边长度400mm，也小于,（ 为纵向钢筋的,其间距,最小直径），故满足构造要求。
9、,（6）截面配筋简图如图6.8所示。,Question,一轴心受压钢筋混凝土柱，其一端铰接，一端固结，柱高10 m，截面采用 ;承受设计轴力2120 kN（包括自重），若采用C20级混凝土及HRB335级钢筋，求 。,配螺旋箍筋轴心受压构件正截面 的受力性能与承载力计算,对于配置螺旋箍筋柱，当荷载增加至混凝土的压应力达到以后，混凝土的横向变形将急剧增大，但混凝土急剧增大的横向变形将受到螺旋箍筋的约束，螺旋箍筋内产生拉应力，从而使箍筋所包围的核心混凝土（见图6.9中的阴影部分）受到螺旋箍筋的被动约束，使箍筋以内的核心混凝土处于三向受压状态，有效地提高了核心混凝土的抗压强度和变形能力，从而提高构件
10、的受压承载力。,当混凝土的压应变达到无约束混凝土的极限压应变时，箍筋外围的混凝土保护层开始脱落。当螺旋箍筋的应力达到屈服强度时，柱达到最大承载力而破坏。因为这种柱是通过对核心混凝土的套箍作用而间接提高柱的受压承载力，故也称间接配筋柱，同时螺旋箍筋或焊接环式箍筋也称间接钢筋。,螺旋箍筋轴心受压构件正截面承载力计算,根据螺旋箍筋柱破坏时的特征，其正截面受压承载力的计算简图可取图6.10 (a)所示的应力图。根据图6.10 (a)所示竖向力的平衡，并考虑与偏心受压构件承载力计算具有相近的可靠度后，可得到 ：,式（63）括号内第一项为核心混凝土在无约束时所承担的轴力；第二项为纵向钢筋承担的轴力；第三项
11、代表配置螺旋筋后，核心混凝土受到螺旋筋约束所提高的承载力。为了保证构件在使用荷载作用下不发生混凝土保护层脱落，规范规定按式（63）计算的构件承载力不应大于按式（62）计算的1.5倍。,Example,已知某现浇多层钢筋混凝土框架结构，处于一类环境，安全等级为二级，底层中间柱为轴心受压圆形柱，直径为450mm。柱的长度为 ，轴向压力设计值为4750kN，混凝土强度等级为C30，柱中纵筋和箍筋分别采用HRB400级和HRB335级钢筋。试确定柱中纵筋及箍筋。,（1）确定基本参数,查附表可知，C30混凝土，,；HRB400级钢筋，,；HRB335级钢筋，,，一类环境，,（2）先按普通箍筋柱计算,由,，查表61得,圆柱截面面积为,由式（62）得,假定螺旋箍筋直径为14mm，则,混凝土核心截面直径为,混凝土核心截面面积为,由式（63）得,按式（63）计算，得,截面配筋图如图6.11所示。,
