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1、钢筋砼受压构件承载力计算 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 概述 水电站厂房柱 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 1受压构件的构造要求 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 概述 受压构件分为轴心受压和偏心受压 实际工程中真正的轴心受压构件是没有的 我国规范对偏心很小可略去不计 构件按轴心受压计算 偏心受压构件 柱 墙大偏心受压 受拉破坏 小偏心受压 受压破坏 实际构件 轴力 弯矩 剪力同时作用单向偏心受压构件 框架边柱双向偏心受压构件 框架角柱 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 1受压构件的构造要求 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 1受压构件的构造要求 一 截面形式和尺寸采用方形或矩形截面
2、截面长边布在弯矩作用方向 长短边比值1 5 2 5 也可采用T形 工字形截面 桩常用圆形截面 截面尺寸不宜过小 水工建筑现浇立柱边长 300mm 截面边长 800mm 50mm为模数 边长 800mm 以100mm为模数 二 砼受压构件承载力主要取决于砼强度 应采用强度较高的砼 如C20 C25 C30或更高 5 1受压构件的构造要求 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 1受压构件的构造要求 三 纵向钢筋作用 协助砼受压 承担弯矩 常用HRB335 HRB400级 不宜用高强钢筋 为什么 直径 12mm 常用直径12 32mm 现浇时纵筋净距 50mm 最大间距 300mm 长边 600mm
3、中间设10 16mm纵向构造钢筋 间距 500mm 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 1受压构件的构造要求 受压钢筋数量不能过少 规范规定 HPB235 偏压构件受压或受拉筋配筋率 0 25 柱 或0 20 墙 HRB335 HRB400 RRB400级钢 偏压构件受压或受拉筋配筋率 0 20 柱 或0 15 墙 轴心受压构件 全部纵筋配筋率 0 6 纵筋不宜过多 合适配筋率0 8 2 0 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 1受压构件的构造要求 四 箍筋作用 阻止纵筋受压向外凸 防止砼保护层剥落 约束砼 抗剪 箍筋应为封闭式 纵筋绑扎搭接长度内箍筋要加密 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5
4、 1受压构件的构造要求 箍筋直径和间距 直径 不应小于0 25倍纵向钢筋的最大直径 亦不应小于6mm 间距 绑扎骨架 焊接骨架 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 1受压构件的构造要求 截面有内折角时箍筋的布置 基本箍筋和附加箍筋 1 基本箍筋2 附加箍筋 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 2轴心受压构件正截面承载力计算 短柱应变柱全截面受压 压应变均匀 钢筋与砼共同变形 压应变保持一样 一 试验结果 5 2轴心受压构件正截面承载力计算 受力过程 图5 5 荷载较小 砼和钢筋应力比符合弹模比 荷载加大 应力比不再符合弹模比 荷载长期持续作用 砼徐变发生 砼与钢筋之间引起应力重分配 钢筋受力比
5、例增大 砼受力比例减小 破坏时 砼的应力达到fc 钢筋应力达到fy 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 2轴心受压构件正截面承载力计算 不同箍筋短柱的荷载 应变图 A 不配筋的素砼短柱 B 配置普通箍筋的钢筋砼短柱 C 配置螺旋箍筋的钢筋砼短柱 箍筋形式和间距对受力有较大影响 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 2轴心受压构件正截面承载力计算 不同箍筋短柱的荷载 应变图 钢筋混凝土短柱与素混凝土短柱比 承载力高延性好螺旋箍筋对延性的增加更显著 普通箍筋短柱正截面极限承载力由两部分组成 Nu 破坏时的极限轴向力 Ac 砼截面面积 A s 全部纵向受压钢筋截面面积 第五章钢筋砼受压构件承载力计算
6、5 2轴心受压构件正截面承载力计算 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 2轴心受压构件正截面承载力计算 长柱不仅发生压缩变形 还发生纵向弯曲 原因 效应 长柱破坏荷载小于短柱 柱子越细长小得越多 用稳定系数表示长柱承载力较短柱的降低 2长柱 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 2轴心受压构件正截面承载力计算 影响值的主要因素为长细比l0 b l0 b8时可根据长细比查表 计算长度l0 l0 0 5l 多层房屋中计算长度取值 和楼盖刚度有关现浇楼盖 底层柱l0 1 0H其余各层柱l0 1 25H装配楼盖 底层柱l0 1 25H其余各层柱l0 1 5H l0 0 7l l0 1 0l l0 2l
7、5 2轴心受压构件正截面承载力计算 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 2轴心受压构件正截面承载力计算 二 普通箍筋柱的计算 N 轴力设计值 包括 0和 值在内 A 构件截面面积 As 全部纵筋的截面面积 轴压构件的稳定系数 基本公式 截面设计 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 一 试验结果 1 受拉破坏 大偏心受压破坏 破坏性质 延性破坏 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 e0很小 全部受压 e0稍大 小部分受拉 e0较大
8、 拉筋过多 产生条件 1 偏心距很小 全截面受压 2 偏心距稍大 小部分受拉 但受拉钢筋靠近中和轴 应力很小 3 偏心距较大 但受拉钢筋配置特别多 类似超筋梁 2 受压破坏 小偏心受压破坏 个别情况 e0极小 As配置过少 破坏可能在距轴向力较远一侧发生 破坏特征 一般是靠近纵向力一侧的混凝土首先达到极限压应变而压碎 该侧的钢筋达到屈服强度 远离纵向力一侧的钢筋不论受拉还是受压 一般达不到屈服强度 构件的承载力取决于受压区混凝土强度和受压钢筋强度 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 破坏性质 脆性破坏 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 二 大小偏心的界限 e 界限破坏 受拉钢筋达到屈服应变时
9、 受压区混凝土也刚好达到极限压应变而压碎 x xb x xb 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 三 矩形截面偏心受压构件的计算基本假定同受弯构件 承载力计算的基本公式 N 轴向力设计值 包括和值在内 受拉边或受压较小边钢筋的应力 e0 轴向力对截面重心的偏心距 e0 M N 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 受拉侧 钢筋应力ss 根据平截面假定 取 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 即时 取 为避免采用上式出现x的三次方程 考虑 当x xb ss fy 当x 0 8 ss 0 中和轴正好通过A
10、s位置 即时 取 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 四 偏心受压构件纵向弯曲的考虑 二阶效应引起附加弯矩 构件长细比越大 f越大 越大 对于短柱 可不考虑二阶效应对于长细比较大的偏心受压构件 二阶效应对承载力的降低不可忽略 考虑二阶效应的计算方法 非线性有限单元法偏心距增大系数法 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 纵向弯曲产生附加偏心距f 实际偏心距增大为e0 f 偏心距增大系数 如何求偏心距增大系数 假定其纵向弯曲变形曲线为正弦曲线 其挠度和曲率的关系为 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 取
11、 其中1 25为徐变系数 取 以HRB335钢筋为例 取 代入 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 两个修正系数 考虑小偏压破坏的影响 考虑长细比的影响 大偏压时 时 公式最终形式 公式适用范围 五 矩形截面偏心受压构件的截面设计及承载力复核 大小偏心受压的实用判别准则 近似 若he0 0 3h0 按大偏心受压情况计算若he0 0 3h0 按小偏心受压情况计算 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 基本公式 一 大偏心受压 受拉破坏 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 令 基本公式可写为 见第三章 P67 式 3 9 1 As和A
12、s均未知时 两个基本方程 三个未知数 As A s和x 无唯一解 与双筋梁类似 为使总配筋面积 As A s 最小可取x xbh0 若A s rmin bh0 取A s rmin bh0 按A s为已知情况计算 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 即 得 2 A s为已知时 当A s已知时 两个基本方程有二个未知数As和x 有唯一解 若2a x xbh0 可得 取x 2a 对As 中心取矩 若x 2a 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 As和As 均需满足最小配筋率要求 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承
13、载力计算 二 小偏心受压 受压破坏 三个基本方程 四个未知数 As A s ss和x 无唯一解 小偏心受压 即x xb ss fy As未达到受拉屈服 为使用钢量最小 可取 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 当时 As一侧砼可能先达到受压破坏 对A s取矩 可得 e 0 5h a e0 h 0 h a 小偏压还需验算垂直弯矩作用平面的轴心受压承载力 三 矩形截面偏心受压构件承载力复核 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 1 求x 先按大偏心受压计算 2 当x xbh0时 大偏心受压 x 2a x 2a 第五章钢筋砼受压构件承载力
14、计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 3 当x xbh0时 小偏心受压 按小偏心受压承载力计算方法重新计算 若x 1 6 xb 取ss fy 重新计算x 若x 1 6 xb 偏心受压构件设计步骤 1求 e02用 e0和0 3h0比较判断大小偏压3判断为大偏压时 用大偏压公式设计4判断为小偏压时 假定As用最小配筋率配筋 用小偏压公式求x 根据x大小进行纵筋用量计算 5判断最小配筋率注意 小偏压尚应验算受拉区纵筋受压验算 短边方向轴压验算 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 3偏心受压构件正截面承载力计算 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 对称配筋构
15、造简单 施工方便 不会在施工中产生差错 对称配筋截面 即As As fy fy a a 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 4配置对称钢筋的偏心受压构件 复习基本公式 5 4配置对称钢筋的偏心受压构件 1 2 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 4配置对称钢筋的偏心受压构件 x 2a x 2a 一 大偏心受压 As As fy fy 1 2 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 4配置对称钢筋的偏心受压构件 二 小偏心受压 联立求解 需解x的三次方程 为简化计算 近似取x 1 0 5x 为0 45 1 As As 2 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 4配置对称钢筋的偏心受压构件 对称配筋同样
16、需要注意 计算偏心距增大系数As rminbh0大小偏心的区分看例题5 5 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 5偏心受压构件截面承载力N与M的关系 5 5偏心受压构件截面承载力N与M的关系 同样截面尺寸 材料强度和配筋的偏压构件 当轴向压力的偏心距e0不同时 会得到不同的破坏轴向压力 因此在设计中 必须判断哪一种M与N的组合是最危险的 以用来进行配筋设计 如何判断 5 5偏心受压构件截面承载力N与M的关系 以对称配筋大偏压为例 Nu Mu相关曲线 截面尺寸 材料强度和配筋量一定时 极限承载力与极限承载弯矩之间的关系 AB段 小偏压情况同理可得 BC段 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 5偏心受压构件截面承载力N与M的关系 C点为轴压承载力N0 A点为纯弯承载力M0 B点为大 小偏心分界 设计内力组合位于曲线外侧就表示构件承载力已不足 I区 小偏压 II区 大偏压 图上任一点p的横坐标代表弯矩 纵坐标代表轴力 pO与N轴的夹角 代表偏心距e0 M N 第五章钢筋砼受压构件承载力计算 5 5偏心受压构件截面承载力N与M的关系 大偏压 M相同 N越小越危险 N相同 M越大越危险 小偏压
