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1、 第六章 轴心受压构件承载力计算 本章主要内容 1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件的破坏形态 承载力计算 2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件的破坏形态 承载力计算 3 稳定系数的概念及其影响因素 4 核心混凝土强度分析及强度计算 5 普通箍筋柱 螺旋箍筋柱的配筋特点和构造要求 6 1配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件 一 钢筋混凝土柱的分类 普通箍筋柱 配有纵筋和箍筋的柱 图6 1a 螺旋箍筋柱 配有纵筋和螺旋筋或焊接环筋的柱 图6 1b 其中 纵筋帮助受压 承担弯距 防止脆性破坏 螺旋筋提高构件的强度和延性 图6 1两种钢筋混凝土轴心受压构件a 普通箍筋柱b 螺旋箍筋柱 6 1
2、配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件 纵向钢筋作用 帮助混凝土承担压力防止混凝土出现突然的脆性破坏 并承受由于荷载的偏心而引起的弯矩 箍筋作用 与纵筋组成空间骨架 减少纵筋的计算长度因而避免纵筋过早的压屈而降低柱的承载力 二 破坏形态 1 影响因素 1 徐变 使钢筋应力突然增大 砼应力减小 应力重分布 突然卸载砼会产生拉应力 2 长细比 l0 b 2 普通箍筋柱的破坏特征 1 短柱破坏 材料破坏 破坏特征 纵向裂缝 纵筋鼓起 砼崩裂 6 1配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件 承载能力 2 长柱破坏 失稳破坏破坏特征 凹侧砼先被压碎 砼表面有纵向裂缝 凸侧则由受压突然转为受拉 出现横向裂缝 破
3、坏前 横向挠度增加很快 破坏来得比较突然 导致失稳破坏 承载能力要小于同截面 配筋 材料的短柱 承载能力 三 纵向稳定系数 1 定义 考虑构件长细比增大的附加效应使构件承载力降低的计算系数 2 计算 pl ps3 影响因素 长细比 柱的初始挠度 竖向力的偏心有关 混凝土强度等级 钢筋强度等级及配筋率对其影响较小 6 1配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件 短柱 1 0 长柱 l0 i 或l0 b 查表 l0 构件的计算长度 与构件端部的支承条件有关 两端铰 一端固定 一端铰支 两端固定 一端固定 一端自由 实际结构按规范规定取值 1 0l 0 7l 0 5l 2 0l 四 正截面承载力计算 公
4、路桥规 规定配有纵向受力钢筋和普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算式为 轴心受压构件稳定系数 附表1 10普通箍筋柱的正截面承载力计算分截面设计和强度复核两种情况 6 1配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件 Ac 截面面积 当 0 03时 Ac A A s 1 截面设计已知截面尺寸 计算长度l0 混凝土轴心抗压强度和钢筋抗压强度设计值 轴向压力组合设计值 求纵向钢筋所需面积 2 截面复核已知截面尺寸 计算长度l0 全部纵向钢筋的截面面积 混凝土轴心抗压强度和钢筋抗压强度设计值 轴向力组合设计值 求截面承载力 五 构造要求1 混凝土一般多采用C25 C40级混凝土 2 截面尺寸 尺寸模数化 2
5、5 30 35 不宜小于250mm 3 纵向钢筋直径 12 32cm 根为 4 纵筋之间净距 5cm 净保护层 2 5cm 6 1配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件 最小配筋率 全截面0 5 一则0 2 附表1 9 4 箍筋 箍筋直径 应不小于纵向钢筋直径的1 4 且不小于8mm 箍筋间距 不应大于纵向钢筋直径的15倍 且不大于构件截面的较小尺寸 圆形截面用0 8倍直径 并不大于400mm 在纵向钢筋截面积超过混凝土计算截面积的3 时 箍筋的间距应不大于纵向钢筋直径的10倍 且不大200mm 复合箍筋 沿箍筋设置的纵向钢筋离角筋间距大于150mm或15倍箍筋直径 取较大者 范围 则应设置复合
6、箍筋 6 1配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件 复合箍筋的布设 1600KN 6 2配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件 一 受力分析及破坏特征1 受力分析螺旋箍筋或焊接圆环箍筋能约束混凝土在轴向压力作用下所产生的侧向变形 对混凝土产生间接的被动侧向压力 从而提高混凝土的抗压强度和变形能力 箍筋则产生环向拉力 当箍筋外部的混凝土被压坏并剥落后 箍筋以内即核心部分的混凝土仍能继续承受荷载 当箍筋达到抗拉屈服强度而失去约束砼侧向变形的能力时 核心砼才会被压碎而导致整个构件破坏 其破坏形态如图6 2所示 2 破坏特征当承受轴向压力时 螺旋箍筋阻止砼的横向变形 使砼处于三向受力状态 轴向力增大到一定
7、数值 砼保护层开始剥落 随着轴向力增大 螺旋箍筋应力也增大 最后达到屈服强度 失去核心砼的约束作用 使砼压碎而破坏 图6 2螺旋箍筋柱轴心受压构件破坏情况 6 2配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件 二 适用条件和强度提高原理1 适用条件 尺寸受到限制 注意 螺旋箍筋柱不如普遍箍筋柱经济 一般不宜采用 2 强度提高原理螺旋箍筋对其核心混凝土的约束作用 使混凝土抗压强度提高 根据圆柱体三向受压试验结果 约束混凝土的轴心抗压强度近似表达式 式中为作用于核心混凝土的径向压应力值 6 2配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件 三 承载力计算螺旋箍筋柱正截面承载力的计算式并应满足 螺旋筋仅能间接地提高强度
8、 对柱的稳定性问题毫无帮助 因此长柱和中长柱应按着通箍筋柱计算 不考虑螺旋筋作用 6 2配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件 四 与按普通箍筋柱强度计算值的比较1 螺旋箍筋柱的强度不会小于普通箍筋柱的强度 即这种情况在砼保护层面积相对较大时发生 2 螺旋箍筋配量过小 作用不显著 不计其作用 即如果那么3 螺旋筋不能提高强度过多 否则会导致混凝土保护层剥落 即 6 2配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件 五 构造要求1 螺旋箍筋柱的纵向钢筋应沿圆周均匀分布 其截面积应不小于箍筋圈内核心截面积的0 5 常用的配筋率在0 8 1 2 之间 2 构件核心截面积应不小于构件整个截面面积的2 3 3 螺旋箍筋的直径不应小于纵向钢筋直径的1 4 且不小于8mm 一般采用 8 12 mm 为了保证螺旋箍筋的作用 螺旋箍筋的间距S应满足 S应不大于核心直径的1 5 即S S应不大于80mm 且不应小于40mm 以便施工 6 2配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件 本章小结 轴心受压柱 根据配制箍筋的形式不同分为两种类型 即普通箍筋柱与螺旋筋柱 影响轴心受压构件破坏形态主要因素有 长细比 柱的初始挠度 竖向力的偏心 徐变 普通箍筋柱与螺旋筋柱承载力计算比较
