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1、,第四章 钢筋混凝土轴心受力构件 正截面承载力计算,4-1 概述,一、轴心受力构件的定义：轴向力作用线与构件 截面形心线重合的构件。,二、分类：,轴心受力构件,三、工程应用情况：,实际工程中理想的轴心受力构件不存在。,图4-1 轴心受力构件,4-2 钢筋混凝土轴心受拉构件 正截面承载力计算,正截面的概念：,一、受力特征：,分为三个阶段：,I 加载至混凝土即将开裂：钢筋与混凝土共同受力，,II 开裂后至钢筋即将屈服；,III 全部钢筋屈服至且裂缝开展超过规定的要求。,图4-2 轴心受拉构件破坏的三个阶段,2、纵筋一侧配筋率 且 （为混凝土轴心抗拉强度设计值）。（配筋率的概念）,3、纵筋应沿截面周
2、边均匀对称布置，并宜优先采用直径较小的钢筋。,4、箍筋直径 d6mm, 间距s 200mm (腹杆中 s 150mm)。,四、举例：,P56例4-1,通过该例题，强调今后基本构件的设计中需注意的几点：,1、步骤，2、已知条件的查找，3、钢筋的选择 4、配筋图的表达。,4-3 钢筋混凝土轴心受压构件 正截面承载力计算,概述：,轴压构件的截面形式：,正方形、矩形、圆形、多边形及环形等。,钢筋骨架,图4-3 普通箍筋柱和螺旋箍筋柱,纵筋的作用：,1、帮助混凝土承受压力；,、承担由初始偏心引起的附加弯矩所产生的拉力；,、防止构件突然脆性破坏以增加构件的延性；,、减小混凝土的徐变变形。,箍筋的作用：,1
3、、与纵筋形成骨架，防止纵筋受力后向外凸。,2、密排箍筋或螺旋式箍筋约束核心混凝土横向变形，进一步提高构件承载力及受压延性。,一、配置普通箍筋的轴心受压构件,1、试验研究分析,轴心受压构件按长细比不同分为短柱和长柱，规范规定以为l0/i =28为界，其中l0为柱的计算长度，i为截面的最小回转半径。,混凝土压应力,（4-2）,钢筋的压应力,（4-3）,式中：混凝土弹性系数；,钢筋与混凝土弹性模量之比，,当N较小时，构件处于弹性阶段，此时弹性系数=1，故钢筋应力与混凝土应力成直线增长，当增大时，混凝土出现塑性应变，弹性系数 就减小。 因此 和 的应力增长就成曲线形状（图3-4）。,图4-4 应力-荷
4、载曲线示意图,在轴心受压短柱中，不论受压钢筋在构件破坏时是否屈服，构件的最终承载力都是由混凝土被压碎来控制的。,对于长柱的承载能力 低于相同条件下的短柱承载能力 。目前采用引入稳定系数 来考虑这个因素， 值随着长细比的增大而减小，可查表4-1。,钢筋混凝土受压构件的稳定系数 表4-1,注： 构件计算长度；b矩形截面短边；d圆形截面直径； 截面最小回转半径。,2、基本计算公式,图4-5 轴心受压柱计算图,（4-4）,当现浇钢筋混凝土轴心受压构件截面长边或直径大于300mm时，构件制作缺陷对承载力的影响较大，式（4-4）中混凝土强度设计值乘以系数0.8（构件质量确有保障时不受此限制）。,3、公式的
5、应用,截面设计问题：,已知：N，求：，,步骤：,（1）根据构造要求及经验，定截面尺寸（b，h）,b，h,或令，则,（2）计算，确定,（3）计算,（4）选配筋并绘制配筋图。,截面校核问题：,已知：b，h，求：,步骤：（1）确定,（2）计算，若，则,若，则,4、构造要求,1）材料构造要求,混凝土抗压强度较高，为了减少柱截面尺寸，节约钢筋用量，应该采用强度等级较高的混凝土，对于高层建筑的底层柱，必要时可采用更高强度等级的混凝土。但钢筋不宜采用更高强度的钢筋，这是由于它与混凝土共同工作时，一般不能充分的挥其高强度的作用。,2）截面形式,轴心受压构件一般都采用正方形。在建筑上有美观要求时根据需要也可采用
6、圆形及其它截面形式。为了施工方便，截面尺寸一般不小于250250mm，而且要符合模数，800mm以下采用50mm的模数，800mm以上则采用100mm模数，构件长细比一般为15左右，不宜大于30。,3）纵向钢筋,纵筋是钢筋骨架的主要组成部分，为便于施工和保证骨架有足够的刚度，纵筋直径不宜小于12mm，通常选用16mm28mm。纵筋要沿截面四周均匀布置，不得少于4根。全部受压钢筋的最小配筋率为0.6%，一侧的纵向钢筋最小配筋率为0.2%。纵筋间距一般不小于50mm。当构件在水平位置浇注时，纵筋净距不应小于30mm和1.5倍纵筋直径。,4）箍筋,应当采用封闭式箍筋，以保证钢筋骨架的整体刚度，并保证
7、构件在破坏阶段箍筋对混凝土和纵向钢筋的侧向约束作用。,箍筋采用热轧钢筋时，直径不应小于d/4，且不应小于6mm；采用冷拔低碳钢丝时应小于5mm和d/5（d为纵向钢筋的最大直径）。,箍筋间距不应大于400mm，且不应大于构件截面的短边尺寸；同时，在绑扎骨架中，不应大于15d；在焊接骨架中，不应大于20d（d为纵向钢筋的最小直径）。,当柱中全部纵向钢筋配筋率超过3%时，箍筋直径不宜小于8mm，间距不应大于纵向钢筋最小直径的10倍，且不应大于200mm。,当柱中每边的纵向受力钢筋不多于3根（或当柱短边尺寸而纵筋不多于4根时可采用单个箍筋，否则应设置复合箍筋（图4-6）。,图4-6 箍筋形式,二、配置
8、螺旋箍筋的轴心受压构件,1、受力分析及破坏特征,箍筋的纵向约束作用：,纵向压缩,横向变形,纵向裂纹,若约束横向变形，使混凝土处于三向受压状态,承载力提高当N增大，砼的横向变形足够大时，对箍筋形成径向压力，反过来箍筋对砼施加被动的径向均匀约束压力。,应用：仅在轴向受力较大，而截面尺寸受到限制时采用，通常配置的箍筋比较多。,2、正截面受压承载力计算,(4-5),由隔离体平衡得到（图4-7）,图4-7 混凝土径向压力示意图,(4-6a),(4-6b),(4-7),根据轴心受力平衡条件，其正截面受压承载力计算如下：,(4-8),式子变换后得：,(4-9),式中 构件核心截面面积；,螺旋式（或焊接环式）
9、间接钢筋的换算截面面积；,但考虑到混凝土强度等大于C50时，间接钢筋对混凝土约束作用将会降低，给出一个折减系数，当混凝土强度等级为C80时，取0.85；当混凝土强度等级不超过C50时，取1.0；其间按线性内插法取用。,(4-10),按式（4-10）算得构件受压承载力设计值不应大于按式（4-4）算得构件受压承载力设计值的1.5倍。,当遇到下列任意一种情况时，不考虑间接钢筋影响，而按式（4-4）进行计算：,）当l0/d12时；,）当按式（4-10）算得的受压承载力小于按式（4-4）算得的受压承载力时；,）当间接钢筋的换算截面面积小于纵向钢筋的全部 截面面积25%时。,3、构造要求,在计算中考虑间接钢筋作用时，其螺距（或环形箍筋间距）s不应大于80mm，及dcor/5。同时亦不应小于40mm。螺旋箍筋柱截面尺寸常做成圆形或正多边形，纵向钢筋可选68根沿截面周边均匀布置。,
