ep07-钢筋混凝土受压构件承载力讲解学习

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1、混凝土结构设计原理,轴向力的作用线与构件截面重心轴线相重合时。,当轴向力作用线与构件截面重心轴线平行且沿某主轴偏离重心时。,当轴向力作用线与构件截面重心轴线平行且沿偏离两个主轴时。,当弯矩和轴力共同作用于构件上，可看成具有偏心的轴向压力的作用或当轴向力作用线与构件截面重心轴线不重合时。,受压构件（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。,工业和民用建筑中的单层厂房和多层框架柱,偏心受压构件, 在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。 通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的不确定性、混凝土质量的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。 但有些构件，

2、如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。,截面形式：,正方形、矩形、圆形、多边形、环形等,配筋形式：,纵向钢筋+箍筋,密布螺旋式,图6-2 轴心受压柱,环形配箍,普通配箍,箍筋种类:,(a) 普通箍筋的柱 (b) 螺旋式箍筋柱 (c) 焊接环式箍筋柱,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。,加载初期,整个截面的应变是均匀分布的,荷载增加,整个截面的应变迅速增加,加载末期,混

3、凝土达到极限应变，柱子出现纵向裂缝,保护层剥落，纵筋向外凸，砼被压碎而破坏,1 轴心受压短柱在短期荷载作用下的应力分布及破坏形态,轴心受压构件正截面承载力计算,试件为配有纵筋和箍筋的短柱。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。,试验结果,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。 破坏时，砼的应力达到 ，钢筋应力达到 。,钢筋混凝土之间的应力重分布： 初期（荷载小），钢筋与混凝土应力之比等于弹模之比。 后期（荷载增加），混凝土塑性变形发展，弹模降低，钢筋应力增长加快，混凝土应力增长变

4、慢。,1、随着荷载的增加，混凝土的应力增加较慢，钢筋的应力增加较快； 2、对于钢筋混凝土短柱，不论受压钢筋在构件破坏时是否屈服，构件的承载力都是由混凝土的压碎来控制的； 3、钢筋混凝土短柱破坏时，压应变在0.00250.0035 之间，规范取为0.002 ，相应地，纵筋的应力为：,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。,矩形截面轴心受压长柱,前述是短柱的受力分析和破坏特征。对于长细比较大的长柱，试验表明，由于各种偶然因素造成的初始偏心距的影响是不可忽略的。加载后由于有初始偏心距将产生附加弯距，这样相互影响的结果使长柱最终在弯矩

5、及轴力共同作用下发生破坏。对于长细比很大的长柱，还有可能发生“失稳破坏”的现象，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载。,稳定系数与构件的长细比l0/b （ l0 为柱的计算长度， b 为柱截面短边）有关,值的试验结果及规范取值,长细比l0/b 越大，值越小。 l0/b8时，=1；考虑混凝土强度等级，钢筋种类及配筋率得出以下统计关系：,与构件两端支撑条件有关： 两端铰支 l0= l， 两端固支 l0=0.5 l 一端固支一端铰支 l0=0.7 l 一端固支一端自由 l0=2 l,计算长细比l0/b时，l0的取值,实际计算时可直接查表,如：一般多层房屋的钢筋混凝土框架柱：,现浇楼盖：,底层

6、柱,其余各层柱,装配式楼盖：,底层柱,其余各层柱,注：其中H对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面 的高度；对其余各层柱为上下层楼盖顶面之间的高度,l0 = 1.0H,l0 = 1.25H,l0 = 1.25H,l0 = 1.5H,2.承载力计算公式,N轴向力设计值； 稳定系数，见附表21； fc混凝土的轴心抗压强度设计值 A构件截面面积； fy纵向钢筋的抗压强度设计值； As全部纵向钢筋的截面面积。 0.9可靠度调整系数,纵向钢筋配筋率大于3时，式中A应改用Ac：Ac= A- A注意要满足最小配筋率的要求，全部为0.6，每侧为0.2。,一、截面形式和尺寸 采用方形或矩形截面，截面长边布在弯矩作用

7、方向， 长短边比值1.52.5。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，应采用强度等级较高的砼，如C20、C25 、C30或更高。,3 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II级、III级。不宜用高强钢筋，不宜用冷拉钢筋。 直径12mm，常用直径1232mm。 现浇时纵筋净距50mm，最大间距350mm。,例题： 某多层现浇框架结构的第二层中柱，承受轴心压力设计值N=1840KN，柱的计算长度

8、为3.9m，混凝土C30，HRB400钢筋，环境类别为一类，试设计该截面。,习题： 某钢筋混凝土轴心受压柱，承受轴心压力设计值N=483KN，截面尺寸bh=250250mm，柱的计算长度为3.5m，混凝土C20，HRB335钢筋，环境类别为一类，试设计该截面。,1. 试验研究分析：,纵向压缩,fcc = fc + 4c,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。,提高柱的承载力,横向变形,纵向裂纹(横向拉坏),若约束横向变形，使砼处于三向受压状态,2. 正截面受压承载力计算：, fcc = fc + 4c,x = 0,仅在轴向受力较大，而截面

9、尺寸受到限制时采用。, 配置的箍筋较多,应用：,y = 0,解得：,得：,式中,间接钢筋的换算截面面积,采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。 如螺旋箍筋配置过多，极限承载力提高过大，则会在远未达到极限承载力之前保护层产生剥落，从而影响正常使用。 规范规定： 按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的50%。 对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形较大，截面不是全部受压，螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。规范规定： 对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。 螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距s有关，为保证有一定约束效果，规范规定： 螺旋箍筋的换算面积Ass0不

10、得小于全部纵筋As 面积的25% 螺旋箍筋的间距s不应大于dcor/5，且不大于80mm，同时为方便施工，s也不应小于40mm。,构造措施：, 截面形式：通常为正多边形（六角形或八角形），有时也用圆形，但圆形的模板制作比较复杂；, 纵向钢筋, 螺旋筋：直径通常为6-16mm。,根数通常为6-8根，沿圆周作等距离布置,偏心受压构件是介于轴压构件和受弯构件之间的受力状态。,e0 0,e0 a,轴压构件,受弯构件,(一)第一类破坏情况受拉破坏 偏心距较大， As配筋合适。 破坏特征是受拉钢筋应力先达到屈服，然后压区砼被压碎，受压筋应力一般也达到屈服，与配筋量适中的双筋受弯构件的破坏相类似。破坏有预兆

11、，属延性破坏。也称为大偏心受压破坏 。,偏心受压构件的破坏形态与偏心距e0和纵向钢筋配筋率有关。,试验结果,(二)第二类破坏情况受压破坏,破坏特征是受压砼先达到极限应变而压坏， As未达到屈服，破坏具有脆性性质，也称为“小偏心受压破坏”。,e0很小，全部受压,e0稍大，小部分受拉,e0较大，拉筋过多,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。, N的偏心距较大，且As不太多。,受拉破坏 (大偏心受 压破坏),As先屈服，然后受压混凝土达到c,max, As f y。,与适筋受弯构件相似，, 大小偏心受压破坏特征对比：,大偏心受压破坏为塑性破坏，小偏心受压破坏为脆性破

12、坏,共同点：,不同点：,混凝土压碎而破坏,大偏心受压构件受拉钢筋屈服，且受压钢筋屈服，,小偏心受压构件一侧钢筋受压屈服，另一侧钢筋不屈服,界限破坏：在“受拉破坏”与“受压破坏”之间存在一种界限状态，成为“界限破坏”当受拉钢筋屈服的同时，受压边缘混凝土应变达到极限压应变，它不仅有横向主裂缝，而且比较明显。, 界限破坏时，混凝土压碎区段的大小比“受拉破坏”情况时要大，比“受压破坏”情况时的要小,3、界限破坏, 大小偏心受压的分界：, b 小偏心受压 ae, = b 界限破坏状态 ad,47,7.4 偏心受压构件的二阶效应 7.4.1 基本概念 在偏心轴向力作用下，在弯曲平面内将产 生弯曲变形，在临

13、界截面处将产生挠度 。因 而使临界截面上轴向力的实际偏心距将由 增 大为 ，这种现象成为偏心受压构件的 二阶效应。 7.4.2 偏心受压构件的破坏类型 偏心受压构件在二阶效应影响下的破坏类 型与构件的长细比有密切关系。,48,1）材料破坏 偏压构件的破坏是由于临界截面上的材料 达到其极限强度而引起的。 （1）理想短柱的材料破坏。 （2）二阶效应影响下（长柱）的材料破坏。 2）失稳破坏 当轴向压力达到某一值时，构件的侧向变形 突然剧急增加而发生破坏。,一、偏心受压构件的破坏类型,短柱发生剪切破坏,长柱发生弯曲破坏,51,7.4.3 轴向力偏心距增大系数 极限状态下临界截面上轴向压力的实际偏 心距

14、 为 令 则,可根据半经验、半理论的公式进行计算：,其中ea为附加偏心距，M2为承受的绝对值较大端的弯矩。,根据试验研究结果，除排架结构柱以外的偏心受压构件，在其偏心方向上考虑杆件自身挠曲影响的控制界面弯矩设计值可按：,即,Cm为柱端截面偏心弯矩调节系数。,考虑钢筋混凝土柱非弹性性能的影响，规范规定Cm可按下式计算：,式中M1、M2分别为绝对值较小和较大端的弯矩 设计值。,规范规定，弯矩作用平面内截面对称的偏心受压构件，当M1/M2不大于0.9，且设计轴压比不大于0.9时，若满足下式，可不考虑该方向构件自身挠曲产生的附加弯矩影响。：,上式i为偏心方向的截面回转半径。,1、偏心受压构件计算中，为

15、什么要引入偏心距 增大系数? 它的概念是什么？受哪些因素 影响？什么情况下可取1.0？规范对 初始偏心距的影响是如何考虑的？,2、画出偏心受压N-M关系曲线，并说明哪一段 为大偏心受压受压破坏，哪一段为小偏心受 压破坏？N为何值时M最大？,3、怎样确定受压构件的计算长度？,4、偏心受压长柱随l0/h的变化可能发生哪几种 破坏？,5、矩形截面大、小偏心受压破坏有何本质区 别？其判别条件是什么？,6、附加偏心距的物理意义是什么？,7、偏心距的变化对偏心受压构件的承载力有何 影响？,8、偏心受压短柱和长柱的承载力有什么不同？ 计算时如何考虑？,9、偏心受压构件有哪几种破坏特征？在N-M曲 线中是怎样表达的？,10、怎样确定偏心受压构件截面发生界限破坏 时的偏心距？,2、不考虑混凝土的抗拉强度,3、假定受压区混凝土的应力与应变的关系曲线，并且其应力图形用一个等效的矩形应力图形来代替，混凝土的极限压应变为0.0033。,4、假定受拉钢筋的应力应变关系曲线，受拉钢筋的极限拉应变取0.01。,偏心受压构件与受弯构件在破坏状态和受力方面有相似之处,1、平截面假定,一、基本假定,二、两种破坏形态的界限,试验分析表明，大偏心受压构件，若受拉钢筋配置不过多时与适筋梁相同，及其受拉及受压纵筋均能达到屈服强度。应力图形如下所示：,三、大偏心受压构件正截