受压构件教学材料

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1、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。,第六章 受压构件 Compressive Element or Column,6.1概述 受压构件截面受力特点 受压构件根据荷载布置和内力分析,其截面上可能将受到: 1.仅有轴心压力作用：此时,该受压构件截面上将受到竖向均匀的压应力的作用. 2.有偏心压力作用：此时,该受压构件截面上将受到竖向非均匀的压应力的作用. 3.有轴心压力和弯矩及剪力的共同作用： 此时,通常将弯矩等效为偏心压力.该受压构件截面上将受到竖向非均匀的压应力的作用. 受压构件的分类 1.轴心受压构件 2.偏心受压构件 ：,6.2 受压构

2、件的一般应用和基本构造要求,1、材料强度等级 混凝土的强度等级 一般采用C20C40， 但对于多层和高层建筑，其底层柱必要时可采用更高的混凝土强度等级。 必要时可以采用强度等级更高的混凝土。 钢筋的强度 一般采用HRB335级、HRB400级和RRB400级。箍筋一般采用HPB235级、HRB335级钢筋，也可采用HRB400级钢筋。 2、截面形式及尺寸 截面形式 (1).原则: a.受力合理. b.模板制作方便. (2).轴心受压构件： a.正方形. b.边长接近的矩形. c.圆形. d.多边形. (3).偏心受压构件： a.矩形 b.形,截面尺寸 圆形柱的直径一般不宜小于350mm，直径在

3、600mm以下时，宜取50mm的倍数，直径在600mm以上时，宜取100mm的倍数； 方形柱的截面尺寸一般不宜小于250mm250mm；矩形截面柱截面尺寸宜满足l0/b30， l0/h25， l0/d25。当截面尺寸在800mm以下时，取50mm的倍数，在800mm以上时，取100mm的倍数； I形截面要求翼缘厚度不宜小于120mm，腹板厚度不宜小于100mm。 3、纵向钢筋 纵向受力钢筋的作用 与混凝土共同承担由外荷载引起的内力，防止构件发生突然断裂。 直径 d不宜小于12mm，一般在12-32mm。,矩形截面中不得少于4根，圆形截面中不宜少于8根，并不应少于6根。 当矩形截面偏心受压构件的

4、截面高度h600mm时，为防止构件因混凝土收缩和温度变化产生裂缝，应沿长边设置直径为10mm16mm的纵向构造钢筋，且间距不应超过500mm，并相应地配置复合箍筋或拉筋。 为便于浇筑混凝土，纵向钢筋的净间距不应小于50mm，对水平放置浇筑的预制受压构件，其纵向钢筋的间距要求与梁相同。 偏心受压构件中，垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力钢筋以及轴心受压构件中各边的纵向受力钢筋中距不宜大于300mm，并不应大于350mm。 配筋率 轴心受压构件全部受压钢筋的配筋率不得小于0.6%，当混凝土强度等级大于C60时，不应小于0.7%， 一侧钢筋的配筋率不应小于0.2%。 全部纵向钢筋的配筋率不宜超过5

5、%。,4、箍筋 作用：防止受压钢筋受压时屈曲，保证纵向钢筋定位。,形式：,螺旋钢箍柱：箍筋的形状为圆形，且间距较密，其作用？,箍筋直径： 热轧钢筋： max( d6mm , d纵 /4)； 冷拔低碳钢丝： max(d5mm , d纵 /5；) 箍筋间距：任何情况下，s400mm ,且不应大于构件截面短边尺寸，在绑扎骨架中 s 15d 。在焊接骨架中， s 20d,5、柱中钢筋的搭接： 如采用搭接：接头位置可设在各楼层处500-1200mm范围内。 位于同一接头范围内的受压钢筋搭接接头百分率不宜超过50%。 受压纵筋搭接长度：,当搭接接头面积百分率不超过50%时，取0.85 la ； 当搭接接头

6、面积百分率率超过50%时，取1.05 la ； 任何情况下，不应小于200mm； 焊接骨架若采用搭接连接，则受拉钢筋的搭接长度不应小于la ，受压钢筋的搭接长度不应小于0.7la 。,当柱每边的纵筋不多于4根时，可在同一水平截面处接头； 当柱每边的纵筋不为58根时，应在两个水平截面处接头； 当柱每边的纵筋不为912根时，应在三个水平截面处接头； 当下柱截面大于上柱截面，且上下柱相互错开尺寸与梁高之比1/6时，下柱钢筋可弯折伸入上柱； 当上下柱相互错开尺寸与梁高之比1/6时，应加短筋。短筋直径与根数与上柱相同。,6.3 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算 1. 轴心受压构件的受力性能Be

7、havior of Axial Compressive Member,矩形截面轴心受压短柱： a.应力分析: (a).纵向钢筋与混凝土共同受压. (b).压应变沿构件长度上基本上呈均匀分布. (c).当N时,弹性工作阶段. (d)._N,进入塑性阶段. (e).N,薄弱区出现微细裂缝,裂缝延伸与发展. (f).达到极限荷载时，裂缝发展为较宽的纵向裂缝。外层混凝土剥落，核心混凝土压碎。 b.破坏特征: (a).柱四周出现明显的纵向裂缝,箍筋间的纵筋发生压屈向外凸出,混凝土被压碎而整个柱破坏. (b).钢筋的压应变在0.0025,0.0035之间，一般中等强度的钢筋均能达到屈服.计算时,以构件的压

8、应变等于0.002为控制条件.,钢筋的应力,当所用钢筋的抗拉强度设计值小于400MPa时，只能取钢筋的实际抗拉强度设计值。 当所用钢筋的抗拉强度设计值大于400MPa时，其抗拉强度值只能取400MPa。 所以，受压构件中也不宜使用高强度钢筋。,2、长柱: 长细比的定义： a.长短柱的判别: (a).矩形截面柱: =l0/b8; (b).圆形截面柱: =l0/d7; (c).任意截面柱: =l0/i28;,属于短柱,否则属于长柱.,实验研究： 当长细比较大时，在初期侧向挠度与轴力成比例增长，当压力达到破坏压力的60%70%时，挠度增长的速度加快，最终在N，M的作用下破坏。 b.破坏形式: 轴心受

9、压长柱不可避免地存在偏心，因而，实际上轴心受压长柱是在N、M=Ny附加弯矩共同作用下工作,会引起侧向的附加挠度，从而加大了原始偏心距，其承载力将比同条件下的短柱要低. 规范采用稳定系数来表示承载力降低的程度。,初始偏心距,附加弯矩和侧向挠度,加大了原来的初始偏心距,构件承载力降低,c.稳定系数: 符号: 它主要与构件的长细比有关.,d.构件的计算长度:l0 (a).两端铰支承时: l0=l (b).一端铰支承,一端固定时: l0=0.7l (c).两端固定时: l0=0.5l (d).一端自由,一端固定时: l0=2l 构件的计算长度与支撑情况有关，规范规定用下列方法来确定。,（1）刚性屋盖单

10、层排架柱、露天吊车柱和栈桥柱按表6.2确定。,（2）对一般多层房屋的框架柱，梁柱为刚接的各层柱段，按下列方法确定： 现浇楼盖： 底层柱段：l0=1.0H 其余各层柱段： l0=1.25H 装配式楼盖： 底层柱段： l0=1.25H 其余各层柱段：l0=1.5H 对底层柱为从基础顶面到一层楼面的高度，对其余各层柱为上下两层楼盖顶面之间的高度。,正截面承载力计算 (1).基本公式的建立,折减系数 0.9是考虑初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴压受压柱的可靠性。,当,时，A用An=A-AS/代替,查稳定系数时,当受压构件两个方向的支承约束情况不同时,一律按最小值确定,基本公式的应用,截面设计：

11、求As/,截面复核：,Y,N,安全,不安全,1、配筋形式,6.4 螺旋箍筋柱 Spiral Stirrup Columns,素混凝土柱,普通钢筋混凝土柱,螺旋箍筋钢筋混凝土柱,荷载不大时螺旋箍柱和普通箍柱的性能几乎相同,保护层剥落使柱的承载力降低,螺旋箍筋的约束使柱的承载力提高,2、试验研究,混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度,箍筋的横向约束作用 对配置螺旋式或焊接环式箍筋的柱,箍筋所包围的核心混凝土,相当于受到一个套箍作用,有效地限制了核心混凝土的横向变形,使核心混凝土在三向压应力的作用下工作,从而提高了轴心受压构件正截面承载力.,间接钢筋对混凝土约束的折减系数。 当混凝土强度等级 C5

12、0时: =1.0 当混凝土强度等级为 C80 时: =0.85 其间按线性插值求取。,当混凝土强度等级提高时，箍筋的约束作用有所减弱，根据试验结果有：,根据平衡条件：,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。 计算的承载力小于按普通配箍计算公式计算的值时，不考

13、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不得小于全部纵筋As 面积的25% 螺旋箍筋的间距s不应大于0.2dcor，且不大于80mm，同时为方便施工，s也不应小于40mm。,计算程序：,配置普通箍筋计算配筋率,配筋率是否过大，5%,Y,N,按配置普通箍筋 配置柱中钢筋,计算dcor，Acor,假定一个配筋率/,计算As/,计算Asso,假定螺旋箍筋直径， 计算螺旋箍筋面积,计算螺旋箍筋间距， 并判断是否满足构造要求,检验保护层 是否过早脱落,与按普通配箍计算的 承载力的1.5倍比较,压弯构件 偏心受

14、压构件,偏心距e0=0时？ 当e0时，即N=0，？ 偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于轴心受压构件和受弯构件。,6.5 偏心受压构件正截面承载能力计算,一、偏心受压构件正截面的破坏形态和机理,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 1、大偏心破坏（受拉破坏） tensile failure,M较大，N较小,偏心距e0较大,As配筋合适, 截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，As的应力随荷载增加发展较快，首先达到屈服。 此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小 最后受压侧钢筋As 受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。 这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，

15、承载力主要取决于受拉侧钢筋。 形成这种破坏的条件是：偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为大偏心受压。,2、小偏心破坏（受压破坏）compressive failure 产生受压破坏的条件有两种情况： 相对偏心距e0/h0较小,虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时,As太多, 截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大， 而受拉侧钢筋应力较小， 当相对偏心距e0/h0很小时，受拉侧还可能出现受压情况。 截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏， 承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，破坏时受压区高度较大，受拉侧钢筋未达到受拉屈服，破坏具有脆性性质。 第二种情况在设

16、计应予避免，因此受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小偏心受压。,第三种情况：偏心距极小，而拉区钢筋较少，压区钢筋较多： 截面的实际重心与构件的几何中心不重合。 截面全部受压。 破坏时，“拉区钢筋”屈服；压区钢筋不屈服，拉区混凝土被压碎。 受压破坏的特征： 破坏始于受压区的混凝土被压碎，压应力较大的一侧的受压钢筋的压应力一般能达到屈服强度，而另一侧的钢筋可能受拉也可能受压，其应力一般达不到屈服强度。设计一般应避免。,受拉破坏和受压破坏的界限 1、发生条件：偏心距适中，拉区钢筋截面面积也适中。即介于受拉破坏和受压破坏之间的的界限破坏状态。 2.破坏特征: 在受拉钢筋应力达到屈服强度的同时,受压区的混凝土出现纵向裂缝并被压碎。即受拉钢筋屈服与受压区混凝土边缘极限压应变ecu同时达到。 与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。 因此，相对界限受压区高度仍为：,当x xb时,当x xb时,受拉破坏(大偏心受压),受压破坏(小偏心受压),偏心受压构件的纵向弯曲的影响