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1、1,第四章 轴心受力构件的受力性能,第二篇 混凝土结构构件,轴心受压构件,2,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。,3,4, 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、荷载作用位置的偏差、混凝土的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。 但有些构件，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。,普通钢箍柱：箍筋的作用？ 纵筋的作用？,螺旋钢箍柱：箍筋的形状为圆形，且间距较密，其作用？,5,6,纵筋的作用：提高受压承载力，减小截面尺寸；防止因初始偏心或者其它
2、因素引起的附加弯矩在构件中产生的拉力；减小砼的徐变；提高柱的延性。 箍筋的作用：与纵筋形成骨架，防止纵筋压屈；箍筋对内部混凝土的约束可以改善构件的延性性能。 螺旋形箍筋可以提高构件的承载力和延性。,7,轴心受压构件分类,初始偏心产生附加弯矩,在截面尺寸、配筋、强度相同的条件下，长 柱的承载力低于短柱，(采用降低系数来考虑), 加大初始偏心，最终构件是在M，N共同作用下破坏。,附加弯矩引起挠度,轴心受压长柱的破坏形式,轴心受压短柱的破坏形式：在N作用下压坏,8,配有普通箍筋轴心受压短柱 试验研究,第一阶段：加载至钢筋屈服,第二阶段：钢筋屈服至混凝土压碎,9,受力特点（附图） 整个截面的应变是均匀
3、的。 荷载较小时，压应变和压应力与荷载基本呈线性关系。荷载较大时，压应变增加速度加快。随荷载增大，纵筋应力增长加快，砼应力增长缓慢（产生应力重分布）。 当荷载长期作用时，由于砼产生徐变，纵筋应力进一步增大，砼应力进一步减小。 纵筋达到屈服，而后砼压坏。,10,轴心受压短柱的受力分析 截面分析的基本方程,平衡方程,变形协调方程,11,轴心受压短柱的受力分析 荷载-变形关系,当0=0.002时，混凝土压碎，柱达到最大承载力,若 s=0=0.002，则,轴心受压短柱中，当钢筋的强度超过400N/mm2时，其强度得不到充分发挥,12,三、轴心受压短柱的受力分析 长期荷载下徐变的影响,Nc施加后的瞬时,
4、13,三、轴心受压短柱的受力分析 长期荷载下徐变的影响,经历徐变后,产生了钢筋与砼之间的应力重分布,最小配筋率要求,14,轴心受压短柱的受力分析 长期荷载下徐变的影响,Nc撤去后,最大配筋率要求,15,轴心受压长柱的受力分析 1. 试验研究,长柱的承载力短柱的承载力（相同材料、截面和配筋）,原因：长柱受轴力和弯矩（二次弯矩）的共同作用,16,细长轴心受压构件的承载力降低现象,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,17,轴心受压长柱的受力分析 稳定系数,和长细比l0/b（矩形截面）直接相关,混凝土结构设计规范中，为安全计，取值小于上述结果，详见教材表4-1,18
5、,四、轴心受压长柱的受力分析 3. 承载力,稳定系数,应用：设计、截面复核,系数0.9 是可靠度调整系数,19,设计方法 （1）截面设计 已知：轴心压力设计值N，材料强度等级 、 构件计算长度 ，截面面积bxh 求：纵向受压钢筋面积 （2）截面复核 已知：纵向受压钢筋面积 ，材料强度等级 、 构件计算长度 ，截面面积bxh 求：柱承载力,20,7.1.3 设计方法 1）设计截面 已知 、 、 ，求 、 。 计算步骤： （1）根据设计经验，初步确定 （或先 假定 和 ，估算 ）。 （2）在表4-1中，由 或 查 。 （3）由公式（4-17）计算 。 例题 1,21,2）复核截面 已知 、 、 、
6、 ，求 。 计算步骤： （1）在表4-1中，由 或 查 。 （2）由公式（72）计算 。 例题 2,22,配有螺旋式或焊接环式间接钢筋轴心受压柱的受力分析 1. 配筋形式,23,2. 试验研究,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,24,受力特点 螺旋箍筋犹如套筒，限制核心砼的横向 变形，使砼处于三向受压应力状态，从而提 高了柱的受压承载力。 由于提高受压承载力的方式是间接的， 故螺旋箍筋又称间接钢筋。 破坏形态 砼保护层已剥落，纵筋已屈服，箍筋也 已屈服，核心砼在三向受压状态下被压碎。,25,达到极限状态时（保护层已剥落，不考
7、虑）,3. 承载力计算,26,按钢筋体积相等，将间接钢筋换算为纵筋。,螺旋箍筋对混凝土约束的折减系数a，当fcu,k50N/mm2时，取a = 1.0；当fcu,k=80N/mm2时，取a =0.85，其间直线插值。,27,采用螺旋箍时，应注意几个问题： 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超过按普通箍筋柱受压承载力的150%。 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
8、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% 按螺旋箍筋计算的承载力不应小于按普通箍筋柱计算的受压承载力。,28,4）构造要求 间接钢筋间距不应大于80mm及 ，也不 应小于40mm。 纵筋一般为68根，沿圆周均匀布置。 例题 3,29, 由于侧向挠曲变形，轴向力将产生二阶效应，引起附加弯矩。 对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。 图示典型偏心受压柱，跨中侧向挠度为 f 。 对跨中截面，轴力N的偏心距为ei + f ，即跨中截面的弯矩为 M =N ( ei + f )。 在截面和初始
9、偏心距相同的情况下，柱的长细比l0/h不同，侧向挠度 f 的大小不同，影响程度会有很大差别。,30,31,例题1 某无侧移多层现浇框架结构的第 二层中柱，承受轴心压力设计值 ， 柱的计算长度 ，混凝土强度等级为 （ ），用HRB400级钢筋配筋 （ ），环境类别为一类。试 设计该截面。,32,解（1）假定 则由公 式（4-17）可求得 采用正方形截面，则 取,33,（2）计算 及 则 由表4-1查 得 。 （3）求 选用4B18，,。,34,故计算中取 是可行的(如果所得 则在计算 值时， 应扣除 值，重新计算)。 符合最小配筋率的要求。,35,例题2 某无侧移现浇框架结构底层中柱的柱高 3.
10、5m（ =1.0），截面尺寸 柱内配有4C16纵筋（ ），混凝土强度等 级为C30。柱承受轴心压力设计值 ，试 核算该柱是否安全。,36,解（1）求 和 则 由表4-1查得 （）求 说明：由于截面长边尺寸小于300mm，故将 混凝土抗压强度设计值乘以系数0.8。,37,例题3 某大楼底层门厅内现浇钢筋混凝 土柱，承受轴心压力设计值 计算长度 根据建筑设计要求，柱的截面为圆形,直 径 混凝土强度等级为C30( ) 纵筋采用HRB400级钢筋（ ），箍筋采 用HRB335级钢筋（ ），试确定柱的 配筋。,38,解（）判别是否可采用螺旋箍筋柱 （可设计成螺旋箍筋柱） （）求 假定 则 选用10C20，,39,（）求 混凝土保护层厚度为30mm，则 由公式（4-24）可得,40,（）确定螺旋箍筋直径和间距 假定螺旋箍筋直径 ，则单根螺旋箍筋 截面面积 由公式（4-23）可得 取 （满足构造要求）。 （）复核混凝土保护层是否过早脱落 按 查表4-1，得,41,幻灯片 21,
