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1、工程科技第六章钢筋混凝土偏心受力构件Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望受压构件（柱）受压构件（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦产生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。破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。主要以承受主要以承受轴向向压力力为主主,通常通常还有有弯矩弯矩和剪力和剪力作用作用 概概 述述Ne0偏心受力偏心受力MNNe0=M/NNe0=M/NN转化为轴心受心受压构件构件纵筋的主要作用筋的主要作用: 帮助混凝土受帮助混凝土
2、受压 箍筋的主要作用箍筋的主要作用: 防止防止纵向受力向受力钢筋筋压屈屈 偏心受偏心受压构件构件 纵筋的主要作用筋的主要作用： 一部分一部分纵筋帮助混凝土受筋帮助混凝土受压 另一部分另一部分纵筋抵抗由偏心筋抵抗由偏心压 力力产生的弯矩生的弯矩 箍筋的主要作用箍筋的主要作用: 抵抗剪力抵抗剪力 轴心受压：一般采用轴心受压：一般采用方形、矩形、圆形方形、矩形、圆形和和 正多边形正多边形 偏心受压构件：一般采用偏心受压构件：一般采用矩形、工字形、矩形、工字形、T形形和和环形环形受压构件构造要求受压构件构造要求材料材料强度要求度要求 混凝土：混凝土：C25 C30 C35 C40 等等 钢筋：筋： 纵
3、筋：筋：HRB400级、HRB335级和和 箍筋箍筋：HPB235级、HRB335级 也可采用也可采用HRB400级 保保护层厚度：厚度： 室内正常环境下，柱纵向受力钢筋的砼最小保护层厚室内正常环境下，柱纵向受力钢筋的砼最小保护层厚度为度为30mm,同时应不小于纵向受力钢筋直径。同时应不小于纵向受力钢筋直径。纵筋筋 全部全部纵筋配筋率不筋配筋率不应小于小于0.6%；不宜大于不宜大于5% 一一侧钢筋配筋率不筋配筋率不应小于小于0.2% 直径不宜小于直径不宜小于12mm，常用，常用1632mm，宜用粗，宜用粗钢筋筋纵筋净距：纵筋净距： 不应小于不应小于5050mm； 纵筋中距不应大于纵筋中距不应大
4、于300300mmmm。箍筋箍筋 直径 6mm 或 d/4 当柱中全部纵向钢筋的配筋率超过3%时，箍筋直径应不小于8mm箍筋间距不大于400mm，且不应大于截面的短边尺寸，同时不大于15d。 压弯构件 偏心受压构件偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于轴心受压轴心受压构件和构件和受弯受弯构件构件。偏心受压构件的受力性能偏心受压构件的受力性能破坏特征破坏特征大量试验表明：构件截面 符合 ，偏压构件的最终破坏是由于混凝土压碎而造成的。其影响因素主要与 的大小和所配 有关。平截面假定平截面假定偏心距偏心距钢筋数量钢筋数量 N的偏心距较大，且As不太多。受拉破坏 (大
5、偏心受 压破坏)As先屈服，然后受压混凝土达到cu ,As f y。cuNf yAs fyAs NN(a)(b)e0与适筋受弯构件相似，(大偏心受压破坏） 截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，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的应力随荷载增加发展较快，较快，首先达到屈服首先达到屈服。 此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小 最后受压侧钢筋最后受压侧钢筋As 受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。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
6、。压钢筋的适筋梁相似。 形成这种破坏的条件是：形成这种破坏的条件是：偏心距偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适配筋率合适，通常称为，通常称为大偏心受压大偏心受压。2.产生受压破坏的条件有两种情况：产生受压破坏的条件有两种情况： 当偏心距当偏心距e0较小较小或虽然偏心距或虽然偏心距e0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时(小偏心受压破坏）Ne0Ne0fcAsfyAs sh0e0很小 As适中 Ne0Ne0fcAsfyAs sh0e0较小受压破坏（小偏心受压破坏）Ne0Ne0fcAsfyAs sh0e0较大 As较多 Nf yAs f yAs
7、 NNNsAs sAs cmax2cmax1cu(a)(c)(b)eiei N的偏心较小一些或N的e0大，然而As较多。受压破坏(小偏心受压破坏)最终由近力侧砼压碎，Asf y而破坏。As为压应力，未达到屈服。使得实际的近力侧成为名义上的远力侧，破坏与相似，截面大部分受压最终由受压区砼压碎， Asf y导致破坏，而As未屈服。但近力侧的压应力大一些， e0更小一些，全截面受压。 e0很小。由远力侧的砼压碎及As屈服导致构件破坏，As s。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。 大小偏心受压的分界：当 b 小偏心受压 ae = b 界限破坏状态 ad图6-10bcde
8、fghAsAsh0x0xb0scuaaay0.002柱：在压力作用下产生纵向弯曲短柱中长柱细长柱 材料破坏 失稳破坏N0N1N2N0e0N1e0N2e01N1af1N2af2BCADE短柱(材料破坏)中长柱(材料破坏)细长柱(失稳破坏)NM0偏心受压构件的纵向弯曲影响 Nu- -Mu相关曲线反映了在压力和弯矩相关曲线反映了在压力和弯矩共同作用下正截面承载力的规律，具有共同作用下正截面承载力的规律，具有以下一些特点：以下一些特点：相关曲线上的任一点代表截面相关曲线上的任一点代表截面处于正截面承载力极限状态时处于正截面承载力极限状态时的一种内力组合。的一种内力组合。 如一组内力（如一组内力（N，M
9、）在曲线）在曲线内侧说明截面未达到极限状态，内侧说明截面未达到极限状态，是安全的；是安全的； 如（如（N，M）在曲线外侧，则）在曲线外侧，则表明截面承载力不足；表明截面承载力不足；当弯矩为零时，轴向承载力达到最大，即为轴心受压承载力当弯矩为零时，轴向承载力达到最大，即为轴心受压承载力N0（A点）；点）； 当轴力为零时，为受纯弯承载力当轴力为零时，为受纯弯承载力M0（C点）；点）；截面受弯承载力截面受弯承载力Mu与作用的与作用的轴压力轴压力N大小有关；大小有关； 当轴压力较小时，当轴压力较小时，Mu随随N的的增加而增加（增加而增加（CB段）；段）； 当轴压力较大时，当轴压力较大时，Mu随随N的的
10、增加而减小（增加而减小（AB段）；段）；截面受弯承载力在截面受弯承载力在B点达点达(Nb，Mb)到最大，该点近似为到最大，该点近似为界限破坏；界限破坏； CB段（段（NNb）为受拉破坏，）为受拉破坏， AB段（段（N Nb）为受压破坏；）为受压破坏；对于对称配筋截面，达到界对于对称配筋截面，达到界限破坏时的轴力限破坏时的轴力Nb是一致的。是一致的。如截面尺寸和材料强度保持如截面尺寸和材料强度保持不变，不变，Nu- -Mu相关曲线随配相关曲线随配筋率的增加而向外侧增大；筋率的增加而向外侧增大；N-M相关曲线MuNu轴压破坏弯曲破坏界限破坏小偏压破坏大偏压破坏ABCN相同M越大越不安全M 相同：大
11、偏压，N越小越不安全 小偏压，N越大越不安全偏心距增大系数 轴压构件中： 偏压构件中：偏心距增大系数规范采用了的界限状态为依据，然后再加以修正式中：ei = e0+ ea l0 柱的计算长度偏心受压构件正截面受压承载力基本计算公式fyAsCeNufyAseeix1fcsAs 对称配筋（As=As）大偏心受压构件的截面设计应用基本公式2对称配筋（As=As）小偏心受压构件的截面设计联立求解求出后，便可计算As=As 例例 题题 矩矩 形形 截截 面面 偏偏 心心 受受 压压 柱柱 的的 截截 面面 尺尺 寸寸bh=300mm400mm,柱柱的的计计算算长长度度l02.8m， ，混混凝凝土土强强度
12、度等等级级为为C30（ ），用用HRB400级级钢钢筋筋配配筋筋（ ），承承受受轴轴心心压压力力设设计计值值N=340kN，弯弯矩矩设设计计值值M= 200 ,试计算所需的钢筋截面面积试计算所需的钢筋截面面积 和和 。 解（解（1 1）计算）计算 取取 则则取取取取由由M-NM-N的的相相关关曲曲线线（图图6-96-9）可可知知：此此时时是是大大偏偏心受压心受压（2 2）计算）计算各选用各选用4 22， 。则则对称配筋受压承载力校核先假定为大偏心受压666366改由小偏心受压计算6863重新计算68大小偏心受压的界限判别式I形截面一般采用对称配筋应用基本公式1对称配筋I形截面偏心受压构件xee
13、Nu1fcsAsfyAseixbfbfhh0AsAshfhfb偏心受压类型的判断界限破坏时的轴向压力设计值为：当 时，为大偏心受压； 当 时，为小偏心受压；大偏心受压构件的基本计算公式x1fceNufyAsfyAseeibfbfhh0AsAsxhfhfb1.混凝土受压区在翼缘内大偏心受压构件的基本计算公式x1fceNufyAsfyAseeibfbfhh0AsAsxhfhfb2.混凝土受压区进入腹板小偏心受压构件的基本计算公式xeeNu1fcsAsfyAseixbfbfhh0AsAshfhfb1.受压区进入腹板内小偏心受压构件的基本计算公式xeeNu1fcsAsfyAseixbfbfhh0AsA
14、shfhfb2.受压区进入对侧翼缘内-简化方法为了简化计算，偏于安全，仍可按第一种情况进行计算解： 柱的计算长度要考虑挠度的二阶效应对偏心的影响： 附加偏心距取 中的较大值，即则： 取 因为 由公式（6-1） 先按大偏心受压计算，用公式（6-14a），求得受压区计算高度： 此时，中和轴在腹板内，应由式（6-15a）及重新计算值，得： 用大偏心受压公式计算钢筋由式(6-15b)及，得： 每边选用2 18 +2 16解：先按大偏心受压考虑中和轴进入腹板，应由式(6-15a)，重新求算x值，得： 应按小偏心受压公式计算钢筋 因为： ， 取用简化方法计算（近似公式法） 对于I形小偏心受压，如果采用近似
15、公式时，求的公式可以写为：把本题的数据代入，求得如下： 代入公式（6-16b） 采用4 18垂直于弯矩平面方向需要按轴心受压进行验算垂直于弯矩平面方向需要按轴心受压进行验算得 查表4-1 验算结果安全偏心受压构件斜截面受剪承载力H2H1反弯点当N0.3fcA时，取N=0.3fcA柱的净高偏心受压构件斜截面受剪承载力当N0.3fcA时，取N=0.3fcA偏心受拉构件受力分析1. 大小偏心受拉构件小偏心受拉h0fyAsfyAseeN e0as和偏压不同和偏压不同N位于As和As之间时，混凝土全截面受拉（或开始时部分混凝土受拉，部分混凝土受压，随着N的增大，混凝土全截面受拉）开裂后，拉力由钢筋承担最终钢筋屈服，截面达最大承载力大偏心受拉N位于As和As之外时，部分混凝土受拉，部分混凝土受压，开裂后，截面的受力情况和大偏压类似最终受拉钢筋屈服，压区混凝土压碎，截面达最大承载力eeN e0h0fyAsfyAsas1fcx2. 小偏心受拉构件的承载力混凝土不参加工作h0fyAsfyAseeNu e0as可直接应用公式进行设计和复核3. 大偏心受拉构件的承载力设计或复核方法和大偏压类似，只是N的方向不同eeNu e0h0fyAsfyAsas1fcx
