《工程结构》PPT课件.ppt

6 钢筋混凝土受压 构件 6-1 受压构件的分类及构造要求 6-2 轴心受压构件正截面受压承载力 6-3 偏心受压构件的受力性能 6-4 矩形截面对称配筋偏心受压构件 正截面受压承载力计算 6-6 偏心受压构件斜截面受剪承载力 及裂缝宽度验算 本章重点： 1、熟练掌握轴心受压构件正截面受压承载 力计算； 2、熟练掌握偏心受压构件的受力性能； 3、熟练掌握大小偏心受压构件的判别及矩 形截面对称配筋偏心受压构件正截面受压承载 力计算 6-1 受压构件的分类及构造要求 受压构件：以承受纵向压力为主的杆件 一、受压构件的分类 轴心受压和偏心受压 二、受压构件的一般构造要求 (一)材料选择 (1)混凝土强度：C20C50； (2)钢筋：钢筋与混凝土共同受压时，一般 HRB335和HRB400； (二)截面形式和截面尺寸 (1) 截面形式：轴心受压正方形；偏心受压 矩形；装配式结构（单层厂房）I形； (2) 截面尺寸：方形、矩形截面，其边长 300mm；长细比: l0/h25、 l0/b30 其中：l0为柱的计算长度，h为柱长边尺寸，b 为柱短边尺寸。 构件的计算长度l0按规范的有关规定采用。对 梁与柱为刚接的钢筋混凝土框架柱其计算长度按下 列规定采用： 现浇楼盖：底层柱l0=1.0H；其余各层柱l0=1.25H； 装配式楼盖：底层柱l0=1.25H；其余各层柱l0=1.5H 。 式中，H对底层柱取基础顶面到一层楼盖顶而之间 的距离；对其余各层柱，取上下两层楼盖顶面之间 的距离(即层高)。 对于I形截面，其翼缘厚度不应小于120mm； 腹板宽度不宜小于100mm。 (三)纵向钢筋 1直径、间距、混凝土保护层 直径：不宜小于12mm，并宜优先选择较大直径的 钢筋，以减少钢筋纵向弯曲对施工的影响。 间距：中距不宜大于300mm，净距不应小于50mm( 构件水平浇筑时，可同梁的规定)。 混凝土保护层最小厚度：根据环境类别(表2- 2)、构件类型、混凝土强度确定。 2钢筋布置 轴心受压构件：纵向钢筋沿截面周边均匀对 称布置； 偏心受压构件：受力钢筋按计算要求设置在 弯矩作用方向的两对边，且当截面高度 h600mm时在侧面(垂直弯矩平面方向)应设 置直径1016mm、间距不大于300mm的构造 钢筋。 3纵向受力钢筋配筋率 轴心受压构件的全部受压钢筋的最小配筋率 为0.6； 对称配筋的偏心受压构件受力方向每侧的最 小配筋率为0.2；按最小配筋率计算钢筋截 面面积时，取用构件的实际截面面积A。 全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5；圆柱 中的纵向钢筋宜沿周边均匀布置，根数不宜少 于8根。 (四)箍筋 采用封闭式箍筋 箍筋的间距s不应大于400mm，且不应大于 构件横截面的短边尺寸，也不应大于15d(d为 纵向受力钢筋的最小直径)。箍筋直径不应小 于6mm，且不应小于d/4; 当柱截面有缺角时，不应采用内折角式箍筋 ，应采用分离式箍筋 6-2 轴心受压构件正截面受压承 载力 轴心受压构件的分类 按截面分： 正方形、矩形、圆形 、环形和多边形等； 按箍筋配置方式分： 普通箍筋柱； 螺旋箍筋柱(或环式焊 接箍筋) 两类。 一、配有普通箍筋的轴心受压构 件 1. 轴心受压构件按长细比分类（长细比l0/i ）：短柱、长柱稳定系数 2. 正截面承载力计算公式 fc混凝土轴心抗压强度设计值 ；当截面长边或直径小于300mm 时，fc按表中数值乘以系数0.8； A构件截面面积；当纵向钢筋 配筋率大于3时，式中A改用Ac ， AcA- ； 全部纵向钢筋的截面面积 。 3、设计计算 截面计算(求As); 承载力校核。 截面计算步骤：先确定材料强度等级; 再根 据设计要求的截面形状和尺寸; 轴向压力设计 值的大小; 按式(6-2)求出钢筋截面面积，然后 确定满足构造要求的具体配筋。 承载力校核步骤：构件的计算长度、截面尺 寸、材料、配筋已知，只需将有关数据代入式 (6-2)，即可求得构件所能承担的轴向力设计 值的最大值。 注意：实际工程中的轴心受压构件沿截面两 个主轴方向的约束条件可能不同，因此在进行 截面设计和承载力校核时，应选择其中较小的 值代入公式计算。 例6-1，P104 二、配有螺旋式或焊接环式箍筋的轴心 受压柱 1、正截面承载力 计算 约束混凝土的轴心抗压强度 由隔离体平衡 得： 正截面承载力公式： 式中, 考虑高强度混凝土受间接钢筋约束程度的降 低，并与偏心受压构件保持较一致的可靠度， 其受压承载力计算公式为： 式中，-间接钢筋对混凝土约束的折减系数 ；当混凝土强度等级C50时取1.0；当混凝 土强度等级为C80时取0.85，其间按线性内 插法确定。 2、注意的问题 利用上式(6-9)进行螺旋式(或焊接环式)间接钢筋配筋柱的 计算时，还应注意如下问题： (1)为了防止混凝土保护层过早剥落，规范规定按式(6-9) 算出的构件受压承载力设计值不应超过同样材料和截面的普 通箍筋受压构件的1.5倍。 (2)当构件长细比较大时，间接钢筋因受偏心影响难以充分发 挥其提高核芯混凝土抗压强度的作用，故规范规定只在 l0/d12的轴心受压构件中采用。 (3)由于计算公式中只考虑核芯混凝土截面面积Acor，当外围混 凝土较厚时，按上述公式算得的受压承载力有可能小于式(6- 2)算得的承载力；或当间接钢筋的换算面积Ass0小于全部纵向 钢筋面积的25时，太少的间接钢筋难以保证对混凝土发挥 有效的约束作用故这两种情况都不考虑间接钢筋的影响而应 按式(6-2)进行计算。 3、构造要求 在计算中考虑间接钢筋的作用时，其螺距( 或环形箍筋间距)s不应大于80mm及dcor/5，同 时不应小于40mm。 螺旋箍筋柱的截而尺寸常做成圆形或正多边 形(如正八边形)，纵向钢筋不宜少于8根并沿 截面周边均匀布置。 6-3 偏心受压构件的受力性能 偏心受压构件：M、N共同作用 一、试验结果 1截面的平均应变符合平截面假定； 2构件的最终破坏是由于受压区混凝土的压 碎所造成的。 由于引起混凝土压碎的原因不同，破坏模式 可以分为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两 类。 (1)大偏心受压破坏(受拉破坏) 大偏心受压构件的破坏 特征与适筋受弯构件的 破坏特征完全相同： 受拉钢筋首先达到屈服 ，然后是受压钢筋达到 屈服，最后由于受压区 混凝土压碎而导致构件 破坏。因为破坏是从受 拉区开始的，故这种破 坏又称为“受拉破坏” (2)小偏心受压破坏(受压破坏) 小偏心受压的破坏特征 ： 破坏都是由受压区混凝土 压碎引起的，离纵向力较 近一侧的钢筋受压屈服， 而另一侧的钢筋无论是受 压还是受拉，均达不到屈 服强度，破坏无明显预兆 ，混凝土强度越高，破坏 越突然。由于破坏是从受 压区开始的，故这种破坏 也称“受压破坏”。 3. 纵向弯曲的影响(二阶 效应) 试验表明，钢筋混凝土 柱在承受偏心受压荷载后 ，会产生纵向弯曲变形， 其侧向挠度为af(图6-12) 。侧向挠度将引起附加弯 矩Naf (也称二阶弯矩)。 二、大、小偏心受压的判别 界限状态： 因此，区分大偏心受压和小偏心受压的界 限状态，与区分适筋梁和超筋梁的界限状态完 全相同，因而可得： 当 b时，构件截面为小偏心受压； 当 1.0时，取 1.0； 2构件长细比对截面曲率影响的修正系数， 2=1.15-0.01l0/h，当l0/h b) 破坏特征：？ 基本公式： 轴向力平衡方程， 上述三个方程联立求解为 的三次方程，不 便设计使用且无法判断解的正确值，规范采用 近似方法计算 适用条件： (1) (2) 垂直于弯矩作用平面截面受压承载力验算， 计算步骤 1、确定b、h、c、预估钢筋直径，确定as、 计算h0; 2、计算e0、ea、ei； 3、确定是否需要考虑，计算1、 2 、； 4、计算Nb, 比较N Nb，判断偏心类型； 5、根据偏心类型计算As、 ； 6、对小偏心受压，验算垂直于弯矩作用平 面截面受压承载力； 7、画出配筋图。 6-5对称配筋I形截面偏心受压 构件 （略） 6-6 偏心受压构件斜截面受剪承载 力及 裂缝宽度验算 一、偏心受压构件斜截面受剪承载力 在剪压复合作用下，当压应力不超过一定范围 时，混凝土抗剪强度随压应力的增大而提高。 (1)计算公式 (2)截面尺寸与构造要求 防止斜压破坏及斜裂缝宽度： 当 时， 不需进行斜截面受剪承载力计算，仅按构造要 求配置箍筋即可。 例65 二、大偏心受压构件裂缝宽度验算( 略) 大偏心受压构件存在混凝土受拉区。当 e0/h00.55时，应进行裂缝宽度验算，以满足 正常使用要求。计算要求、方法、内容与钢筋 混凝土受弯构件相仿(公式略)。 6-7 偏心受拉构件承载力(略) 偏心受拉构件：作用在构件截面上的轴向力 为偏心拉力。 一、概述 (1)偏心受拉构件的分类 偏心受拉构件可分为小偏心受拉和大偏心受 拉两种类型，可直接按照偏心拉力的作用 位 置分类。 当拉力作用在纵向受力钢筋As和截面形心轴之间时 ，属于小偏心受拉，偏心距 ； 当拉力作用在纵向受力钢筋As和 之外时，属于 大偏心受拉，偏心距 。 (2)偏心受拉构件的破坏特征 偏心受拉构件的破坏特征与偏心距的大小有 关。由于偏心受拉构件是介于轴心受拉构件 (e0=0)和受弯构件(e0=)之间的受力构件，可 以设想：当偏心距很小时，其破坏特征接近轴 心受拉构件；而当偏心距很大时，其破坏特征 则与受弯构件相近。 1. 小偏心受拉： 在小偏心拉力作用下，破坏时裂缝全截面贯 通，开裂截面处混凝土退出工作，拉力完全由 钢筋承担， As和 一般都受拉屈服。