第3章 轴心受力.ppt

第3章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算 本章学习要点了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程 掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截面承载力的计算方法 熟悉轴心受力构件的构造要求 3 1概述 钢筋混凝土桁架或拱拉杆 受内压力作用的环形截面管壁及圆形贮液池的筒壁等 通常按轴心受拉构件计算 3 1概述 在实际结构中 理想的轴心受压构件几乎是不存在的 由于施工误差 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 对以永久荷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 3 1概述 3 2轴心受拉构件正截面承载力计算 3 2轴心受拉构件正截面承载力计算 几何条件 es ec e 物理关系 平衡条件 r As Ac es ec e 配筋率 一 轴拉构件受力性能 3 2轴心受拉构件正截面承载力计算 换算混凝土面积 当sc ft时 混凝土即将开裂 此时混凝土的弹性特征系数n 0 5 3 2轴心受拉构件正截面承载力计算 开裂荷载 开裂瞬间 钢筋应力增量 sc ft sc 0 3 2轴心受拉构件正截面承载力计算 混凝土开裂后如果配筋足够 荷载可以继续增加 但裂缝截面混凝土应力始终为零 开裂以后的全部荷载增量均由钢筋承担 当钢筋应力达到ss fy时 极限拉力 Nu fyAs 3 2轴心受拉构件正截面承载力计算 s s s c N 3 2轴心受拉构件正截面承载力计算 二 轴心受拉构件正截面承载力计算 N为轴向拉力的设计值 fy为钢筋抗拉强度设计值 As为全部受拉钢筋的截面面积 构造要求 1 纵筋 一般由裂宽验算控制 沿截面周边均匀布置 2 箍筋 6 150 200mm 3 2轴心受拉构件正截面承载力计算 1 配有纵筋和普通箍筋的柱2 配有纵筋和螺旋箍筋的柱 螺旋箍筋柱 箍筋的形状为圆形且间距较密 其作用 普通箍筋柱 箍筋的作用 纵筋的作用 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 纵筋的作用 1 协助混凝土受压 减小截面尺寸 提高承载力 2 承受可能出现的较小弯矩产生的拉力 3 防止构件突然的脆性破坏 提高其变形能力 4 减小混凝土的徐变变形 箍筋的作用 1 防止纵筋受力后压屈 并与纵筋组成钢筋骨架 2 约束混凝土 防止构件突然的脆性破坏 3 螺旋箍筋还能约束核心内的混凝土横向变形 使之三向受压 进一步提高构件的承载力及变形能力 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 N 一 普通箍筋柱 一 短柱在短期荷载下的受力分析及破坏特征 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 试验结果表明 当荷载较小时 轴压力与压缩变形基本成正比 当荷载较大时 变形比荷载增长得快 最后 柱四周出现纵向裂缝 混凝土保护层剥落 纵筋向外屈折 混凝土被压碎 此时纵筋应力可达到 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 可见柱子若采用高强钢筋 则混凝土被压碎时 钢筋还未达到屈服强度 钢筋强度没有得到充分利用 钢筋的受压强度 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 二 徐变对轴心受压构件的影响 由于混凝土徐变 压缩 的影响 钢筋和混凝土之间会发生应力重分布现象 钢筋压应力逐步增大 而混凝土压应力逐步降低 即徐变对混凝土起着卸荷作用 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 若纵筋配筋率过大 混凝土受到的拉力将会超过混凝土的抗拉强度而出现裂缝 故 规范 要求 三 长细比的影响 由于有初始偏心距产生了附加弯矩 附加弯矩又增大了柱的侧向挠度 交互影响将导致长柱最终在弯矩和轴力共同作用下发生破坏 若柱的长细比很大时 还可能发生失稳破坏 当卸荷时 纵筋受拉变形要回弹 而混凝土徐变是不可恢复的变形 二者的变形差异 使纵筋受到的压力 混凝土受拉力 设计时一般取0 6 2 0 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 试验表明 长柱承载力 短柱承载力 与构件长细比有关 见P59表3 1 用稳定系数 表示长柱承载力降低的程度 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 四 承载力计算公式 可靠度调整系数 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 五 构造要求 1 材料强度混凝土 应采用强度等级较高的混凝土 一般结构中常用C25 C40 在高层建筑中 经常使用C50 C60级混凝土 钢筋 通常采用 级和 级钢筋 不宜过高 2 截面形状和尺寸 一般采用方形截面 也可采用矩形 圆形 正多边形截面 柱的截面尺寸一般应控制在l0 b 30及b 250mm 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 3 纵向钢筋 规范 规定 轴心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于0 6 也不宜超过5 柱中纵向受力钢筋直径d 12mm 宜根数少而粗 对矩形截面 4根 圆形截面 6根 纵向钢筋的保护层厚度要求见P349附表7 1 且 d 纵筋应沿周边均匀布置 净距 50mm 中距 350mm 4 箍筋 箍筋应采用封闭式 直径 6mm d 4 d为纵筋的最大直径 箍筋间距 400mm b 15d 绑扎钢筋骨架 20d 焊接钢筋骨架 d为纵筋的最小直径 当柱中全部纵筋的配筋率超过3 箍筋直径 8mm 且应焊成封闭式 箍筋间距 10d 200mm 当b 400mm且各边纵筋根数 3根时 或当b 400mm但各边纵筋根数 4根时 应设置复合箍筋 P61图3 9 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 二 螺旋箍筋柱 一 螺旋筋柱的配筋形式 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 dmin d 2Cmin 二 螺旋筋柱的受力特点 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 混凝土圆柱体在三向受压状态下的纵向抗压强度 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 达到极限状态时 砼保护层已剥落 不考虑其承载力 间接钢筋达到屈服强度时核心砼受到的径向压应力 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 间接钢筋换算截面面积Asso 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 a 间接钢筋对混凝土约束效应的折减系数当 C50时 取a 1 0 当 C80时 取a 0 85 其间直线插值 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计算的承载力的1 5倍 3 3轴心受压构件正截面承载力计算 规范 规定 凡属下列情况之一 不考虑螺旋箍筋的约束作用 当l0 d 12时 长细比过大 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