节钢筋混凝土受压和受拉构件PPT课件

.,1,第3章第3.3节钢筋混凝土受压和受拉构件,3.3.1.受压构件的构造要求3.3.2.轴心受压构件承载力计算3.3.3.偏心受压构件正截面与斜截面承载力计算3.3.4.偏心受拉构件构造要求及其承载力计算,.,2,1.了解受压构件纵向受力钢筋和箍筋的作用。2.掌握受压构件的材料、截面形式尺寸，以及配筋构造要求。3.了解受压短柱和长柱的破坏特征。,第一讲,教学目标：,.,3,受压构件纵向受力钢筋和箍筋的作用。,受压构件的材料、截面形式尺寸、以及配筋构造要求。,重点,难点,.,4,3.3.1受压构件的构造要求-基本定义,根据受力的方向是指向截面，还是离开截面，可分为纵向受压构件和纵向受拉构件；根据力的作用线与截面轴线的位置关系，可分为轴心受力构件和偏心受力构件。其中,偏心受力构件，又可以分为单向偏心和双向偏心。,.,5,实际工程中，完全的轴心受压构件几乎没有，以恒荷载为主的框架结构中柱，承受节点荷载的桁架结构中的受压弦杆和腹杆可近似为轴心受压构件。实际工程中的偏心受力构件：单层厂房的柱子、框架结构中的框架柱、剪力墙结构中的剪力墙、桥梁结构中的桥墩、烟囱、桁架压杆、水塔筒壁等。,.,6,概述,水电站厂房柱,.,7,概述,工作桥的支承排架,.,8,3.3.3钢筋砼受压构件承载力计算,概述,.,9,.,10,.,11,NewAntiochBridge.Thishigh-levelbridgecompletedin1979replacedanoldertruss-typeliftbridgecrossingthemainshippingchannel.ThebridgeconsistsofcontinuousspansofvariabledepthinCor-Tensteel.Maximumspanis460ft,andmaximumheightofroadwayabovewaterlevelis135ft.(California),.,12,Elevatedhighway.Takenduringconstruction.Designedasconcreteboxgirders,thesebridgeswerecastinplaceandpost-tensioned.(Vienna,Austria),.,13,.,14,.,15,框架结构中的柱(ColumnsofFrameStructure),.,16,桩基础(PileFoundation),.,17,工业和民用建筑中的单层厂房和多层框架柱,偏心受压构件,.,18,偏心受压构件拱和屋架上弦杆，以及水塔、烟囱的筒壁等属于偏心受压构件,偏心受压构件,.,19,屋架结构中的上弦杆(TopChordofRoofTrussStructure),.,20,3.3.1受压构件构造要求,材料强度,混凝土规范规定受压钢筋的最大抗压强度设计值为410N/mm2。,混凝土：一般柱中采用C25C40，对于高层建筑的底层柱可采用更高强度等级的混凝土，例如采用C40或以上；,纵向受力钢筋：一般采用HRB(F)500和HRB(F)400级热轧钢筋。,截面型式及尺寸要求,轴心受压柱以方形为主，偏心受压柱以矩形为主,箍筋：宜采用HRB(F)400、HRB(F)335和HPB300级等热轧钢筋。,.,21,3.3.1受压构件构造要求,截面型式及尺寸要求,一般应符合:l0/h25以及l0/b30；h/b=1.53.0柱截面尺寸符合模数：800mm及以下取50mm的倍数；800mm以上取100mm倍数。,方形与矩形截面的尺寸不宜小于250mm250mm,受压构件的配筋：,（1）纵向受力钢筋（2）箍筋,作用：一协助混凝土承受压力，以减小构件尺寸；二承受可能的弯矩，以及混凝土收缩和温度变形引起的拉应力；三防止构件突然的脆性破坏。,作用：保证纵向钢筋的位置正确，防止纵向钢筋压屈，从而提高柱的承载能力。,.,22,3.3.1受压构件构造要求纵筋的构造,纵筋直径与根数：,通常采用1232mm，直径宜粗不宜细，根数宜少不宜多，保证对称配置。,方形和矩形截面柱中纵向受力钢筋不少于根，圆柱中不宜少于8根且不应少于6根。,净距50mm，P64中距300mm,轴心受压构件纵筋应沿截面周边均匀布置，偏心受压构件纵筋应布置在偏心方向两侧。,.,23,3.3.1受压构件构造要求纵筋的构造,纵筋的配筋率：,钢筋混凝土结构构件中纵向受力钢筋的最小配筋率（）,全部纵向受压钢筋的配筋率一般不超过5，通常在12之间。同时一侧纵向受压钢筋的配筋率不应小于0.2。,.,24,3.3.1受压构件构造要求箍筋的构造,受压构件中的箍筋，应做成封闭式,末端做成135弯钩，平直段长度10d,受压构件复合菱形箍筋,.,25,3.3.1受压构件构造要求箍筋的构造,偏压柱h600mm时，应设置1016mm的纵向构造钢筋。,搭接钢筋受拉时，箍筋间距S不应大于5d，且不应大于100mm；搭接钢筋受压时，箍筋间距S不应大于10d，且不应大于200mm。,受压构件复合井字箍筋,.,26,对于截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋。其原因是，内折角处受拉箍筋的合力向外。,.,27,柱钢筋图,.,28,电渣压力焊,.,29,箍筋加密,.,30,3.3.2轴心受压构件承载力计算,配置纵筋和普通箍筋的柱，称为普通箍筋柱；配置纵筋和螺旋筋或焊接环筋的柱，称为螺旋箍筋柱或间接箍筋柱。,螺旋筋或焊接环筋的套箍作用可约束核心混凝土的横向变形，使核心混凝土处于三向受压状态，从而间接地提高混凝土的纵向抗压强度。,普通箍筋柱中，箍筋是构造钢筋。螺旋箍筋柱中，箍筋既是构造钢筋又是受力钢筋。,.,31,.,32,混凝土：钢筋：,3.3.2轴压构件承载力,长短柱的破坏特征：,1、轴心受压短柱,2、轴心受压长柱,临近破坏时，柱子表面出现纵向裂缝，箍筋之间的纵筋压屈外凸，混凝土被压碎崩裂而破坏。,破坏时首先在凹边出现纵向裂缝，接着混凝土压碎，纵筋压弯外凸，侧向挠度急速发展，最终柱子失去平衡，凸边混凝土拉裂而破坏。,.,33,3.3.2轴压构件承载力,长短柱的承载力：,在同等条件下，（即截面相同，配筋相同，材料相同），长柱受压承载能力低于短柱受压承载能力。,混凝土设计规范采用稳定系数中来表示长柱承载力的降低程度,长细比l0/b越大，值越小,长柱承载力,短柱承载力,柱的长细比愈大，其承截力愈低，对于长细比很大的长柱，还有可能发生“失稳破坏”的现象。,L0/b8为短柱L0/b8为长柱,.,34,3.3.2轴压构件承载力,钢筋混凝土构件的稳定系数表,圆形截面,任意截面,.,35,3.3.2轴压构件承载力普通箍筋柱,1、基本公式,式中系数0.9，是考虑到初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性，引入的承载力折减系数。,A构件截面面积，当配筋率大于3%时，A应改为Ac=A-As,.,36,.,37,3.3.2轴压构件承载力,柱的计算长度L0取值:,注：表中H对底层柱为从基础顶面到一层楼盖顶面的高度；对其余各层柱为上下两层楼盖顶面之间的高度。,.,38,小结1.纵向受力钢筋、箍筋的作用；2.纵向受力钢筋、箍筋的构造要求。作业布置,.,39,1.掌握轴心受压构件普通箍筋柱的正截面承载力计算2.了解大小偏心受压构件破坏特征。,第3章第3.3节钢筋混凝土受压构件,第二讲,教学目标：,.,40,轴心受压构件的截面设计和截面复核。,轴心受压构件的破坏特征；大小偏心受压构件破坏特征。,重点,难点,.,41,2计算方法（1）截面设计已知：构件截面尺寸bh，轴向力设计值N，构件的计算长度L0，材料强度等级fcfy。求：纵向钢筋截面面积As计算步骤如下图。,.,42,.,43,.,44,【例1】已知某多层现浇钢筋混凝土框架结构，首层中柱按轴心受压构件计算。该柱安全等级为二级，轴向压力设计值N=1400kN，计算长度l0=5m，纵向钢筋采用HRB335级，混凝土强度等级为C30。求该柱截面尺寸及纵筋截面面积。,【解】fc=14.3N/mm2，fy=300N/mm2，=1.0,（1）初步确定柱截面尺寸,设=1%，=1，则,=89916.5mm2,选用方形截面，则b=h=299.8mm，取用h=300mm。,.,45,（2）计算稳定系数,l0/b=5000/300=16.7,=0.869,（3）计算钢筋截面面积As,=1677mm2,（4）验算配筋率,=1.86%,=0.6%，且3%，满足最小配筋率要求，且勿需重算。,.,46,纵筋选用425（As=1964mm2），箍筋配置8300，如图。,.,47,（2）截面承载力复核已知：柱截面尺寸bh，计算长度，纵筋数量及级别，混凝土强度等级。求：柱的受压承载力Nu，或已知轴向力设计值，判断截面是否安全。,.,48,.,49,【解】查表得=300N/mm2，fc=11.9N/mm2，=1256mm2,（1）确定稳定系数,l0/b=4500/300=15,=0.911,.,50,（2）验算配筋率,（3）确定柱截面承载力,=0.90.911(11.9300300+3001256),=1187.05103N=1187.05kNN=800kN,此柱截面安全。,.,51,3.3.3偏压构件,1、偏心受压构件破坏特征,当e0很小时，接近轴压构件当e0较大时，接近受弯构件,按偏心距和配筋的不同，偏压构件可分为受拉破坏和受压破坏,当偏心距e0较大，且受拉钢筋不太多时，发生受拉破坏。,当偏心距e0较小，或偏心距e0虽不太小，但受拉钢筋配置过多时，均发生受压破坏。,.,52,大偏心钢筋混凝土受压构件破坏过程（受拉破坏）,.,53,受拉破坏,.,54,3.3.3偏压构件,大偏心受压破坏（受拉破坏）,破坏特征：加载后首先在受拉区出现横向裂缝，裂缝不断发展，裂缝处的拉力转由钢筋承担，受拉钢筋首先达到屈服，并形成一条明显的主裂缝，主裂缝延伸，受压区高度减小，最后受压区出现纵向裂缝，混凝土被压碎导致构件破坏。,类似于：正截面破坏中的适筋梁,属于：延性破坏,.,55,3.3.3偏压构件承载力,小偏心受压破坏（受压破坏）,破坏特征：加荷后全截面受压或大部分受压，离力近侧混凝土压应力较高，离力远侧压应力较小甚至受拉。随着荷载增加，近侧混凝土出现纵向裂缝被压碎，受压钢筋屈服，远侧钢筋可能受压，也可能受拉，但都未屈服。,属于：脆性破坏,类似于：正截面破坏中的超筋梁,.,56,受压破坏,.,57,3.3.3偏压构件承载力,受拉破坏与受压破坏的界限,破坏的起因不同,受拉破坏（大偏心受压）：是受拉钢筋先屈服而后受压混凝土被压碎；受压破坏（小偏心受压）：是受压部分先发生破坏。,与正截面破坏类似处,受拉破坏（大偏心受压）：与受弯构件正截面适筋破坏类似；受压破坏（小偏心受压）：类似于受弯构件正截面的超筋破坏。,为大偏心受压破坏（受拉破坏）,为小偏心受压破坏（受压破坏）,用界限相对受压区高度b作为界限：,.,58,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,3.3.3偏心受压构件正截面承载力计算,偏心受压构件相当于作用轴向力N和弯矩M的压弯构件，其受力性能介于受弯构件与轴心受压构件之间。当N=0，只有M时为受弯构件；当M=0时为轴心受压构件，故受弯构件和轴心受压构件是偏心受压构件的特殊情况。,.,59,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,3.3.3.1偏心受压构件的破坏特征,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破坏类型受拉破坏（tensilefailure）大偏心受压破坏,受拉破坏发生于偏心距e0较大，且受拉钢筋配置合适时。随着荷载的增加，先在受拉区产生横向裂缝；荷载再增加，受拉区的裂缝不断地开展，受拉侧钢筋首先到达屈服，钢筋的变形大于混凝土的变形，中性轴上升，使混凝土受压区高度迅速减小，最后受压区边缘混凝土达到极限压应变值，出现纵向裂缝而混凝土被压碎，构件即告破坏。承载力主要取决于受拉侧钢筋。,.,60,偏心受压构件类型,.,61,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,受压破坏（compressivefailure）小偏心受压破坏,产生受压破坏的条件有两种情况：当相对偏心距e0/h0较小时；虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时。,截面大部分受压,全截面受压,受拉但不屈服,受压但不屈服,.,62,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,一般情况下截面破坏是由靠近N一侧的混凝土边缘达到极限压应变引起的，而远离轴向力一侧的钢筋可能受拉也可能受压，但都不屈服。只有当偏心距很小，而轴向力N又较大时，远侧钢筋也可能受压屈服。这种破坏缺乏明显的征兆，破坏具有突然性，属于脆性破坏。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。这种情况在设计应予避免。,.,63,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,2两种偏心受压破坏的界限,两类破坏的本质区别在于破坏时受拉钢筋能否达到屈服。若受拉钢筋先屈服，然后是受压区混凝土压碎即为受拉破坏；若受拉钢筋或远离力一侧钢筋无论受拉还是受压均未屈服，即为受压破坏。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。,.,64,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,压区应变大偏压和小偏压大部分受压：小偏压全截面受压：拉区钢筋拉应变大偏压ab、ac线：小偏压ae、af、ag线：轴心受压ah线，压应变为0.002。,界限破坏的应变图中ad线，受拉钢筋达到fy，压区混凝土也达到极限应变cu。,.,65,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,大小偏心受压的分界：,b小偏心受压ae、af、ag,=b界限破坏状态ad,b,c,d,e,f,g,h,a,a,a,.,66,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,3附加偏心距ea,原始偏心矩e0,附加偏心矩ea取20mm和偏心方向截面尺寸的1/30两者中的较大值,初始偏心矩ei,由于荷载偏差，施工误差等因素的影响，偏心受压构件的偏心距会增大或减小。此外，混凝土材料的不均匀性，钢筋位置的偏差，使得压力即使作用于截面的几何中心上，也难保证几何中心和物理中心重合，从而造成轴向压力的偏心。,.,67,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,4结构侧移和构件挠曲引起的附加内力,偏心受压构件会产生横向挠度af，因此，横向总侧移为ei+af，构件承担的实际弯矩MN(ei+af)=Nei(1+af/ei)，其值明显大于初始弯矩Nei，称为“二阶效应”。,在有侧移框架中，二阶效应主要是指竖向荷载在产生了侧移的框架中引起的附加内力，通常称为P-效应。在这类框架的各个柱段中，P-效应将增大柱端控制截面中的弯矩；在无侧移框架中，二阶效应是指轴向压力在产生了挠曲变形的柱段中引起的附加内力，就是p-效应，它有可能增大柱段中部的弯矩，但除底层柱底外，一般不增大柱端控制截面的弯矩。,.,68,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,短柱：长细比l0/h5（对矩形、T形和I形截面），或l0/d5（对圆形、环形截面）；长柱：长细比l0/h或l0/d的值在5和30之间；细长柱：长细比l0/h或l0/d30。,随着长细比的增大，构件的承载力依次降低。从破坏形态分析，短柱、长柱属于材料破坏，而细长柱会发生失稳破坏。工程中应尽可能避免采用细长柱，以免使构件乃至结构整体丧失稳定。,一般讲，长柱和细长柱必须考虑横向挠度af对构件承载力的影响。,.,69,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,l0法：,小偏压构件截面曲率修正系数1：对于小偏压构件，离纵向力较远一侧钢筋可能受拉不屈服或受压，且受压区边缘混凝土的应变值c一般也小于0.0033，截面破坏时的曲率小于界限破坏时曲率值b。偏心受压构件长细比对截面曲率的影响系数2：随着长细比的增大，达到最大承载力时截面应变值c和s减小，使控制截面的极限曲率随l0/h的增加而减小。,偏心距增大系数：,.,70,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,3.3.3.2矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算方法,基本计算公式及适用条件（非对称配筋）大偏心受压（b）,.,71,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,适用条件：,大偏心受压小偏心受压,.,72,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,小偏心受压（b）,适用条件：,C50及以下1=0.8，C80时取0.74P37,.,73,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,截面配筋计算两种偏心受压情况的判别当hei0.3h0时，一般按大偏心受压情况计算；当hei0.3h0时，一般按小偏心受压情况计算。大偏心受压构件的配筋计算（）As、As均未知,取=b即x=xbh0,若As0.002bh?则取As=0.002bh，然后按As为已知情况计算。,若Asxbh0：则应按As为未知情况重新计算确定As；若xxb，为小偏心受压：,代入(2)式求e0，弯矩设计值为M=Ne0。,由(1)式求x,.,79,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,（）给定轴力作用的偏心距e0，求轴力设计值N,求解N。否则为小偏心，用小偏心公式求x和N,假定大偏心，对Nu作用点取力矩，得到关于x的表达式,求解x，如果xxb大偏心,.,80,小偏心受压：联立求解得x和N,尚应考虑As一侧混凝土可能先压坏的情况,e=0.5h-as-(e0-ea)，h0=h-as,当构件在垂直于弯矩作用平面内的长细比l0/b较大时，尚应根据l0/b确定的稳定系数j，按轴心受压情况验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力上面求得的N比较后，取较小值。,3.3.3钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算,.,81,3.3.3.3配置对称钢筋的偏心受压构件,3.3.3钢筋砼受压构件承载力计算,3.3.3.3配置对称钢筋的偏心受压构件,一、大小偏心判断先按大偏心受压考虑,对称配筋，即截面的两侧用相同数量的配筋和相同钢材规格，As=As，fy=fy，as=as,若xbh0属于大偏心受压若xbh0属于小偏心受压,注:当xbh0，而ei0.3h0时,实际为小偏心受压,但对于偏心受压构件可按大偏心受压计算。,.,82,二、大偏心受压,已知：截面尺寸、材料强度、N、M、L0求：AS，AS,解:1)判断