受压构件承载力计算6163PPT学习教案

1、会计学1 受压构件承载力计算受压构件承载力计算6163 6.1 概述 受压构件分为轴心受压构件和偏心受压构件。 轴心受压构件：轴向力作用在构件截面的形心上。 偏心受压构件：轴向力不作用在构件截面的形心上（有弯 矩和轴力共同作用的构件）。 N N N (a)轴心受压 (b) 单向偏心受压 M 第六章 受压构件承载力计算 第1页/共50页 第六章 受压构件承载力计算 说明说明 第2页/共50页 第3页/共50页 New Antioch Bridge. This high-level bridge completed in 1979 replaced an older truss-type lift

2、 bridge crossing the main shipping channel. The bridge consists of continuous spans of variable depth in Cor-Ten steel. Maximum span is 460 ft, and maximum height of roadway above water level is 135 ft. (California) 第4页/共50页 Elevated highway. Taken during construction. Designed as concrete box girde

3、rs, these bridges were cast in place and post-tensioned. (Vienna, Austria) 第5页/共50页 Highway interchange structure. Spans are all multi-cell reinforced concrete box girders. Being stiff in torsion, these sections can be supported on a single line of columns, as well as on double columns or bents. (Oa

4、kland, California) 第6页/共50页 Elevated highway, San Pablo Bay, California. The 2-story concrete frames supporting the roadway are loaded on the top beam by highway loading, and transversely by inertia forces due to earthquake. (San Francisco Bay Area) 第7页/共50页 第8页/共50页 第9页/共50页 第10页/共50页 工业和民用建 筑中的单层厂

5、 房和多层框架 柱 第11页/共50页 第12页/共50页 第六章 受压构件承载力计算 第13页/共50页 第六章 受压构件承载力计算 受压构件的配筋构造要求 6.2.1 截面形状和尺寸截面形状和尺寸 采用矩形截面，单层工业厂房的预制柱常采采用矩形截面，单层工业厂房的预制柱常采 用工字形截面。用工字形截面。 桥墩、桩和公共建筑中的柱主要采用圆形截面。桥墩、桩和公共建筑中的柱主要采用圆形截面。 柱的截面尺寸不宜过小，不宜小于柱的截面尺寸不宜过小，不宜小于250*250。一。一 般应控制在般应控制在l0/b30及及l0/h25。 当柱截面的边长在当柱截面的边长在800mm以下时，一般以以下时，一般

6、以50mm 为模数，边长在为模数，边长在800mm以上时，以以上时，以100mm为模数。为模数。 I形截面，翼缘厚度不宜小于形截面，翼缘厚度不宜小于120mm ，腹板厚度，腹板厚度 不宜小于不宜小于100mm。 第14页/共50页 第六章 受压构件承载力计算 第15页/共50页 受压构件的配筋构造要求 纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近 于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲 作用。同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用（垂直作用。同时考虑到实际结构中

7、存在偶然附加弯矩的作用（垂直 于弯矩作用平面），以及收缩和温度变化产生的拉应力，对受于弯矩作用平面），以及收缩和温度变化产生的拉应力，对受 压构件的最小配筋率应有所限制。压构件的最小配筋率应有所限制。 规范规范规定，轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢规定，轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢 筋的配筋率不应小于筋的配筋率不应小于0.6%；同时一侧受压钢筋的配筋率不应同时一侧受压钢筋的配筋率不应 小于小于0.2%，受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。 另一方面，考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量另一方面，考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量 ，

8、全部纵筋配筋率不宜超过全部纵筋配筋率不宜超过5%。全部纵向钢筋的配筋率按全部纵向钢筋的配筋率按r r =(As+As)/A计算，一侧受压钢筋的配筋率按计算，一侧受压钢筋的配筋率按r r =As/A计算，其计算，其 中中A为构件全截面面积。为构件全截面面积。 第六章 受压构件承载力计算 第16页/共50页 受压构件的配筋构造要求 柱中纵向受力钢筋的的直径柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于不宜小于12mm，且选配钢筋时，且选配钢筋时 宜根数少而粗，但对矩形截面根数不得少于宜根数少而粗，但对矩形截面根数不得少于4根，圆形截面根根，圆形截面根 数不宜少于数不宜少于8根，且应沿周边均匀布置。根，且应沿周

9、边均匀布置。 纵向钢筋的保护层厚度要求见表，且不小于钢筋直径纵向钢筋的保护层厚度要求见表，且不小于钢筋直径d。 当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的净距不小于当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的净距不小于50mm； 对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小应按梁的规定取值对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小应按梁的规定取值 。 截面各边纵筋的中距不应大于截面各边纵筋的中距不应大于350mm。当。当h600mm时，在时，在 柱侧面应设置直径柱侧面应设置直径1016mm的纵向构造钢筋，并相应设置复合的纵向构造钢筋，并相应设置复合 箍筋或拉筋。箍筋或拉筋。 第六章 受压构件承载力计算 第17页/共50页 受压构件的

10、配筋构造要求 第六章 受压构件承载力计算 350 350 350 400b 400b 400b 600h 1000600 h1000600 h 15001000 h 箍筋 复合箍筋 复合箍筋拉筋 第18页/共50页 受压构件的配筋构造要求 6.2.4箍箍 筋筋 受压构件中箍筋应采用封闭式，其直径不应小于受压构件中箍筋应采用封闭式，其直径不应小于d/4，且不，且不 小于小于6mm，此处，此处d为纵筋的最大直径。为纵筋的最大直径。 箍筋间距不应大于箍筋间距不应大于400mm，也不应大于截面短边尺寸；对，也不应大于截面短边尺寸；对 绑扎钢筋骨架，箍筋间距不应大于绑扎钢筋骨架，箍筋间距不应大于15d；

11、对焊接钢筋骨架不应；对焊接钢筋骨架不应 大于大于20d，此处，此处d为纵筋的最小直径。为纵筋的最小直径。 当柱中全部纵筋的配筋率超过当柱中全部纵筋的配筋率超过3%，箍筋直径不宜小于，箍筋直径不宜小于8mm ，且箍筋末端应应作成，且箍筋末端应应作成135的弯钩，弯钩末端平直段长度不的弯钩，弯钩末端平直段长度不 应小于应小于10箍筋直径，或焊成封闭式；此时，箍筋间距不应大于箍筋直径，或焊成封闭式；此时，箍筋间距不应大于 10纵筋最小直径，也不应大于纵筋最小直径，也不应大于200mm。 当柱截面短边大于当柱截面短边大于400mm，且各边纵筋配置根数超过多于，且各边纵筋配置根数超过多于3 根时，或当柱

12、截面短边未大于根时，或当柱截面短边未大于400mm，但各边纵筋配置根数，但各边纵筋配置根数 超过多于超过多于4根时，应设置复合箍筋。根时，应设置复合箍筋。 对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，以避免对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，以避免 箍筋受拉时使折角处混凝土破损。箍筋受拉时使折角处混凝土破损。 第六章 受压构件承载力计算 第19页/共50页 第六章 受压构件承载力计算 内折角不应采用 内折角不应采用 复杂截面的箍筋形式 第20页/共50页 一、配有纵筋和普通箍筋柱的承载力计算一、配有纵筋和普通箍筋柱的承载力计算 二、配有纵筋和螺旋式二、配有纵筋和螺旋式(或焊接环式或

13、焊接环式)箍筋柱箍筋柱 的承载力计算（螺旋箍筋柱）的承载力计算（螺旋箍筋柱） 第六章 受压构件承载力计算 第21页/共50页 强度强度。 第22页/共50页 当外力较小时压缩变形的增加与外力的当外力较小时压缩变形的增加与外力的 增长成正比，但外力稍大后，变形增加增长成正比，但外力稍大后，变形增加 的速度快于外力增长的速度，配置纵筋的速度快于外力增长的速度，配置纵筋 数量越少，这个现象越为明显数量越少，这个现象越为明显。 随着外力的继续增加，柱中开始出现随着外力的继续增加，柱中开始出现 微细裂缝，在临近破坏荷载时，柱四微细裂缝，在临近破坏荷载时，柱四 周出现明显的纵向裂缝，箍筋间的纵周出现明显的

14、纵向裂缝，箍筋间的纵 筋发生压屈，向外凸出，混凝土被压筋发生压屈，向外凸出，混凝土被压 碎而整个柱破坏碎而整个柱破坏 N 初始受力 第六章 受压构件承载力计算 第23页/共50页 第六章 受压构件承载力计算 第24页/共50页 变形条件：es =ec =e 物理关系物理关系： 平衡条件： sscc AAN yys s y yss f E f E ee eee fy ey 1 E s uc c f f eee ee e e e e 0 0 2 00 0 2 第六章 受压构件承载力计算 钢筋：钢筋： 混凝土：混凝土： 第25页/共50页 c c c E e c elc c E E E e e e

15、c c E s e s s E c c E s s E c c s s E E c E c E s e Ec= tan 第六章 受压构件承载力计算 c s E E E 第26页/共50页 平衡条件 ： ssc AAN cs sE c AA c E s cs sE AA A )1 ( A As r c sE Ar )1 ( )/1(r E c A N 混凝土与N的关系 第六章 受压构件承载力计算 第27页/共50页 c E s r E E A N )/1( )(r E E A N 钢筋应力与钢筋应力与N的关系的关系 ： )/1(r Es A N A As r r s A A )(r r E s

16、E A N )/1(r Es s A N 第六章 受压构件承载力计算 第28页/共50页 )/1(r E c A N 混凝土与混凝土与N的关系的关系 钢筋应力与钢筋应力与N的关系的关系 )/1(r Es s A N c elc c E E E e e e A As r c s E E E 第六章 受压构件承载力计算 第29页/共50页 )/1(r E c A N )/1(r Es s A N 第六章 受压构件承载力计算 s N N s N c 弹性阶段 非弹性阶段 图6-4 应力-荷载曲线示意 图 第30页/共50页 0 100 200 300 400 500 20 40 60 80 100

17、cs 2004006008001000 N(kN) c y f =235MPa fy=540MPa 第六章 受压构件承载力计算 第31页/共50页 0 100 200 300 400 500 20 40 60 80 100 cs 0.0010.002 e c fy=230MPa fy=540MPa 第六章 受压构件承载力计算 第32页/共50页 MPa400 00 0 eee ee sy s y y yy s y y Ef E f ff E f 时， 时， 在计算时，以构件的压应变在计算时，以构件的压应变0.002为控制条件为控制条件 sycsycc s u AfAfAfAfN 短柱承载力短柱

18、承载力 第六章 受压构件承载力计算 第33页/共50页 第六章 受压构件承载力计算 徐变引起的应力重分布徐变引起的应力重分布 徐变系数随时间的增长而增大，钢筋的压应力不徐变系数随时间的增长而增大，钢筋的压应力不 断增大，混凝土中的压应力则不断减小。这种应断增大，混凝土中的压应力则不断减小。这种应 力的变化是在外荷载没有变化的情况下产生的，力的变化是在外荷载没有变化的情况下产生的， 称为徐变引起的应力重分布。称为徐变引起的应力重分布。 因此，徐变产生的应力重分布，对混凝土的压应因此，徐变产生的应力重分布，对混凝土的压应 力起着卸荷作用，配筋率力起着卸荷作用，配筋率r r 越大，钢筋的压应力越大，

19、钢筋的压应力 的增长越少，混凝土中的压应力的卸载越多。的增长越少，混凝土中的压应力的卸载越多。 第34页/共50页 第六章 受压构件承载力计算 %5 . 0r %2r 5 . 2 0 . 5 5 . 7 050100 200250300 c )/( 2 mmN 卸菏 再加荷 d 第35页/共50页 第六章 受压构件承载力计算 %2r %5 . 0r d 300250200100500 50 100 150 150 卸荷 再加荷 s )/( 2 mmN 第36页/共50页 第六章 受压构件承载力计算 第37页/共50页 s u l u N N 第六章 受压构件承载力计算 第38页/共50页 第六

20、章 受压构件承载力计算 值的试验结果及规范取值 0 2 . 0 4 . 0 6 . 0 8 . 0 0 . 1 4 . 1 2 . 1 555045 40353025 2015105 b l0 021. 0177. 1 b l0 012. 087. 0 按“规范”取值 第39页/共50页 长细比长细比l0/b 越大，越大，值越小。值越小。 l0/b8时，时，=1；考虑混；考虑混 凝土强度等级，钢筋种类及配筋率得出以下统计关系：凝土强度等级，钢筋种类及配筋率得出以下统计关系： b l b l 0 0 21. 0177. 1348，当 b l b l 0 0 12. 087. 05035，当 实际

21、计算时可直接实际计算时可直接 查表查表 第六章 受压构件承载力计算 第40页/共50页 纵向钢筋配筋率大于纵向钢筋配筋率大于3时，式中时，式中A应改用应改用Ac： Ac= A- As 第六章 受压构件承载力计算 )(9 . 0 sycu AfAfNN 第41页/共50页 第六章 受压构件承载力计算 第42页/共50页 2 fyAss1 fyAss1 2 s dcor s (a)(b) (c) 试验表明，柱受压后产试验表明，柱受压后产 生横向变形，横向变形生横向变形，横向变形 受到螺旋筋的约束作用受到螺旋筋的约束作用 ，提高了混凝土的强度，提高了混凝土的强度 和变形能力，构件的承和变形能力，构件

22、的承 载力也就提高，同时在载力也就提高，同时在 螺旋筋中产生了拉应力螺旋筋中产生了拉应力 。当外力逐渐加大，它。当外力逐渐加大，它 的应力达到抗拉屈服强的应力达到抗拉屈服强 度时，就不再能有效地度时，就不再能有效地 约束混凝土的横向变形约束混凝土的横向变形 ，混凝土的抗压强度就，混凝土的抗压强度就 不能再提高，这时构件不能再提高，这时构件 达到破坏达到破坏。 螺旋筋外的混凝土保护螺旋筋外的混凝土保护 层在螺旋筋受到较大拉层在螺旋筋受到较大拉 应力时应力时 就开裂，甚至就开裂，甚至 脱落，故在计算时不考脱落，故在计算时不考 虑此部分混凝土。虑此部分混凝土。 第六章 受压构件承载力计算 第43页/共50页 2 fyAss1 fyAss1 2 s dcor s (a)(b) (c) 2 c ff Ass1单根间接钢筋的截面面积；单根间接钢筋的截面面积； fy间接钢筋的抗拉强度设计值；间接钢筋的抗拉强度设计值； s沿构件轴线