第三章：钢筋溷凝土轴心受力构件正截面承载力计算xhsrevise

1、研制单位：湖南大学高等教育出版社高等教育出版社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社混凝土结构设计原理 (第3章电子教案)混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章第第 3 章章 轴心受力构件正截面承载力轴心受力构件正截面承载力 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章本章重点本章重点 了解轴心受拉构件和轴心受压构件的了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程；受力全过程； 掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截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；面承载力

2、的计算方法； 了解建筑工程轴心受力构件与公路桥涵了解建筑工程轴心受力构件与公路桥涵 工程轴心受力构件设计计算方法的相同工程轴心受力构件设计计算方法的相同 与不与不 同之处；同之处； 熟悉轴心受力构件的构造要求。熟悉轴心受力构件的构造要求。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章 理想的轴心受理想的轴心受力构件在实际工程力构件在实际工程中其实并不存在。中其实并不存在。(轴压)轴线nn轴线(轴拉)nn3.1概概 述述混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.2轴心受拉构件轴心受

3、拉构件3.2.1 受力过程及破坏特征受力过程及破坏特征 第第阶段：阶段：从混凝土开裂到钢筋屈服。从混凝土开裂到钢筋屈服。 裂缝截面与轴线垂直，并贯穿整个截面，混凝裂缝截面与轴线垂直，并贯穿整个截面，混凝土退出工作，外力全部由钢筋承担。土退出工作，外力全部由钢筋承担。 裂缝截面钢筋应力突增，若配筋率不过小以至裂缝截面钢筋应力突增，若配筋率不过小以至于立刻屈服，则截面还能继续承载，直至钢筋于立刻屈服，则截面还能继续承载，直至钢筋达到抗拉屈服强度达到抗拉屈服强度fy。 一般情况下截面配筋率越高，在相同配筋率下一般情况下截面配筋率越高，在相同配筋率下钢筋直径越细、数越多，分布较均匀时，裂缝钢筋直径越细

4、、数越多，分布较均匀时，裂缝间距越小，裂缝宽度越细。间距越小，裂缝宽度越细。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.2.2 建筑工程中的轴拉构件建筑工程中的轴拉构件1. 计算公式计算公式 0x3-1syafn n 拉力的组合设计值；拉力的组合设计值；fy 钢筋抗拉强度设计值，钢筋抗拉强度设计值， fy 300 n/mm2 ；as 纵向钢筋面积。纵向钢筋面积。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2. 构造要求构造要求v 箍筋直径箍筋直径 d6mm, 间距间距s 200m

5、m (腹杆中腹杆中 s 150mm)。 v 纵筋应沿截面周边均匀对称布置，并宜优先纵筋应沿截面周边均匀对称布置，并宜优先 采用直径较小的钢筋。采用直径较小的钢筋。 v 钢筋连接有绑扎连接、焊接连接、螺栓连钢筋连接有绑扎连接、焊接连接、螺栓连 接、套筒挤压连接等多种方式。轴拉构件不接、套筒挤压连接等多种方式。轴拉构件不 得采用绑扎的搭接接头。得采用绑扎的搭接接头。 v 纵筋一侧配筋率纵筋一侧配筋率 ，且，且 。 （ 为混凝土轴心抗拉强度设计值）为混凝土轴心抗拉强度设计值）0.2% yt45ff tf混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章

6、章3.2.2 桥梁工程中的轴拉构件桥梁工程中的轴拉构件0ndsdfas 0x3-2ssddoafn nd 拉力的组合设计值；拉力的组合设计值；fsd 钢筋抗拉强度设计值，钢筋抗拉强度设计值， fsd 330 n/mm2 ；混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.3轴心受压构件轴心受压构件3.3.1 概述概述 配筋 方式： 配有纵筋和箍筋根据箍筋形式不同可分为普通钢箍柱和螺旋钢箍柱。 纵筋的作用：纵筋的作用： 协助混凝土受压协助混凝土受压承担由于初始偏心或偶然因素引起的附加弯矩作用承担由于初始偏心或偶然因素引起的附加弯矩作用引起的拉

7、力引起的拉力减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。实验表明，收缩和徐变能把柱截面中的压力由混凝土向钢筋实验表明，收缩和徐变能把柱截面中的压力由混凝土向钢筋转移，从而使钢筋压应力不断增长。压应力的增长幅度随配转移，从而使钢筋压应力不断增长。压应力的增长幅度随配筋率的减小而增大。如果不给配筋率规定一个下限，钢筋中筋率的减小而增大。如果不给配筋率规定一个下限，钢筋中的压应力就可能在持续使用荷载下增长到屈服应力水准。的压应力就可能在持续使用荷载下增长到屈服应力水准。 箍筋的作用箍筋的作用 固定纵筋位置，防止纵筋在混凝土压碎前压屈。固定纵筋位置，防止纵筋在混凝土

8、压碎前压屈。 约束混凝土横向变形。尤其是螺旋箍筋有较强的约约束混凝土横向变形。尤其是螺旋箍筋有较强的约束力，能提高构件的承载力和延性。束力，能提高构件的承载力和延性。柱的分类：柱的分类： 短柱：短柱：lo/i28, lo/b8（矩形）（矩形）, lo/d7（圆形）（圆形） 长柱：长柱：lo/i 28, lo/b 8（矩形）（矩形）, lo/d 7（圆形）（圆形）其中，其中，柱的计算长度柱的计算长度lo与两端支承有关：铰接时，与两端支承有关：铰接时，lo= l， 两端两端固定：固定：lo=0.5l。一端固定，一端为不动铰支应：。一端固定，一端为不动铰支应：lo=0.7l ，一端，一端固定：一端自

9、由固定：一端自由lo=2 l具体见具体见混凝土规范混凝土规范.混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3.3.2 配有普通箍筋的轴心受压构件配有普通箍筋的轴心受压构件1. 受力分析及破坏特征受力分析及破坏特征短柱：混凝土压碎，钢筋压屈短柱：混凝土压碎，钢筋压屈 长柱：构件压屈长柱：构件压屈 l0 /i28 ( (l0 为柱计算长度，为柱计算长度， i为回转半径。为回转半径。) ) 矩形截面柱，矩形截面柱， l0 /b8 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2. 建筑工程配

10、有普通箍筋的轴压构件计算建筑工程配有普通箍筋的轴压构件计算3-3)(9 . 0afafncsy 稳定系数；稳定系数； 钢筋抗压强度设计值；钢筋抗压强度设计值；yf 混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；cf当现浇钢筋混凝土轴压构件截面长边或直径小于300mm时，混凝土强度设计值应乘以系数0.8。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章 全部纵向受压钢筋面积；全部纵向受压钢筋面积；saa 构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大构件截面面积，当纵向钢筋配筋率大于于scaaa0.03时，时，a采用采用 ； 为了保持与偏心受压构件正截

11、面承载为了保持与偏心受压构件正截面承载力计力计算算9 . 0具有相近的可靠度而引进的系数。具有相近的可靠度而引进的系数。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3. 桥涵工程中配有普通箍筋的轴压柱承载力桥涵工程中配有普通箍筋的轴压柱承载力3-4)(9 . 00ssdcddafafn 稳定系数稳定系数； 混凝土抗压强度设计值；混凝土抗压强度设计值；cdfsdf 纵向受压钢筋抗压强度设计值。纵向受压钢筋抗压强度设计值。4. 构造要求构造要求v 材料：混凝土宜高一些，钢筋宜用材料：混凝土宜高一些，钢筋宜用hrb400级。级。v 截面：截面：

12、 b250mm, l0 /b30 。v 纵筋：纵筋： d12mm, 圆柱中根数圆柱中根数 6， 5； 50mm 350mm, c30mm。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章v 箍筋：封闭式箍筋：封闭式 d6mm , d纵纵 /4； s400mm , 15d纵纵 。 （每边（每边4 4根）根） （每边（每边3 3根）根） （每边多于（每边多于3 3根）根） （每边多于（每边多于4 4根）根）3.3.3 配有螺旋箍筋的轴心受压构件配有螺旋箍筋的轴心受压构件1. 受力分析及破坏特征受力分析及破坏特征螺旋箍筋对混凝土变形产生约束，螺旋箍

13、筋对混凝土变形产生约束，使其承载力提高。使其承载力提高。 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱 螺旋箍筋能有效约束混凝土受压后的横向变形，使螺旋箍筋能有效约束混凝土受压后的横向变形，使核心区混凝土处于三向受力状态，从而间接提高了核心区混凝土处于三向受力状态，从而间接提高了其抗压强度，因而也称间接钢筋柱。这种柱因施工其抗压强度，因而也称间接钢筋柱。这种柱因施工复杂，钢筋用量较多，造价高，较少采用。复杂，钢筋用量较多，造价高，较少采用。 当柱承受很大轴心受压荷载，并且柱截面尺寸由于当柱承受很大轴心受压荷载，并且柱截面尺寸由于建筑上及使用上的要求受到限制，若按普通钢箍配，建筑上及使用上的要求受到限制，若按普通钢箍配

14、，即使提高了混凝土强度等级和增加了纵筋量也不足即使提高了混凝土强度等级和增加了纵筋量也不足以承受该荷载时，可考虑采用螺旋钢箍柱以提高承以承受该荷载时，可考虑采用螺旋钢箍柱以提高承载力。载力。 试验研究试验研究 压应力较小（压应力较小（0.8fc)时，螺时，螺旋筋受力并不明显；荷载增旋筋受力并不明显；荷载增大，出现裂缝和横向变形，大，出现裂缝和横向变形，此时箍筋对混凝土施加径向此时箍筋对混凝土施加径向压力，达到压力，达到fc时，核芯混凝时，核芯混凝土还能继续承压；荷载继续土还能继续承压；荷载继续增加，螺旋筋拉应力增大至增加，螺旋筋拉应力增大至屈服，不能再约束混凝土的屈服，不能再约束混凝土的横向变

15、形时核芯混凝土才被横向变形时核芯混凝土才被压碎，此时压应变可达压碎，此时压应变可达0.01以上。以上。 截面承载力截面承载力 首先计算混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压首先计算混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度强度fc1214ccff混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章2.建筑工程中螺旋箍轴压构件承载力建筑工程中螺旋箍轴压构件承载力 当螺旋筋屈服时，当螺旋筋屈服时，s2可由隔离体平衡条件求得可由隔离体平衡条件求得：以以（3-6）代入代入（3-5），得：，得： 3-524*cc1ff3-6corss1ycorss1ydsafds

16、af2222混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章3-7corss1ycc1sdafff8根据轴向力平衡条件可得：根据轴向力平衡条件可得：3-8ssoysycorcafafaf2afafnycorc1safasdafafycorcorss1ycorc8s混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章规范从提高安全度考虑，采用下式设计：规范从提高安全度考虑，采用下式设计：3-9)2(9 .0ssoysycorcafafafn 间接钢筋的强度间接钢筋的强度；yf 构件的核心截面面积构

17、件的核心截面面积；cora 单根间接钢筋的截面面积单根间接钢筋的截面面积；ss1a 间接钢筋的间距间接钢筋的间距；s 间接钢筋的换算面积，间接钢筋的换算面积， ； ssoasadass1corsso 间接钢筋对混凝土约束的折减系数，间接钢筋对混凝土约束的折减系数，85. 00 . 1 ；混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一下一章章构造要求构造要求v 间接钢筋的换算截面面积间接钢筋的换算截面面积asso应大于纵向钢应大于纵向钢 筋全部截面面积的筋全部截面面积的25。v 按式（按式（3-93-9）算得的承载力应大于按式（）算得的承载力应大于按

18、式（3-33-3） 算得的承载力，但不应超过其算得的承载力，但不应超过其1.51.5倍；倍；v l0 /d12； 注意注意 为防止在远未达到极限承载力之前保护层产生剥为防止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。落，从而影响正常使用。 规范规范规定，规定， 按螺旋按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的载力的50%。即。即) (9 . 05 . 1) (9 . 0sycsycafafnafafv对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形较大，截面不对长细比过大柱，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。是全部受压，螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。规范规范规定规定 对长细比对长细比l l0 0/ /d d大于大于1212的柱不考虑螺旋箍的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。筋的约束作用。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第 3 章主主 页页目目 录录上一章上一章帮