混凝土结构设计原理ch61轴心受力

1、混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院本章要点本章要点 （Strength of Reinforced Concrete Axially Loaded Members) 了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程；全过程； 掌握轴心受拉和轴心受压构件正截面承载掌握轴心受拉和轴心受压构件正截面承载力的计算方法；力的计算方法； 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。 了解建筑工程轴心受力构件与公路桥涵轴了解建筑工程轴心受力构件与公路桥涵轴心受力构件计算方法的相同与不同之处。心

2、受力构件计算方法的相同与不同之处。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院6.1 概概 述述 轴心受拉构件轴心受拉构件纵向拉力作用线与构件截面形心线纵向拉力作用线与构件截面形心线重合的构件重合的构件;轴心受压构件轴心受压构件纵向压力作用线与构件截面形心线重纵向压力作用线与构件截面形心线重合的构件合的构件混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院轴心受拉轴心受拉在实际结构中，在实际结构中，理理想的轴心受拉构件想的轴心受拉构件是是不存在的。不存在的。由于施工制造误差

3、、由于施工制造误差、荷载位置的偏差、混荷载位置的偏差、混凝土不均匀性等原因凝土不均匀性等原因，往往存在一定的，往往存在一定的初初始偏心距始偏心距混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院轴心受压轴心受压在实际结构中，在实际结构中，理想的轴心理想的轴心受压构件是受压构件是不存在的。不存在的。由于施工制造误差、荷载位置由于施工制造误差、荷载位置的偏差、混凝土不均匀性等原的偏差、混凝土不均匀性等原因，往往存在一定的因，往往存在一定的初始偏心初始偏心距距以恒载为主的等跨多层房屋内以恒载为主的等跨多层房屋内柱、桁架中的受压腹杆等，主柱、桁

4、架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可要承受轴向压力，可近似按轴近似按轴心受压构件计算心受压构件计算混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院框架结构中的柱框架结构中的柱 (Columns of Frame Structure)工程实例工程实例混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院cAAs6.2.1 6.2.1 受力过程及破坏特征受力过程及破坏特征6.1钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算（钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算（ Strength of R

5、einforced Concrete Axial Tensile Member）NN1 1、第一阶段：加载开始到混凝土开裂、第一阶段：加载开始到混凝土开裂2 2、第二阶段：混凝土开裂到钢筋屈服、第二阶段：混凝土开裂到钢筋屈服3 3、第三阶段：钢筋屈服到构件破坏、第三阶段：钢筋屈服到构件破坏混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院6.2.2建筑工程中钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承建筑工程中钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算载力计算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

6、抗拉强度设计值；钢筋抗拉强度设计值； As 全部全部纵向钢筋面积。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6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院2. 构造要求（构造要求（Detailing Requirements) v 箍筋直径箍筋直径 d6mm, 间距间距s 200mm 。 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、接、套筒挤压连接等多种方式。轴拉构件套筒挤压连接等多种方式。轴拉构件不

7、得采用绑不得采用绑扎的搭接接头。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6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院6.3 钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算（ Strength of Reinforced Concrete Axial Compressive Members）6.3.1 概述概述实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱按照实际工程结构中，一般把承受轴向压

8、力的钢筋混凝土柱按照箍筋的作用及配置方式分为两种：箍筋的作用及配置方式分为两种：l普通箍筋柱（普通箍筋柱（Tied Columns）有纵向钢筋和普通箍筋的柱有纵向钢筋和普通箍筋的柱l 螺旋箍筋柱（螺旋箍筋柱（Spiral Columns)有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱普通钢箍柱普通钢箍柱Tied ColumnsTied Columns螺旋钢箍柱螺旋钢箍柱Spiral ColumnsSpiral Columns混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院 纵筋的作用：纵筋的作用： 提高承载力，提高承载力，减小截面尺

9、寸减小截面尺寸 提高混凝土的提高混凝土的变形能力变形能力 抵抗构件的偶抵抗构件的偶然偏心然偏心 减小混凝土的减小混凝土的收缩与徐变收缩与徐变 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院 横向箍筋的作用：横向箍筋的作用： 防止纵向钢筋受防止纵向钢筋受力后压屈力后压屈 改善构件破坏脆改善构件破坏脆性性 当采用密排箍筋当采用密排箍筋时还能约束核芯内时还能约束核芯内混凝土，提高其极混凝土，提高其极限应变值限应变值 固定纵向钢筋位置固定纵向钢筋位置,与纵筋形成骨架，与纵筋形成骨架，保证骨架刚度。保证骨架刚度。混凝土结构设计原理混凝土结构设

10、计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院6.3.2 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与长柱短柱与长柱 短柱（短柱（Short Columns）是如何形成）是如何形成 的？的？ 我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称为我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称为短柱短柱。在实际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地下。在实际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地下车库的柱子，以及楼梯间处的柱都容易形成短柱。车库的柱子，以及楼梯间处的柱都容易形成短柱。 l0 /i28 ( (l0 为柱计算长度，为柱

11、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6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院受压短柱的破坏过程受压短柱的破坏过程n 在开始加载时，混凝土在开始加载时，混凝土和钢筋都处于弹性工作阶段，和钢筋都处于弹性工作阶段，钢筋和混凝土的应力基本上钢筋和混凝土的应力基本上按弹性模量的比值来分配。按弹性模量的比值来分配。n 随着荷载的增加，混凝随着荷载的增加，混凝土出现塑形变形，钢筋的应土出现塑形变形，钢筋的应力比混凝土应力增加更快，力比混凝土应力增加更快，产生内力重分布产生内力重分布 。随着荷

12、载。随着荷载的继续增加，柱中开始出现的继续增加，柱中开始出现微小的纵向裂缝微小的纵向裂缝。应力应力轴力轴力混凝土的应力增长钢筋应力增长混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院n 在临近破坏荷载时，在临近破坏荷载时，柱身出现很多明显的柱身出现很多明显的纵向裂缝，混凝土保纵向裂缝，混凝土保护层剥落，箍筋间的护层剥落，箍筋间的纵筋被压屈向外鼓出，纵筋被压屈向外鼓出，混凝土压碎。混凝土压碎。n 柱子发生破坏时，柱子发生破坏时，混凝土的应变达到其混凝土的应变达到其抗压极限应变抗压极限应变（0.0021），钢筋的应），钢筋的应力最大可达到

13、力最大可达到420MP，普通钢筋可屈服普通钢筋可屈服。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院什么是长柱（什么是长柱（Slender Columns） 我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为长柱。长柱。在实际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。轴在实际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。轴心受压长柱与短柱的主要受力区别在于：由于偏心所产生心受压长柱与短柱的主要受力区别在于：由于偏心所产生的附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必须考虑。的附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必须考虑。

14、 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院轴心受压长柱的破坏过程轴心受压长柱的破坏过程n 由于初始偏心距的存在，构件受由于初始偏心距的存在，构件受荷后产生附加弯矩，伴之发生横向挠荷后产生附加弯矩，伴之发生横向挠度。度。n 构件破坏时，首先在靠近凹边出构件破坏时，首先在靠近凹边出现大致平行于纵轴方向的纵向裂缝，现大致平行于纵轴方向的纵向裂缝，同时在凸边出现水平的横向裂缝，随同时在凸边出现水平的横向裂缝，随后受压区混凝土被压溃，纵筋向外鼓后受压区混凝土被压溃，纵筋向外鼓出，横向挠度迅速发展，构件失去平出，横向挠度迅速发展，构件失去

15、平衡，最后将凸边的混凝土拉断。衡，最后将凸边的混凝土拉断。n 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范采用稳定采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度。系数来表示长柱承载力的降低程度。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院2. 建筑工程配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 计算简图计算简图fcfyAsNfyAsAs混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院 全部纵向受压钢筋面积；全部纵向受压钢筋面积；sA

16、A 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。 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混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院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 . 00ssd

17、cddAfAfN 稳定系数稳定系数；sdf 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：混凝土宜高一些材料：混凝土宜高一些C25-C40，钢筋宜用，钢筋宜用HRB400级级,HRB500。v 截面：截面： b250mm, l0 /b30 。v 纵筋：纵筋： d12mm, 圆柱中根数圆柱中根数 6， 5 (一般一般1%-2%)；最小配筋率（一侧和全部）满足规范要；最小配筋率（一侧和全部）满足规范要求。求。 300mm 50mm, c20mm。 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院小

18、结：截面设计计算步骤小结：截面设计计算步骤已知轴心压力设计值N、材料强度设计值（fc、fy），构件长度和支撑情况（或l0已知），求配筋面积。1、假定 和 令 由公式，uNN )(9 . 0AfAfNNcsyu得截面面积，2、由上公式 得纵向受压筋截面面积混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院截面设计应注意的问题截面设计应注意的问题1、配筋率应以构件全截面面积为分母计算求得；2、检查是否满足全截面最小配筋率和单侧最小配筋率及最大配筋率的要求；3、计算高度受支撑条件的影响；4、实际配筋面积与计算配筋面积的误差控制在5%左右较为合

19、理。截面复核截面复核已知轴心压力设计值N、材料强度设计值（fc、fy），构件长度和支撑情况（或l0已知），配筋面积已知，求 是否满足。uN混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院v 箍筋：封闭式箍筋：封闭式 d6mm , d纵（最大）纵（最大） /4； s400mm 及短边尺寸及短边尺寸, 15d纵（最小）纵（最小） 。6.3.3 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。v 箍筋：当

20、纵向配筋率大于箍筋：当纵向配筋率大于3%， d8mm , s200mm, 10d纵（最小）纵（最小） ； v 箍筋：当柱短边尺寸大于箍筋：当柱短边尺寸大于400mm且各边纵筋大于且各边纵筋大于3根或短根或短边尺寸不大于边尺寸不大于400mm但纵筋多于但纵筋多于4根时，采用复合箍筋根时，采用复合箍筋； 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院Nc素混凝土柱普通钢筋混凝土柱螺旋箍筋钢筋混凝土柱荷载不大时螺旋箍柱和普通箍柱的性能几乎相同保护层剥落使柱的承载力降低螺旋箍筋的约束使柱的承载力提高标距NcNc混凝土结构设计原理混凝土结构设

21、计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院2. 配有螺旋式箍筋或焊接环式间接钢筋的轴心配有螺旋式箍筋或焊接环式间接钢筋的轴心受压构件正截面抗压承载力计算方法受压构件正截面抗压承载力计算方法 核心区混凝土三轴受压状态的产生核心区混凝土三轴受压状态的产生3-52cc14ff Sdcor fyAss1S0221corss1y2cor2ss1y244222sscorycorcorssyAAfsddAfdsAfdsAf3-6混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院dcorrfyAss1fyAss1fy

22、箍筋抗拉强度设计值Acor混凝土核心截面面积4/2corcordAAsso箍筋的换算截面面积10)/(sscorssAsdAAss1螺旋箍筋的截面面积dcor核心混凝土直径S螺旋箍筋的间距螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式21)4(sycorcsycorcAfAfAfAfN代入36有2)4(sycorssoAfcAfAAfNcory3-73-8 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院uccoryss0ys0.9(2)NNf Af Af A 2syssoycorcAfAfAfN

23、3-9 3-10 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 ；采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。如螺旋箍筋配置过多，极限承载力提高过大，则会在远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。用。 规范规范规定：规定：按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的承载力的50%。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面

24、承载力计算2013 昆明理工大学建工学院对长细比过大柱，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l0/d大于大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。作用。螺旋箍筋的约束效果与其截面面积螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距和间距s有关，有关，为保证有一定约束效果，为保证有一定约束效果，规范规范规定：规定：螺旋箍筋的换算面积螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋不得小于全部纵筋As 面面积的积的25%螺旋箍筋的间距螺旋箍筋的间距s不应大于不应大于dcor/5，且不大于，且不大于80mm，同时为方便施工，同时为方便施工，s也不应小于也不应小于40mm。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理 第6章混凝土轴心受力构件正截面承载力计算2013 昆明理工大学建工学院例题：螺旋箍筋柱设计某大厅底层门厅现