钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算课件

1、3钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算3.1概述对于钢筋混凝土构件，当均匀受压（或受拉）的内合力与纵向外力在同一直线时，为轴心受力，其余情况均为偏心受力。桁架中的受拉腹杆和下弦杆、在内部水压力作用下的圆形蓄水池的池壁等，可视为轴心受拉构件。3.2钢筋混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算受力过程及破坏特征钢筋混凝土轴心受拉构件的典型配筋形式，如图3-1所示。轴心受拉构件的受力性能和试验结果。试件长1000mm，截面尺寸为100mm×160mm，钢筋采用级钢410，实测轴向拉力与变形的关系曲线，如图3-2所示。受力与变形过程可分成三个阶段；1、第阶段开裂前（）整体工作阶段。对于不允许开裂

2、的轴心受拉构件，应以此工作阶段末作为抗裂验算的依据。2、第阶段混凝土开裂后至钢筋屈服前（）带裂缝工作阶段。对于配筋率不太低的轴心受拉构件，第阶段就是构件的正常使用阶段，构件的裂缝宽度和变形的验算，以此阶段为依据。3、第阶段钢筋屈服到构件破坏（）构件破坏阶段。整个构件达到极限承载能力。轴心受拉构件正截面承载力计算以第阶段为依据。应力重分布钢筋混凝土结构理论中一个非常重要的概念。建筑工程中轴心受拉构件正截面承载力计算正截面承载力计算是以第阶段为依据的，构件极限承载力：例题3-1公路桥涵工程中轴心受拉构件正截面承载力计算仍然以第阶段为依据。结构重要性系数的采用。l 建筑工程中，结构重要性系数体现在内

3、力设计值中（为承载能力极限状态的荷载效应组合设计值，分别表示轴向力、弯矩、剪力、扭矩等的设计值）；l 公路桥涵工程中，需要根据公路桥涵的设计安全等级，分别选用结构重要性系数，然后与内力设计值相乘。于是，由静力平衡条件，得3.2.4构造要求1、纵向受力钢筋（1）、轴心受拉构件的受力钢筋，不得采用绑扎的搭接接头；（2）、为了避免配筋过少引起的脆性破坏，受力钢筋的配筋率应不小于0.2%和中的较大者；（3）、受力钢筋沿截面周边均匀对称布置，并宜优先选择直径较小的钢筋。2、箍筋箍筋直径不小于6mm，间距一般不宜大于200mm，屋架腹杆不宜超过150mm。3.3轴心受压构件正截面承载力计算根据构件的长细比

4、，轴心受压构件（或称轴心受压柱）可分为短柱和长柱两类。极限承载力仅取决于构件的横截面尺寸和材料强度的柱，称为短柱（，）；当柱的长细比较大，受荷时引起侧向变形，这时柱的极限承载能力将受此侧向变形所产生的附加弯矩影响而降低，此柱称为长柱。钢筋混凝土轴心受压构件长柱的计算公式，是在短柱理论的基础上，根据构件的长细比，稍作修正而得到的。轴心受压构件的配（箍）筋方式，一般为配置普通箍筋和螺旋箍筋两类，如图3-4所示。分别讨论配有普通箍筋的轴心受压构件1、受力分析及破坏特征短柱试验。某一配有纵筋和箍筋的短柱，如下图所示。其截面尺寸为l00mm×160mm，柱长500mm，配置410纵筋，实测混凝

5、土立方体抗压强度，棱柱体抗压强度，实测钢筋屈服强度。 试验结果表明，在整个短期荷载的加载过程中，可能的初始偏心对构件的承载力无明显影响，钢筋混凝土短柱的横截面上，各处的应变均匀分布；当荷载较小时，由于钢筋和混凝土之间存在着较好的粘结力，两者的压应变值相同。轴向压力与压缩量基本成正比例增长；当荷载较大，达到极限荷载时，钢筋混凝土短柱的极限压应变大致与混凝土棱柱体受压破坏时的压应变相同，混凝土的压应力达到棱柱体抗压强度。若钢筋的屈服应变小于混凝土破坏时的压应变，则钢筋将首先达到抗压屈服强度。随后，钢筋承担的压力维持不变，而继续增加的荷载全部由混凝土承担，直至混凝土被压碎，此时，柱四周出现纵向裂缝及

6、压坏痕迹，混凝土保护层剥落，纵筋向外屈折，混凝土被压碎而柱破坏，其破坏形态如图3-5所示。在这类构件中，钢筋和混凝土的抗压强度，都得到充分利用。无论受压钢筋是否屈服，构件的最终承载力都是由混凝土被压碎来控制。长柱试验试件的材料、截面尺寸、配筋与前述短柱试验完全相同。但柱子的长度从原来的500mm改为柱长2000mm。不同荷载下的构件横向挠度变化情况，如下图所示。 从实验结果发现，长柱在轴心压力作用下，不仅发生压缩变形，同时还产生横向挠度，出现弯曲现象，如图3-6所示。在荷载不大时，柱全截面受压，由于有弯矩影响，长柱截面一侧的压应力大于另一侧，随荷载增大，这种应力差更大；同时，横向挠度增加更快，

7、以致压应力大的一侧，混凝土首先压碎，并产生纵向裂缝，钢筋被压屈向外凸出，而另一侧混凝土可能由受压转变为受拉，出现水平裂缝。由于有初始偏心距产生的附加弯矩，附加弯矩又增大了横向的挠度，这样相互影响的结果，导致长柱最终在弯矩和轴力共同作用下发生破坏。如果柱的长细比很大时，还有可能发生“失稳破坏”的现象。如图3-7所示。试验表明，同样截面尺寸、同样材料、同样配筋的长柱破坏荷载要小于短柱。因此，通常用一个折减系数，乘以短柱的承载力来作为长柱的承载力，来考虑长柱纵向弯曲的不利用项。又称为稳定系数。稳定系数值主要和构件的长细比有关。所谓长细比，对矩形截面为（为柱的计算长度，为截面的短边）。如图所示。经验公

8、式：当时，当时，对于长细比较大的构件，稳定系数的取值比经验公式所得的值还要降低一些；对于长细比小的构件，的取值又略微提高些。表3-1给出了经修正后的值，可根据构件的长细比，从表中线性内插求得值。对于非矩形截面柱，长细比可用下式计算其中，截面的回转半径，其中，、分别为截面的惯性矩和截面积。柱的计算长度，与柱的实际长度及其端部的支承条件有关；当柱两端均为铰支时，计算长度即为柱的实际长度。2、建筑工程中配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法对于配有普通箍筋的轴心受压构件，当混凝土的压应力达到最大值，钢筋压应力达到屈服应力时，即认为构件达到最大承载力。因此，考虑长细比等因素的影响后，配有普通箍

9、筋的轴心受压柱正截面极限承载力计算公式为当现浇钢筋混凝土轴心受压构件截面边长或直径小于300mm时，公式中的混凝土强度设计值应乘以系数0.8。例题3-23、公路桥涵工程中配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法4、构造要求（1）、材料（2）、截面形式（3）、纵向钢筋（4）、箍筋3.3.2配有螺旋箍筋的轴心受压构件1、受力分析及破坏特征螺旋箍筋柱和焊接环箍筋柱的构造形式如下图所示。对于轴心受压圆形柱或截面形态接近圆形的正多边形柱，它的横向钢筋也可以采用螺旋箍筋或焊接环钢箍，称为螺旋箍筋柱或焊接环箍筋柱。统称为螺旋箍筋柱。约束混凝土与螺旋箍筋柱。螺旋箍筋柱的破坏形态如图3-10所示。2、建筑

10、工程中配有螺旋箍筋的轴心受压构件正截面抗压承载力计算方法约束混凝土的轴心抗压强度可近似地取为其中，根据纵向内外力的平衡条件，理论上，可得螺旋箍筋柱承载力的计算公式即上式第三项，即为螺旋筋柱承载能力的提高值。设计时，按下列公式近似计算按上式计算的构件受压承载力设计值，不应大于按普通箍筋轴心受压构件承载力设计值的1.5倍。此外，当遇到下列任意一种情况时，不应计入螺旋箍筋的影响，而应按普通箍筋轴心受压构件承载力计算公式计算。1、当时；2、当按螺旋箍筋柱承载力计算公式计算的受压承载力，小于按普通箍筋轴心受压构件承载力时；3、当间接钢筋的换算截面面积小于纵向钢筋的全部截面面积的25%时。例题3-3。3、公路桥涵工程中配有螺旋箍筋的轴心受压构件正截面抗压承载