型钢混凝土柱设计及构造要求PPT139页

1、型钢混凝土柱设计及构造要求 第一部分：型钢混凝土柱轴心受压受力性能及承载力计算 第二部分：型钢混凝土柱正截面压弯承载力计算 第三部分：型钢混凝土柱斜截面承载力计算 第四部分：型钢混凝土构件构造要求型钢混凝土柱设计及构造要求第一部分型钢混凝土轴压柱受力性能及承载力计算 1型钢混凝土柱受力性能 2轴心受压柱的破坏特点 3型钢混凝土轴心受压构件承载力计算的基本原则 4轴心受压柱的承载力计算1、型钢混凝土柱受力性能o 受力状态：轴压(Axial Compression)压弯(Combined Compression and Uniaxial Bending) or (Combined Compress

2、ion and Biaxial Bending)o 特点：轴压力的存在对柱的受力性能起着重要的作用。o 轴压、偏压状态下的柱，承载力极限状态有两种形式：失稳破坏材料破坏2、轴心受压型钢混凝土柱破坏形态o 试验表明：型钢轴心受压构件的受力特性和破坏过程和普通钢筋混凝土柱基本一致。型钢部分和混凝土部分的压应变基本相等。o 破坏过程：加载型钢和混凝土协同工作纵筋/型钢屈服出现纵向裂缝裂缝贯通，形成小柱而破坏o 与钢筋混凝土轴压构件比较：相同处：纵筋压屈（型钢压屈）不同处：型钢与混凝土之间的粘结滑移o 型钢与混凝土之间粘结滑移对承载力的影响：粘结滑移的增大，对型钢砼柱轴心受压柱的承载力没有明显影响，即

3、砼能达到fc(轴心抗压强度)。o 原因分析：二者粘结力较差，易产生裂缝；型钢翼缘与腹板间的砼受约束，抗压能力提高。最终表现为不利因素和有利因素的影响相互抵消。2、轴心受压型钢混凝土柱破坏形态3、承载力计算的基本原则o 型钢砼轴压柱(短柱)的破坏形态与钢筋砼柱的破坏形态基本相同。型钢与砼的变形基本上是一致的，因此可以用强度叠加原理来计算其极限承载力。o 长柱的极限承载力计算可以在短柱计算的基础上建立起来，与钢筋砼长柱采用的方法相同。slNN3、承载力计算的基本原则o 箍筋作用的考虑：型钢混凝土柱中的箍筋和横向钢筋对核心砼有约束作用，并且有助于砼和型钢的变形协调。但是，矩形箍筋对提高砼的承载力作用

4、不明显，所以在计算正截面承载力时不考虑。o 局部屈曲问题（Local buckling）:由于砼对型钢的约束，试验中均未发现型钢有局部屈曲现象，因此在设计中可以不予考虑。4、型钢混凝土柱轴心受压承载力计算式中：fc为砼的轴心受压强度设计值；Ac为砼的净截面积；Ass为型钢的有效净截面面积，即应扣除因空洞削弱的部分；As为纵向受压钢筋的截面面积；fy为纵向钢筋的抗压强度设计值；fs为型钢的抗压强度设计值；为型钢砼柱的稳定系数；其中，稳定系数根据 l0/i 的值由表1确定。 l0为柱的计算长度，可根据柱两端的支承情况，按照混凝土结构设计规范(GB50010-2002)取用， i为最小回转半径。4、

5、型钢混凝土柱轴心受压承载力计算4、型钢混凝土柱轴心受压承载力计算其他方法1 转成纯钢结构计算（钢结构的稳定问题）2 转成钢结构，但考虑混凝土存在的影响第二部分型钢混凝土偏压柱正截面压弯承载力计算 1偏心受压柱的受力性能 2偏心受压柱破坏形态 3正截面压弯承载力计算 4例题 5其他1、偏压型钢混凝土柱的受力性能o偏心受压柱承受轴力N和弯矩M的共同作用，是一种压弯复合受力构件。因此它既具有受压构件的性能，又具有受弯构件的性能。对于一般偏心受压柱，偏心距e0=M/N是影响其受力性能的一个重要因素。此外，由于弯矩的存在，柱将产生侧向挠曲。侧向挠曲变形，对柱的每一个截面来说是不等的。侧向挠曲变形的发生，

6、将使轴向力的偏心距在初始偏心距的基础上有所增大。同时，截面所受弯矩也必然增大，即在初始弯矩的基础上增加了一个附加弯矩。由于侧向挠曲变形沿柱高是变化的，所以各截面增加的附加弯矩，也随之变化。显然对挠曲变形最大的临界截面影响最大。1、偏压型钢混凝土柱的受力性能o附加弯矩与柱两端的支承情况有关，与柱的高度有关以及与柱截面的刚度有关，因此柱的长细比l l0 0/i /i（或l l0 0/b/b，l l0 0/d/d）也将对柱的受力行为有明显影响。其中，l l0 0为柱的计算长度，i i为柱的最小回转半径。对于长细比较大的柱，其二阶效应的影响是不可忽略的。o偏心距e0的大小，实际反映了偏心受压构件中M与

7、N的影响大小。偏心距很小时，轴力的影响占主导地位，其受力性能、破坏形态与轴心受压构件比较接近。偏心距较大时，弯矩起主要作用，其受力性能、破坏形态与受弯构件比较接近。1、偏压型钢混凝土柱的受力性能o因此根据试验，对型钢砼偏心受压柱的正截面破坏形态分为小偏心受压破坏（受压破坏）和大偏心受压破坏（受拉破坏），而这两类破坏的界限状态可称为界限破坏。o由于在型钢混凝土柱中，实腹型钢腹板是在柱截面高度内连续分布的（普通钢筋混凝土柱的受拉钢筋和受压钢筋集中配置在柱截面的某一高度处）。因此型钢混凝土柱没有典型的界限破坏。钢筋混凝土：大小偏压的界限破坏特征是在远离轴向力一侧钢筋应力达到其屈服强度的同时靠近轴力一

8、侧混凝土边缘的压应变也刚好达到极限压应变。2、型钢混凝土柱受压破坏和受拉破坏比较3、型钢混凝土柱偏压承载力计算（1）简单叠加法计算正截面偏压承载力。（2）基于平截面假定的计算方法（1）简单叠加法计算正截面偏压承载力1）此方法仅适用于型钢和钢筋均为双向对称布置的方形或矩形型钢混凝土柱正截面受弯承载力验算。2）对于型钢或者钢筋为非对称配置的型钢混凝土柱，可偏于安全地将非对称截面置换成对称截面，然后采用简单叠加法进行正截面偏压承载力验算。（1）简单叠加法计算正截面偏压承载力o 型钢混凝土偏压构件正截面承载力计算的一般叠加法表达式：o 简化叠加法的基本思路：配置型钢后截面承载力不足的部分由钢筋混凝土截

9、面承担，或反之钢筋混凝土截面承载力不足的部分由型钢截面承担。uaRcuaRcNNNMMM（1）简单叠加法计算正截面偏压承载力o 计算步骤：1.先设定柱内型钢（或外包混凝土内纵筋）的截面面积，然后按照下面两种情况计算（下一张幻灯片）。分别计算出外包钢筋混凝土部分（或型钢部分）所承担的轴力和弯矩设计值。2.分别进行外包钢筋混凝土（或型钢）截面设计及承载力计算。然后加以比较，取两种情况下所得型钢和纵筋的较小截面面积，作为设计结果。（1）简单叠加法计算正截面偏压承载力o第一种情况：假定轴向力主要由外包钢筋混凝土部分承担，采用钢筋混凝土部分的轴心受压承载力NRc,c0作为判别指标。对于在设计值N和M作用

10、下的型钢混凝土构件，按其轴力设计值大小，再分为两种状态： , 0, 000Rc tRc caRcRcaNNNMMNNMMMa且型钢仅承受弯矩混凝土部分设计值, 0, 0( )Rc caRc caNbNNNNMM钢筋混凝土部分仅承受轴力型钢部分设计值（1）简单叠加法计算正截面偏压承载力o第二种情况：假定轴向力主要由柱内型钢承担，采取型钢部分的轴心受压承载力Na,c0作为判别指标。对于在设计值N和M作用下的型钢混凝土构件，按其轴力设计值大小，再分为两种状态： , 0, 0, 0, 0a ta cRc aaaRc uNNNMMNNMMMa且钢筋混凝土部分仅承受弯矩型钢部分设计值, 0, 0( )a

11、cRca cRcNNNNNMMb型钢截面仅承受轴力钢筋混凝土部分设计值（1）简单叠加法计算正截面偏压承载力o型钢部分承载力计算：型钢截面轴心受压承载力；型钢截面受纯弯承载力；型钢截面压、弯承载力。o混凝土部分承载力计算：钢筋混凝土部分的轴心受压承载力；钢筋混凝土部分受纯弯承载力；钢筋混凝土部分偏压承载力（按GB50010-2002混凝土结构设计规范计算，其中计算受压区混凝土的截面面积，应扣除其中型钢的截面面积）。（2）基于平截面假定的计算方法：计算假定（2）基于平截面假定的计算方法：偏心距增大系数o 对二阶矩影响的考虑：我国及世界上大多数国家的规范都是以偏心距增大系数来考虑。一方面计算比较简单

12、，另一方面概念比较直接明了。 式中: f 表示在二阶矩的作用下柱的附加挠度。表示柱在承载能力极限状态下的截面曲率，为与沿柱高曲率分布有关的系数。21200140011KKhlhe式中：K1为考虑偏心率影响的系数，K2为考虑长细比影响的系数，10.5/1cKf A N101015102hl.K实际上，一般的柱子 l0/h15，可不考虑长细比的影响，即取 K2=1.0；对于大偏心受压柱，极限曲率与界限曲率比较接近，可不考虑偏心率的影响，即取 K1=1.0。o 此外，在偏心受压构件正截面承载力计算中，还要考虑到由于荷载位置的不确定性、材料的不均匀性和施工误差引起的附加偏心距ea，其值取20mm和偏心

13、方向截面尺寸的1/30两者中的大值。o 最后，截面的初始偏心距为0iaeee（2）基于平截面假定的计算方法：初始偏心距（2）基于平截面假定的计算方法：偏压承载力计算型钢混凝土柱偏压承载力计算简图型钢混凝土柱偏压承载力计算简图（2）基于平截面假定的计算方法：偏压承载力计算10002cysaafaafawacysssafaawNa f bxf Af AANxNea f bx hf A haf AhaM1 0201122221201212011111,2121,2awwaawwahxhxNt h fMt h f当时o 偏压承载力计算公式（非抗震设计）1 020112222101221011,1,2a

14、wwaaawwahxhxNt h fMt h f当时条件1：保证型钢受压翼缘屈服条件2：保证极限状态下型钢受拉翼 缘、受拉钢筋屈服腹板受压腹板有压有拉o根据平截面假定，此时截面的界限受压区高度为：o当混凝土强度不超过C50时，参数取0.8，C80时候取为0.74，其间线性插值112 0.003byasffE（2）基于平截面假定的计算方法：计算条件o 柱截面受拉边或者受压较小边的纵向钢筋应力计算方法。（2）基于平截面假定的计算方法：计算条件00110110,bsyaabysbaabxhffxhfxhfxh当时，为大偏心受压构件，当时，为小偏心受压构件：4、例题型钢混凝土柱正截面设计o简化叠加法o基于平截面假定的计算方法5、其他类型o 双向偏压柱：承受轴向压力和双向弯矩的角柱和纵、横向框架的共有柱o 一般方法：（1）不考虑地震作用00,0,ssrccycussrcxcy xcu xssrcycy ycu yNNNMMMMMM,0,xy,xy,xyxysssscy xcy yrcrccu xcu yNMMMMMM型钢混凝土柱承受的轴力设计值型钢混凝土柱承受的绕 轴和 轴的弯矩设计值型钢部分绕 和 轴的受弯承载力钢筋混凝土部分绕 和 轴的受弯承载力结构重要性系数钢骨混凝土结构设计规程冶金部钢筋混凝土轴心受压构件破坏过程bhAsANcNc混凝