第六章1--受压构件的截面承载力

1、第六章 受压构件的截面承载力1第六章第六章 受压构件的截面承载力受压构件的截面承载力 学习内容学习内容 轴心受压构件正截面承载力轴心受压构件正截面承载力 偏心受压构件正截面承载力偏心受压构件正截面承载力 偏心受压构件斜截面承载力偏心受压构件斜截面承载力 受压构件的一般构造要求受压构件的一般构造要求第六章 受压构件的截面承载力2受压构件（柱）受压构件（柱）在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。(a)轴心受压 (b)单向偏心受压 (c)双向偏心受压受压构件Compressive Element o

2、r Column第六章 受压构件的截面承载力3第六章 受压构件的截面承载力4第六章 受压构件的截面承载力5第六章 受压构件的截面承载力6第六章 受压构件的截面承载力7材料强度：材料强度：混凝土混凝土：受压构件的承载力主要取决于混凝土强：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，一般应采用强度等级较高的混凝土。度，一般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用常用C25C40，特殊结构，特殊结构中中C50C60级混级混凝土也经常使用凝土也经常使用（例如拱肋）（例如拱肋）。钢筋：钢筋：通常采用通常采用级和级和级和级和R235钢筋，不宜过钢筋

3、，不宜过高。高。6.1 6.1 受压构件的一般构造要求受压构件的一般构造要求第六章 受压构件的截面承载力8截面形状和尺寸：截面形状和尺寸：矩形截面多用于桥梁墩柱，工字形截面较常在矩形截面多用于桥梁墩柱，工字形截面较常在拱肋等结构中运用。拱肋等结构中运用。圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。柱的截面尺寸不宜小于柱的截面尺寸不宜小于300mm，截面长，截面长h短短b边边比值常为比值常为1.53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为模为模数。数

4、。第六章 受压构件的截面承载力9纵向钢筋：纵向钢筋：纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影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作用。同时考虑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（垂直到实际结构中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于弯矩作用平面），以及收缩和温度变化产生的拉应力，规定了受压钢筋的最小配筋率。的拉应力，规定了受压钢筋的最小配筋率。 规范规范规定，轴心受压构件、偏心受压构件规定，轴心受压构件、偏心受压构

5、件全部纵向钢筋的配筋率不应小于全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.5%；当混凝当混凝土强度等级大于土强度等级大于C50时不应小于时不应小于0.6%；一侧受一侧受压钢筋的配筋率不应小于压钢筋的配筋率不应小于0.2%，受拉钢筋最小受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。配筋率的要求同受弯构件。第六章 受压构件的截面承载力10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，一计算，一侧受压钢筋的配筋率按侧受压钢筋的配筋率按r r =As/A计算，其中计算，其中A为构件全截面面积。为构件全截面面积。配筋构造：配筋构造： 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

6、宜小于12mm，且选配钢筋时宜根数少而粗，但对矩形截面且选配钢筋时宜根数少而粗，但对矩形截面根数不得少于根数不得少于4根，圆形截面根数不宜少于根，圆形截面根数不宜少于6根，在钻孔灌注桩等直径较大构件中不少于根，在钻孔灌注桩等直径较大构件中不少于8根，直径不小于根，直径不小于14mm，且应沿周边均匀布置。，且应沿周边均匀布置。第六章 受压构件的截面承载力11纵向钢筋的保护层厚度要求见附表纵向钢筋的保护层厚度要求见附表1-8，且不小，且不小于钢筋直径于钢筋直径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对

7、水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小应按梁的规定取值。的规定取值。截面各边纵筋的中距不应小于截面各边纵筋的中距不应小于50mm，也不应大，也不应大于于350mm。当。当h600mm时，在柱侧面应设置直时，在柱侧面应设置直径径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 受压构件的截面承载力12第六章 受压构件的截面承载力13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/4d/4，且不小于且不小于8mm8mm，d 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40

8、0mm400mm，也不应大于截面短边尺寸；，也不应大于截面短边尺寸；箍筋间距不应也大于箍筋间距不应也大于15d15d。在纵向钢筋的搭接范围内或是当柱中全部纵筋的配在纵向钢筋的搭接范围内或是当柱中全部纵筋的配筋率超过筋率超过3%3%时，时，箍筋间距不应大于箍筋间距不应大于1010倍纵筋最小直径，倍纵筋最小直径，也不应大于也不应大于200mm200mm。当柱截面短边大于当柱截面短边大于400mm400mm，且各边纵筋配置根数超过，且各边纵筋配置根数超过多于多于3 3根时，或当柱截面短边不大于根时，或当柱截面短边不大于400mm400mm，但各边纵，但各边纵筋配置根数超过多于筋配置根数超过多于4 4

9、根时，应设置复合箍筋。根时，应设置复合箍筋。第六章 受压构件的截面承载力14复杂截面的箍筋形式对截面形状复杂的柱，对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，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。以避免箍筋受拉时使折角处混凝土破损。第六章 受压构件的截面承载力156.2 6.2 轴心受压构件的承载力计算轴心受压构件的承载力计算在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。均

10、匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。但有些构件，如桁架中的受压腹杆以恒载为主的等跨多层房屋但有些构件，如桁架中的受压腹杆以恒载为主的等跨多层房屋的内柱等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。的内柱等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。屋架中的受压腹杆等跨框架的中柱第六章 受压构件的截面承载力16淳安南浦大桥拱肋淳安南浦大桥拱肋第六章 受压构件的截面承载力17轴压构件根据配筋方式的不同分为轴压构件根据配筋方式的不同分为1 1、配有纵筋和箍筋的柱、配有纵筋和箍筋的柱2 2、配有纵筋和螺旋箍筋的柱、配有纵筋和螺旋箍筋的柱 普通钢箍柱螺旋钢箍柱螺旋钢箍柱螺旋钢箍柱：箍筋的形状：箍筋

11、的形状为圆形，且间距较密，其为圆形，且间距较密，其作用作用？普通钢箍柱普通钢箍柱：箍筋箍筋的作用的作用？ 纵筋纵筋的作用的作用？第六章 受压构件的截面承载力18纵筋的作用：纵筋的作用：1、协助砼受压、协助砼受压减小截面尺寸，提高正截面受压承减小截面尺寸，提高正截面受压承 载力；载力；2、承受可能产生的较小弯矩；、承受可能产生的较小弯矩；3、防止构件突然的脆性破坏，提高其变形能力；、防止构件突然的脆性破坏，提高其变形能力；4、减少砼的徐变变形、减少砼的徐变变形(三校本三校本)。箍筋的作用：箍筋的作用：1、防止纵筋受力后压屈，并与纵筋组成钢筋骨架；、防止纵筋受力后压屈，并与纵筋组成钢筋骨架；2、约

12、束混凝土。如采用螺旋箍筋时，能约束核心内的混凝、约束混凝土。如采用螺旋箍筋时，能约束核心内的混凝土横向变形，提高构件的承载力及变形能力土横向变形，提高构件的承载力及变形能力（即延性）。（即延性）。第六章 受压构件的截面承载力19N一、普通钢筋混凝土箍筋柱一、普通钢筋混凝土箍筋柱（短柱和长柱）（短柱和长柱）（一）短柱在短期荷载下的应力分布及破坏特征短柱在短期荷载下的应力分布及破坏特征第六章 受压构件的截面承载力20试验结果：试验结果：u当荷载较小时，轴压力与压缩当荷载较小时，轴压力与压缩量基本成正比增长；量基本成正比增长；u当荷载较大时，变形比荷载增当荷载较大时，变形比荷载增加得快；加得快； u

13、最后，柱四周出现纵向裂缝，最后，柱四周出现纵向裂缝，混凝土保护层剥落，纵筋向外混凝土保护层剥落，纵筋向外屈折，混凝土被压碎。屈折，混凝土被压碎。第六章 受压构件的截面承载力21四周纵向裂缝四周纵向裂缝-保护层剥落保护层剥落-纵纵筋外屈筋外屈-压碎压碎第六章 受压构件的截面承载力22 第第阶段（阶段（0y）：）： 荷载较小时荷载较小时弹性阶段；弹性阶段； 荷载较大时荷载较大时弹塑性阶段；弹塑性阶段； 钢筋压应力比混凝土的压应力增长快；钢筋压应力比混凝土的压应力增长快； 第第阶段（阶段（ y 0）：）： 021010-3-3 破坏时，纵筋先达到屈服，此时可继破坏时，纵筋先达到屈服，此时可继 续增加

14、一些荷载，最后砼达到最大应续增加一些荷载，最后砼达到最大应 力值；力值；轴压构件极限强度的计算依据。轴压构件极限强度的计算依据。 此时纵筋应力可达到：此时纵筋应力可达到：250/400002. 0102mmNEfss第六章 受压构件的截面承载力23 即柱子若采用高强钢筋，则砼被压碎时，钢筋还未即柱子若采用高强钢筋，则砼被压碎时，钢筋还未达到屈服强度，钢筋强度没有得到充分利用。达到屈服强度，钢筋强度没有得到充分利用。第第阶段（阶段（ 0 u）：）： 柱四周出现的纵向裂缝继续发展，纵筋向外屈折，柱四周出现的纵向裂缝继续发展，纵筋向外屈折，混凝土被压碎而整个构件破坏。混凝土被压碎而整个构件破坏。 钢

15、筋的受压强度 0ssssyffEf时，MPa400 00ssssyEfEf时，第六章 受压构件的截面承载力24（二）长细比的影响（二）长细比的影响 由于有初始偏心距产生的附加弯矩，附加弯矩又增大了由于有初始偏心距产生的附加弯矩，附加弯矩又增大了侧向的挠度，这样相互影响将导致长柱最终在弯矩和轴力共侧向的挠度，这样相互影响将导致长柱最终在弯矩和轴力共同作用下发生破坏。若柱的长细比很大时，还可能发生失稳同作用下发生破坏。若柱的长细比很大时，还可能发生失稳破坏。破坏。试验表明：长柱承载力试验表明：长柱承载力 短柱承载力短柱承载力用稳定系数用稳定系数表示长柱承载力降低的程度表示长柱承载力降低的程度 第六

16、章 受压构件的截面承载力25202;lEINAfAfNUsscU长柱短柱代入前式，并整理得：代入前式，并整理得：)(2020rscffAlEI0/;cIlrrA考虑到柱受压后开裂，其刚度考虑到柱受压后开裂，其刚度EI降低为降低为 EcIc;又由长细比及回转半径的计算公式又由长细比及回转半径的计算公式2201):rsdcdscsdcdffEffff得、替代、则将其代入前式并把可见可见主要与主要与相关，随其相关，随其增大而减小。增大而减小。第六章 受压构件的截面承载力26与构件长细比有关，见表与构件长细比有关，见表第六章 受压构件的截面承载力27（三）（三）承载力承载力计算公式计算公式。（一端固结

17、一端悬臂）固结）；（一端铰一端（两端固结）；（两端铰接）；取值分四种：时，计算）。（改用时，公式中的配筋率大于当lllllllllAAAAss27 . 05 . 0300000可靠度调整系数可靠度调整系数)(9 .0ssdcduAfAfNN轴心受压构件计算图式轴心受压构件计算图式NN 00第六章 受压构件的截面承载力28正截面计算的两类问题：正截面计算的两类问题：截面设计，求截面设计，求A As s截面复核，截面复核，duNN0?见书本算例（见书本算例（6-16-1）第六章 受压构件的截面承载力29（四）徐变对轴心受压构件的影响（四）徐变对轴心受压构件的影响由于混凝土徐变的影响（压缩），钢筋和

18、混凝土之间会由于混凝土徐变的影响（压缩），钢筋和混凝土之间会进一步发生应力重分布现象进一步发生应力重分布现象 钢筋压应力逐步增大，而混凝土压应力逐步降低钢筋压应力逐步增大，而混凝土压应力逐步降低即即徐变对混凝土起着卸荷作用徐变对混凝土起着卸荷作用. .第六章 受压构件的截面承载力30 由于徐变是不可恢复的变形，当卸荷时，钢筋由于徐变是不可恢复的变形，当卸荷时，钢筋回弹，二者变形差异，使混凝土受拉力；回弹，二者变形差异，使混凝土受拉力； 若纵筋配筋率过大，混凝土受到的拉力将会超若纵筋配筋率过大，混凝土受到的拉力将会超 过混凝土的抗拉强度而出现裂缝；故过混凝土的抗拉强度而出现裂缝；故规范规范要求要

19、求 ，设计时一般取，设计时一般取 0.52%。%5r第六章 受压构件的截面承载力31二、螺旋箍筋柱二、螺旋箍筋柱（一）螺旋筋柱的配筋形式（一）螺旋筋柱的配筋形式当 柱 子 采 用当 柱 子 采 用普 通 箍 筋 柱普 通 箍 筋 柱设 计 时 承 载设 计 时 承 载力 不 够 ， 而力 不 够 ， 而其 尺 寸 又 受其 尺 寸 又 受到 限 制 时 采到 限 制 时 采用 螺 旋 筋 柱用 螺 旋 筋 柱的配筋形式。的配筋形式。第六章 受压构件的截面承载力32（二）螺旋筋柱的受力特点（二）螺旋筋柱的受力特点间接钢筋屈服，间接钢筋屈服，柱子破坏柱子破坏第六章 受压构件的截面承载力33第六章

20、受压构件的截面承载力34混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度214cf第六章 受压构件的截面承载力352 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)（三）、螺旋箍筋柱的承载力公（三）、螺旋箍筋柱的承载力公式推导式推导第六章 受压构件的截面承载力360122sscorAfsdcorssdsAf0122达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）sscoruAfAN1corsscorcAAfAf24间接钢筋达屈服强度时间接钢筋达屈服强度时 核心砼受到的径向压应力核心砼受到的径向压应力214cf2 fsAss01

21、 fsAs012sdcors(a)(b)(c)第六章 受压构件的截面承载力37sAdAscors01002ssssscorcuAfAfAfN间接钢筋换算截面面积间接钢筋换算截面面积corsscorcorsscorssAAfsddAfsdAf244220201012corsscorcuAAfAfN24soscorcorsoscorAfAAAfA22442214cf2 fsAs01 fsAs012sdcors(a)(b)(c)第六章 受压构件的截面承载力38)2(9 . 00sssdssdcorcduAfAfAfNN 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 当当C50时，取时

22、，取 = 1.0； 当当=C80时，取时，取 =0.85，其间直线插值。其间直线插值。02ssssscorcuAfAfAfN 其正截面承载力的设计值为：其正截面承载力的设计值为：第六章 受压构件的截面承载力39采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力，但：采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力，但：如螺旋箍筋配置过多，极限承载力提高过大，则会在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。常使用。 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承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载力的50%。对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形较大，截面不是对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形