钢筋混凝土受压受拉构件PPT课件

1、第1页/共40页第2页/共40页4.2.1 4.2.1 钢筋砼轴心受压构件的承载力计算钢筋砼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。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。但有些构件，如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。普通钢箍柱螺旋钢箍柱普通钢箍柱：箍筋的作用？纵筋的作用？螺旋钢箍柱螺旋钢箍柱：箍筋的形状为圆形，且间距较密，其作用？第3页/共40页第4页/共40页纵筋的作用： 协助混凝土受压受压钢筋最小配筋率：0.4% (单侧0.2%)承担弯矩作

2、用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，钢筋中的压应力就可能在持续使用荷载下增长到屈服应力水准。第5页/共40页普通钢箍柱普通钢箍柱轴心受压短柱sycsuAfAfN轴心受压长柱suluNN suluNN稳定系数稳定系数 主要与柱的长细比l0/b有关)(9 . 0sycuAfAfNN折减系数 0.9是考虑初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴压受压柱的可靠性。第6页/共40页4.2.2 偏心受压构件的破坏形态 =M=N e0NAssANe0As

3、sA压弯构件 偏心受压构件AssAh0aab第7页/共40页=M=N e0NAssANe0AssA压弯构件 偏心受压构件偏心距e0=0时当e0时，即N=0偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于轴心受压构件和受弯构件。AssAh0aab第8页/共40页偏心受压构件的破坏形态与偏心受压构件的破坏形态与偏心距偏心距e0和和纵向钢筋配筋率纵向钢筋配筋率有关有关1.受拉破坏受拉破坏 fyAs fyAsNMM较大，N较小偏心距e0较大 fyAs fyAsNAs配筋合适第9页/共40页截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，As的应力随荷载增加发展较快，首先达到屈服。此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小。最后受压侧钢筋A

4、s 受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，承载力主要取决于受拉侧钢筋。形成这种破坏的条件是：偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为大偏心受压。 fyAs fyAsN受拉破坏受拉破坏第10页/共40页2.受压破坏产生受压破坏的条件有两种情况： 当相对偏心距e0/h0较小 sAs fyAsN或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时 sAs fyAsNAs太多第11页/共40页 截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大。而受拉侧钢筋应力较小。当相对偏心距e0/h0很小时，受拉侧还可能出现受压情况。截面最后是

5、由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏。承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，破坏时受压区高度较大，受拉侧钢筋未达到受拉屈服，破坏具有脆性性质。第二种情况在设计应予避免，因此受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小偏心受压。受压破坏产生受压破坏的条件有两种情况：当相对偏心距e0/h0较小。或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时。 sAs fyAsN sAs fyAsNAs太多第12页/共40页受拉破坏受拉破坏 受压破坏受压破坏第13页/共40页二、偏心受压构件正截面承载力计算二、偏心受压构件正截面承载力计算偏心受压正截面受力分析方法与受弯情况是相同的，偏心受压正截面受力分析

6、方法与受弯情况是相同的，即仍采用以即仍采用以平截面假定平截面假定为基础的计算理论。为基础的计算理论。根据混凝土和钢筋的应力根据混凝土和钢筋的应力-应变关系，即可分析截面应变关系，即可分析截面在压力和弯矩共同作用下受力全过程。在压力和弯矩共同作用下受力全过程。对于正截面承载力的计算，同样可按受弯情况，对对于正截面承载力的计算，同样可按受弯情况，对受压区混凝土采用等效矩形应力图。受压区混凝土采用等效矩形应力图。等效矩形应力图等效矩形应力图的强度为的强度为a a fc，等效矩形应力图的高，等效矩形应力图的高度与中和轴高度的比值为度与中和轴高度的比值为b b 。第14页/共40页1.1.受拉破坏和受压

7、破坏的界限受拉破坏和受压破坏的界限即即受拉钢筋屈服受拉钢筋屈服与与受压区混凝土边缘极限压应变受压区混凝土边缘极限压应变e ecu同时达到。同时达到。与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。因此，因此，相对界限受压区高度相对界限受压区高度仍为。仍为。scuybEfeb1第15页/共40页当 b时 sysycuAfAfbxfNa fyAs fyAsNM当 b时 sAs fyAsNM sssycuAAfbxfNa)22(xhbxfMcua)2(ahAfsy)2(ahAfsy)22(xhbxfMcua)2(ahAss)2(ahAfsy受拉破坏(大偏心受压)受压破坏(小偏心受压)

8、第16页/共40页2.受拉一侧的钢筋应力 s由平截面假定可得ncunsxxhee0ecuesxnh0) 1/(0hxEcussbex=b xns=Eses) 1(becusE第17页/共40页受拉一侧的钢筋应力 sncunsxxhee0ecuesxnh0) 1() 1/(0bebecuscussEhxEx=b xns=Eses为避免采用上式出现 x 的三次方程bbbysfecueyxnbh0考虑：当 = b， s=fy；当 =b b， s=0第18页/共40页3.3.附加偏心距和偏心距增大系数附加偏心距和偏心距增大系数 由于施工误差、计算偏差及材料的不均匀等原因，实际工程中不存在理想的轴心受压

9、构件。为考虑这些因素的不利影响，引入附加偏心距，即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取计算偏心距e0=M/N与附加偏心距ea之和，称为初始偏心距ei。aieee0 参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距ea取20mm与h/30 两者中的较大值，此处h是指偏心方向的截面尺寸。（1）附加偏心距第19页/共40页（2）偏心距增大系数由于侧向挠曲变形，轴向力将由于侧向挠曲变形，轴向力将产生产生二阶效应二阶效应，引起附加弯矩。，引起附加弯矩。对于长细比较大的构件，二阶对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。效应引起附加弯矩不能忽略。图示典型偏心受压柱，跨中侧图示典型偏心受压柱，跨中侧向挠度为向

10、挠度为 f 。对跨中截面，轴力对跨中截面，轴力N的的偏心距偏心距为为ei + f ，即跨中截面的弯矩，即跨中截面的弯矩为为 M =N ( ei + f )。在截面和初始偏心距相同的情在截面和初始偏心距相同的情况下，柱的况下，柱的长细比长细比l0/h不同，不同，侧向挠度侧向挠度 f 的大小不同，影响的大小不同，影响程度会有很大差别，将产生不程度会有很大差别，将产生不同的破坏类型。同的破坏类型。elxfysin f y xeieiNNN eiN ( ei+ f )le第20页/共40页MNN0M0NusNuseiNumNumeiNum fmNulNul eiNul fl对于对于长细比长细比l0/h

11、8的的短柱短柱。侧向挠度侧向挠度 f 与初始偏心距与初始偏心距ei相比很小。相比很小。柱跨中弯矩柱跨中弯矩M=N(ei+f ) 随轴随轴力力N的增加基本呈线性增长。的增加基本呈线性增长。直至达到截面承载力极限状直至达到截面承载力极限状态产生破坏。态产生破坏。对短柱可忽略挠度对短柱可忽略挠度f影响。影响。第21页/共40页MNN0M0NusNuseiNumNumeiNum fmNulNul eiNul fl长细比长细比l0/h =830的的中长柱中长柱。f 与与ei相比已不能忽略。相比已不能忽略。f 随轴力增大而增大，柱跨中随轴力增大而增大，柱跨中弯矩弯矩M = N ( ei + f ) 的增长

12、速的增长速度大于轴力度大于轴力N的增长速度。的增长速度。即即M随随N 的增加呈明显的非线的增加呈明显的非线性增长。性增长。虽然最终在虽然最终在M和和N的共同作用下达到截面承载力极限状态，但轴的共同作用下达到截面承载力极限状态，但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱。向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱。因此，对于中长柱，在设计中应考虑附加挠度因此，对于中长柱，在设计中应考虑附加挠度 f 对弯矩增大的影对弯矩增大的影响。响。第22页/共40页MNN0M0NusNuseiNumNumeiNum fmNulNul eiNul fl长细比长细比l0/h 30的长柱的长柱侧向挠

13、度侧向挠度 f 的影响已很大的影响已很大在未达到截面承载力极限状在未达到截面承载力极限状态之前，侧向挠度态之前，侧向挠度 f 已呈已呈不不稳定稳定发展发展即柱的轴向荷载最大值发生在即柱的轴向荷载最大值发生在荷载增长曲线与截面承载力荷载增长曲线与截面承载力Nu- -Mu相关曲线相交之前相关曲线相交之前这种破坏为失稳破坏，应进这种破坏为失稳破坏，应进行专门计算行专门计算第23页/共40页偏心距增大系数iiiefefe1 2/022lxdxyd1020lf 0017. 025. 10033. 00hb0 . 17 . 22 . 01ie0hscee，hl0201. 015. 1，)140011 (2

14、1200hlheCim取h=1.1h0elxfysin f y xeieiNNlel0202lf2010lf017 .1711h第24页/共40页4.对称配筋截面对称配筋截面实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，当弯矩数值相实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，当弯矩数值相差不大，可采用对称配筋。差不大，可采用对称配筋。采用对称配筋不会在施工中产生差错，故有时为方便施工或采用对称配筋不会在施工中产生差错，故有时为方便施工或对于装配式构件，也采用对称配筋。对于装配式构件，也采用对称配筋。对称配筋截面，即对称配筋截面，即As=As，fy = fy，a = a，其界限破坏状态，其界限破坏状态时的

15、轴力为时的轴力为Nb=a a fcb bh0。)()2(00ahAfxhbxfeNAfAfbxfNsycsysycaa因此，除要考虑偏心距大小外，还要根据轴力大小（N Nb）的情况判别属于哪一种偏心受力情况。第25页/共40页(1)当 eieib.min=0.3h0，且N Nb时，为大偏心受压 x=N /a a fcb)()2(00ahAfxhbxfeNAfAfbxfNsycsysycaa)()5 . 0(00ahfxhbxfNeAAycssa若x=N /a a fcbeib.min=0.3h0，但N Nb时，为小偏心受压)()2(00ahAfxhbxfeNAfAfbxfNNsycsbysyc

16、uabbababbcsysyhbfNAfAf)(0由第一式解得)()5 . 01 (0020ahhbfNbhfNecbbcbbabab代入第二式得这是一个 的三次方程，设计中计算很麻烦。为简化计算，如前所说，可近似取a as= (1-0.5 )在小偏压范围的平均值，2/ 5 . 0)5 . 01 (bbsa代入上式第27页/共40页bcbcscbbhfahbhfNebhfNabaaa00200)()()5 . 01 (020ahfbhfNeAAycssa由前述迭代法可知，上式配筋实为第二次迭代的近似值，与精确解的误差已很小，满足一般设计精度要求。对称配筋截面复核的计算与非对称配筋情况相同。第2

17、8页/共40页（一）截面设计1、大、小偏心受压的判断n 界限破坏时的轴力：Nb=a a1 bfcbh0 。当 b ，为大偏心受压；当 b ， 为小偏心受压。2、大偏心受压（公式简化为6-15和6-12）n 计算步骤:1）计算相对受压区高度 ；2）计算钢筋面积并验算配筋率。 注：若第一步求出的 2a s/h0，则假定受压区重心在近侧钢筋重心处。3、小偏心受压（公式为6-11和6-12、6-13）n 计算步骤:1）计算相对受压区高度 （公式6-19a、6-19b或6-20） ；2）计算钢筋面积并验算配筋率。三、矩形截面对称配筋的计算方法第29页/共40页 已知偏心矩e0或已知M，求受压承载力N。

18、计算步骤：先假定为大偏压，采用大偏压计算公式计算 。（1）若计算2a2a s s/h/h0 0 b b ，假定正确，按公式计算N。（2）若计算2a2as s /h/h0 0 ，说明受压钢筋不屈服，按公式计算N（3）若计算 b ，说明假定不正确，按小偏压公式计算N注：求偏心矩增大系数 时，采用保守公式6-20计算 1。)(0ssyahAfN（二）受压承载力复核第30页/共40页sssycAAfbhfNa01)()5 . 01 (0201ssycahAfbhfNaybsfbb1101bhfNca)()5 . 01 (0201ssycahAfbhfNa对称配筋计算公式对称配筋计算公式大偏压计算公式小偏压计算公式第31页/共40页 eie a a1fcfyAs s As AsAs bas xh0hasN)(0ssyahAfeNv对受压钢筋重心求矩第32页/共40页（一）材料选择：1、混凝土：选择强度等级较高的混凝土，C20C50。2、钢筋：不宜选择高强钢筋，HRB335、HRB400。（二）截面形式和截面尺寸1、形式：矩形、圆形、I形。2、尺寸：最小高度、刚度要求。（三）纵向钢筋：钢筋直径及间距、布置、配筋率等。（四）箍筋：钢筋直径及间距、布置、配箍率等。受压构件的一般构造第33页/共40页4.3 钢筋混凝土受拉构件第34页/共4