钢筋混凝土受压构件承载力计算

钢筋混凝土受压构件承载力计算第1页，共43页。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算受压构件是钢混结构中最常见的构件之一。如框架柱、墙、拱、桩、桥墩、烟囱、桁架压杆、水塔筒壁等。受压构件除需满足承载力计算要求外，还应满足相应的构造要求。图5-1受压构件vv第2页，共43页。

图5-2轴心受压与偏心受压构件（a）轴心受压（b）单向偏心受压（c）双向偏心受压构件以承受轴向压力为主,通常还有弯矩和剪力作用

受压构件分为：轴心受压构件、偏心受压构件。偏压构件分为：单向偏压构件、双向偏压构件第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第3页，共43页。◆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。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第4页，共43页。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第5页，共43页。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第6页，共43页。

轴压构件：方形、圆形截面；偏压构件：矩形、工形截面。（偏心力应沿长边布置）5.1.1截面形式与尺寸

受压构件截面尺寸满足最小尺寸的要求图5-3受压构件截面形式5.1受压构件的一般构造第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第7页，共43页。混凝土强度等级对受压构件的抗压承载力影响很大，特别对于轴心受压构件。为了充分利用混凝土承压，节约钢材，减小构件截面尺寸，受压构件宜采用较高强度等级的混凝土，一般情况下受压构件采用C25以上等级的混凝土。5.1.2混凝土第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第8页，共43页。

5.1.3纵向钢筋

1.作用：承担纵向压力、防止构件突然脆裂破坏、增强构件的延性，减小混凝土不匀质引起的不利影响、承担拉力等。

2.级别：HRB335和HRB400或RRB400级钢筋做为纵向受力钢筋，采用HPB300级钢筋做为箍筋

3.直径：不宜小于12mm，一般在16mm~32mm范围内。

3.根数：矩形截面中，纵向受力钢筋根数不得少于4根，圆形截面

4.布置：轴心受压构件沿构件截面周边均匀布置；偏压构件布置在垂直于弯矩作用方向的两个对边。

第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第9页，共43页。图6.4受压构件的钢筋骨架第10页，共43页。5.用量：需满足最小配筋率的要求并不超过5%。

6.构造钢筋：当h≥600mm时，应沿长边设置纵向构造钢筋，并相应地配置复合箍筋或拉筋。

7.净间距：不应小于50mm，中距不宜大于300mm。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第11页，共43页。5.1.4箍筋

1.作用：固定纵向钢筋，给纵向钢筋提供侧向支点，防止纵向钢筋受压弯曲，抵抗柱中也起到水平剪力。

2.形式：封闭式

3.间距：s≤15d（绑扎骨架）或20d（焊接骨架）（dmin）

s≤400mm;

s≤b（截面的短边尺寸）

4.直径：dsv≥d/4(dmax)，且dsv≥6mm。

5.复合箍筋：b

≤400mm，且各边纵筋多于四根时；或当b>400mm且各边纵筋多于3根时，应设置复合箍筋。图5-4受压构件的钢筋骨架第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第12页，共43页。当柱截面短边尺寸大于400mm且各边纵向钢筋多于3根时，或当柱截面短边尺寸不大于400mm但各边纵向钢筋多于4根时，应设置复合箍筋第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第13页，共43页。◆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。5.2轴心受压构件的承载力计算第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第14页，共43页。5.2.1短柱的试验研究图5-6短柱的破坏形态第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算强度破坏第15页，共43页。5.2.2长柱轴心受压构件的承载力降低现象图5-8长柱破坏形态

初始偏心距附加弯矩和侧向挠度加大了原来的初始偏心距构件承载力降低第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算失稳破坏第16页，共43页。5.2.2.轴心受压构件的承载力计算稳定系数j与柱的长细比l0/b有关。图5-9计算简图Nu第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第17页，共43页。第18页，共43页。5.3偏心受压构件正截面承载力计算偏心受压构件的破坏形态与偏心距e0和纵向钢筋配筋率有关图5-10偏心受压构件第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第19页，共43页。5.3.1破坏特征1.受拉破坏：偏心距e0较大，且As配筋合适★受拉侧混凝土较早出现裂缝，As的应力首先达到屈服强度。★裂缝迅速开展，受压区高度减小。★受压侧钢筋A's受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。★延性破坏，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。图5-11大偏心受压构件破坏形态第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第20页，共43页。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算2.受压破坏：偏心距e0较小，或偏心距e0较大但As配筋过多时图5-12小偏心受压构件破坏形态第21页，共43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★截面最后是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，远侧钢筋可能受拉也可能受压，破坏具有脆性性质。★受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小偏心受压。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算基本特征As不屈服（特殊情况例外）受力形式部分截面受压全截面受压第22页，共43页。3.受拉破坏和受压破坏的界限◆即受拉钢筋屈服与受压区混凝土边缘极限压应变ecu同时达到。◆与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。◆相对界限受压区高度仍为:第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算若≤

b构件受拉破坏（大偏心受压构件）若＞

b构件受压破坏（小偏心受压构件）第23页，共43页。根据平截面假定：将x=0.8x0及εs代入

s=Es

s为避免采用上式出现x的三次方程，采用近似的计算公式考虑：当x=xb，ss=fy；当x=0.8，

s=05.3.2受拉钢筋应力ss第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算x0

图5-13截面假定第24页，共43页。5.3.4偏心距增大系数η◆由于侧向挠曲变形，轴向力将产生二阶效应，引起附加弯矩。◆对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。◆对跨中截面，轴力N的偏心距为e0+f，即跨中截面的弯矩为M=N(e0+f)。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算图5-14偏心受压长柱的纵向弯曲影响第25页，共43页。

因此，在计算钢筋混凝土偏心受压构件时，应考虑长细比对承载力降低的影响，具体方法是将轴向压力对截面重心的初始偏心距eo乘以偏心距影响系数η，根据大量理论分析及试验结果，规范给出偏心距增大系数的计算公式：对于lo/h≤8的短柱，可不考虑纵向弯曲的影响，取η=1。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算第26页，共43页。5.4.1不对称配筋截面设计1.大偏心受压（受拉破坏）（ηe0>0.3h0）

1）基本公式第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算5.4矩形截面正截面承载力设计计算2a'≤x≤

bh0

2）公式适用条件图5-15大偏心受压构件计算简图第27页，共43页。情况1：As和A's均未知时3.计算步骤：第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算As应不小于若求得的As′应不小于。代入公式得到：按As′已知的情况2求解若As′小于，取两个基本方程中有三个未知数，As、A's和x，可取x=xbh0得第28页，共43页。情况1：

A's为已知时当A's已知时，两个基本方程有二个未知数As和x，有唯一解。先由第二式求解x，若x<xbh0，且x>2a'，则可将代入第一式得若x>xbh0则应按A‘s为未知情况1计算第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算若x<2a'则可偏于安全的近似取x=2a'，按下式确定As图5-16x=2a‘时计算简图第29页，共43页。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算2.小偏心受压（受压破坏）（ηe0≤0.3h0）x

sAs1）基本公式图5-17小偏心受压构件计算简图第30页，共43页。两个基本方程中有三个未知数，As、A's和x，故无唯一解。As

无论怎样配筋，都不能达到屈服，为使用钢量最小，故可取并将As值代入基本公式中求ξ和σs。

★若满足的条件，则直接求出As′。★如果说明As钢筋已屈服，取利用小偏压基本公式求As′和As。

第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算★如果，取和利用小偏压基本公式求As′和As。

第31页，共43页。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算5.2.2截面承载力复核进行承载力复核时，一般已知截面尺寸、配筋量、混凝土强度等级及钢筋品种，构件计算长度、以及构件需要承受的轴向力设计值N和偏心距、要求复核截面的承载力是否安全，或是在已知N值时，求所能承受的弯矩设计值M（过程略）。，，第32页，共43页。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算5.4.2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对于装配式构件，也采用对称配筋。◆对称配筋截面，即，其界限破坏状态时的轴力为◆若时，为小偏心受压构件；若时，为大偏心受压构件；第33页，共43页。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算1.大偏心受压◆求出受压区高度◆计算钢筋用量◆如，对受压钢筋合力点取矩

第34页，共43页。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算2.小偏心受压构件

在小偏心的情况下，远离纵向力一侧的钢筋不屈服，且

将、及代入基本公式中，可以得到对称配筋小偏心受压基本计算公式，解联立方程时，需求解

的三次方程，求解十分困难。必须简化，对于常用材料的强度，以代入，可得近似公式：第35页，共43页。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算

及均应满足最小配筋率及构造要求。对称配筋截面承载能力的复核略第36页，共43页。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算

对于给定截面、材料强度和配筋的偏心受压构件，达到承载能力极限状态时，截面配筋承受的压力是相互关联的，在进行构件截面配筋时，往往要考虑多种内力组合，研究N和M的对应关系可以判断出哪些内力组合对截面起控制作用，从而选择最危险的内力组合进行配筋设计。和弯矩图5-19M—N相关曲线

5.5偏心受压构件正截面承载力Nu-Mu相关曲线第37页，共43页。第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算

大、小偏心受压情况Nu与Mu的函数符合二次抛物线关系。具有以下特点：◆当弯矩为零时，轴向承载力Nu达到最大，即为轴心受压承载力N0；当轴力为零时，构件为纯弯曲时的承载力Mu。◆曲线上任意一点的坐标(Nu、Mu)代表此截面在该内力组合下恰好达到承载能力极限状态。如果作用于截面上的内力（、）曲线的内侧，说明该点对应的