教学材料《结构设计原理》-7

第一节普通箍筋柱（２）箍筋。箍筋的布置可以使纵向钢筋的自由长度减小，以减小纵向钢筋受压时发生的纵向压屈，使纵向钢筋的强度得以充分发挥；同时，箍筋可以固定纵向钢筋的位置。普通箍筋柱中的箍筋必须做成封闭式，箍筋直径应不小于纵向钢筋直径的１／４，且不小于８ｍｍ。《桥规》将位于箍筋折角处的纵向钢筋定义为角筋。沿箍筋设置的纵向钢筋离角筋间距犛不大于１５０ｍｍ或１５倍箍筋直径（取较大者），若超过此范围设置纵向受力钢筋，应设复合箍筋，如图７.２所示，箍筋Ａ、Ｂ与Ｃ、Ｄ两组可根据实际情况选用图中的设置方式。上一页下一页返回第一节普通箍筋柱二、普通箍筋柱破坏形态配有纵向受力钢筋和普通箍筋的短柱轴心受压试验表明，在受载后，整个截面的应变是均匀分布的。最初在荷载较小时，混凝土和钢筋都处于弹性工作阶段，钢筋和混凝土的应力基本上按其弹性模量的比值来分配。随着荷载逐渐加大，混凝土的塑性变形开始发展，弹性模量降低，受压柱的变形的增加越来越大，混凝土应力的增加则越来越慢，而钢筋的应力基本上与其应变成正比增加。上述破坏情况是针对比较矮粗的短柱而言的。当柱子比较细长时，其破坏是由丧失稳定所造成的。破坏时柱子侧向挠度增大，一侧混凝土被压碎，另一侧出现横向裂缝。上一页下一页返回第一节普通箍筋柱与截面尺寸、混凝土强度等级和配筋相同的短柱相比，长柱的破坏荷载较小，一般是采用纵向稳定系数φ来表示长柱承载能力的降低程度。纵向稳定系数φ与长细比有关，长细比的表达式：矩形截面为L０／i，圆形截面为L０／（２r），一般截面为L０／r，具体见表７.１，即受压柱越细长，则φ值越小，承载力越低。三、普通箍筋柱承载力计算公式配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件承载力计算公式，可由构件破坏时轴向力平衡条件求得（图７.１）：上一页下一页返回第一节普通箍筋柱四、实用设计方法普通箍筋柱的承载能力计算可分为截面设计和承载能力复核两种情况。１截面设计当截面尺寸已知时，首先根据构件的长细比（L０／b），由表７.１查得稳定系数φ，再由式（７.１）计算所需钢筋截面面积，可得上一页下一页返回第一节普通箍筋柱２承载力复核对已经设计好的截面进行承载力复核时，首先应根据构件的长细比（犔０／犫）由表７.１查得稳定系数φ，然后由式（７.１）求得截面所能承受的轴向力设计值为上一页返回第二节螺旋箍筋柱一、螺旋箍筋柱的构造要求１截面形状螺旋箍筋柱的截面形式，通常做成圆形或八角形，如图７.４所示。２纵向受力主筋纵向受力钢筋沿圆周均匀分布，其截面面积应不小于螺旋形或焊接环形箍筋圈内混凝土核心截面面积的０．５％，构件核心混凝土截面面积应不小于整个截面面积的２／３。纵向受力钢筋应伸入与受压构件连接的上下构件内，其长度不应小于受压构件的直径且不应小于纵向受力钢筋的锚固长度。３螺旋箍筋下一页返回第二节螺旋箍筋柱螺旋箍筋的直径应不小于纵向受力钢筋直径的１／４，且不小于８ｍｍ。为保证螺旋箍筋能起到限制核心混凝土横向变形的作用，必须对箍筋的间距（即螺距）加以限制。《桥规》规定，螺旋箍筋的间距应不大于核心混凝土直径的１／５，亦不应大于８０ｍｍ，也不应小于４０ｍｍ，以利于混凝土浇筑。螺旋箍筋的数量，一般以换算截面面积Aｓ０表示。所谓换算截面面积，是将螺旋箍筋按体积相等折算成相当的纵向钢筋的截面面积，即一圈螺旋箍筋的体积除以螺旋箍筋的间距：上一页下一页返回第二节螺旋箍筋柱二、螺旋箍筋柱的破坏形态对于配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压短柱，沿柱高连续缠绕的、间距很密的螺旋箍筋犹如一个套筒，将核心部分的混凝土约束住，有效地限制了核心混凝土的横向变形，使核心混凝土处于三向受压状态，从而提高了柱的承载力。由图７.５所示的螺旋箍筋柱轴向压力－混凝土压应变曲线可见，在混凝土压应变εｃ＝０．００２以前，螺旋箍筋柱的轴向压力－混凝土压应变曲线与普通箍筋柱基本相同。当轴向压力继续增加直至混凝土和纵筋的压应变ε达到０．００３～０．００３５时，纵筋已经开始屈服，箍筋外面的混凝土保护层开始崩裂剥落，混凝土的截面积减小，轴力略有下降。这时，核心部分混凝土由于受到螺旋箍筋的约束，仍能继续受压，其抗压强度超过了轴心抗压强度，曲线逐渐回升，随着轴向压力不断增大，螺旋箍筋达到屈服，不能再约束核心混凝土横向变形，混凝土被压碎，构件即告破坏。这时荷载达到第二次峰值，柱的纵向压应变可达到０．０１以上。可见螺旋箍筋柱相比普通箍筋柱具有更好的延性。上一页下一页返回第二节螺旋箍筋柱三、承载力计算公式螺旋箍筋柱的承载力由三部分组成：核心混凝土承载力，取fｃｄAｃｏｒ；纵向受力钢筋的承载力，取f′ｓｄA′ｓ；螺旋箍筋增加的承载力，取KfｓｄAｓ０。因此，螺旋箍筋柱承载力计算的基本公式可以写成下列形式：四、实用设计方法１截面设计当截面尺寸未知时，可将纵向钢筋A′ｓ和螺旋换算截面面积Aｓ０分别以配筋率表示，将式（７.５）改写成下列形式：上一页下一页返回第二节螺旋箍筋柱２强度复核当截面的钢筋与尺寸均为已知的情况下，只要构件的长细比满足相关规范要求，Aｓ０＞０．２５A′ｓ时，代入式（７.５）进行计算，并且要按式（７.６）校核，即可求得。上一页返回图７.