水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)課件第五章.

1、第五章第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算力計(jì)算 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 概 述 第五章第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算受壓構(gòu)件分為軸心受壓和偏心受壓。受壓構(gòu)件分為軸心受壓和偏心受壓。(a)軸心受壓 (b)單向偏心受壓 (c)雙向偏心受壓實(shí)際工程中真正的軸心受壓構(gòu)件是沒有的。我國(guó)規(guī)范實(shí)際工程中真正的軸心受壓構(gòu)件是沒有的。我國(guó)規(guī)范對(duì)偏心很小可略去不計(jì)，構(gòu)件按軸心受壓計(jì)算。對(duì)偏心很小可略去不計(jì)，構(gòu)件按軸心受壓計(jì)算。 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 概 述水電站廠房柱水電站廠房柱 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 概 述工作橋的支承排架工作橋的支承排

2、架 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 概 述 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求一、截面形式和尺寸一、截面形式和尺寸v采用采用方形或方形或矩形截面，矩形截面，截面長(zhǎng)邊布在彎矩作用方向，截面長(zhǎng)邊布在彎矩作用方向，長(zhǎng)短邊比值長(zhǎng)短邊比值1.51.52.52.5。也可。也可采用采用T T形、形、工字形截面。工字形截面。樁常用圓形截面。樁常用圓形截面。v截面尺寸不宜過(guò)小，截面尺寸不宜過(guò)小，水工建筑現(xiàn)澆立柱邊長(zhǎng)水工建筑現(xiàn)澆立柱邊長(zhǎng) 300mm300mm。v截面邊長(zhǎng)截面邊長(zhǎng) 800mm，50mm為模數(shù)，邊長(zhǎng)為模數(shù)，邊長(zhǎng) 800mm，以，以100mm為模數(shù)。為模數(shù)。 二、砼二、砼v受

3、壓構(gòu)件承載力主要取決于砼強(qiáng)度，應(yīng)采用強(qiáng)度等級(jí)受壓構(gòu)件承載力主要取決于砼強(qiáng)度，應(yīng)采用強(qiáng)度等級(jí)較高的砼，如較高的砼，如C20C20、C25 C25 、C30C30或更高?；蚋?。第一節(jié)第一節(jié) 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求三、縱向鋼筋三、縱向鋼筋v作用：作用：協(xié)助砼受壓；協(xié)助砼受壓；承擔(dān)彎矩。承擔(dān)彎矩。 常用常用IIII級(jí)、級(jí)、IIIIII級(jí)。不宜用高強(qiáng)鋼筋，不宜級(jí)。不宜用高強(qiáng)鋼筋，不宜 用冷拉鋼筋用冷拉鋼筋。直徑直徑 12mm12mm，常用直徑，常用直徑121232m

4、m32mm。現(xiàn)澆時(shí)縱筋凈距現(xiàn)澆時(shí)縱筋凈距 50mm50mm，最大間距，最大間距 350mm350mm。長(zhǎng)邊長(zhǎng)邊 600mm600mm，中間設(shè)，中間設(shè)101016mm16mm縱向構(gòu)造鋼縱向構(gòu)造鋼 筋，間距筋，間距 500mm500mm。 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求v受壓鋼筋數(shù)量不能過(guò)少。規(guī)范規(guī)定：受壓鋼筋數(shù)量不能過(guò)少。規(guī)范規(guī)定：I I級(jí)鋼：級(jí)鋼： 偏壓構(gòu)件受壓或受拉筋偏壓構(gòu)件受壓或受拉筋配筋率配筋率 0.25( (柱柱) )或或0.200.20( (墻墻) )；II II 、IIIIII級(jí)、級(jí)、LL550LL550級(jí)鋼：級(jí)鋼： 偏壓構(gòu)件受壓或受拉筋偏壓構(gòu)件受壓或

5、受拉筋配筋率配筋率 0.200.20( (柱柱) )或或0.150.15( (墻墻) )； 軸心受壓構(gòu)件：軸心受壓構(gòu)件：全部縱筋配筋率全部縱筋配筋率 0.4 0.4。v縱筋不宜過(guò)多，合適配筋率縱筋不宜過(guò)多，合適配筋率0.82.0。 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.1 受壓構(gòu)件的構(gòu)造要求 四、箍筋四、箍筋v作用：作用：阻止縱筋受壓向外凸，阻止縱筋受壓向外凸，防止砼保護(hù)層剝落；防止砼保護(hù)層剝落；約束砼；約束砼；抗剪。抗剪。v箍筋應(yīng)為封閉式。箍筋應(yīng)為封閉式。v縱筋綁扎搭接長(zhǎng)度內(nèi)箍縱筋綁扎搭接長(zhǎng)度內(nèi)箍筋要加密。筋要加密。v箍筋直徑和間距箍筋直徑和間距 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.1 受

6、壓構(gòu)件的構(gòu)造要求v截面有內(nèi)折角時(shí)箍筋的布置截面有內(nèi)折角時(shí)箍筋的布置v基本箍筋和附加箍筋基本箍筋和附加箍筋 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算 第二節(jié)第二節(jié) 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算試件為配有縱筋和箍筋的試件為配有縱筋和箍筋的短柱短柱。柱全截面受壓，壓應(yīng)變均勻。柱全截面受壓，壓應(yīng)變均勻。鋼筋與砼共同變形，壓應(yīng)變保持一樣。鋼筋與砼共同變形，壓應(yīng)變保持一樣。cfyf一、試驗(yàn)結(jié)果一、試驗(yàn)結(jié)果荷載較小，砼和鋼筋應(yīng)力比符合彈模比。荷載較小，砼和鋼筋應(yīng)力比符合彈模比。荷載加大，應(yīng)力比不再符合彈模比。荷載加大，應(yīng)力比不再符合彈模比。荷載長(zhǎng)期持

7、續(xù)作用，砼徐變發(fā)生，砼與鋼筋之間引起荷載長(zhǎng)期持續(xù)作用，砼徐變發(fā)生，砼與鋼筋之間引起應(yīng)力重分配。應(yīng)力重分配。破壞時(shí)，砼的應(yīng)力達(dá)到破壞時(shí)，砼的應(yīng)力達(dá)到 ，鋼筋應(yīng)力達(dá)到，鋼筋應(yīng)力達(dá)到 。N初始受力N混凝土自由徐變c,0NN鋼筋施加Nc,0鋼筋施加NNcc,0cN 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算不同箍筋短柱的荷載不同箍筋短柱的荷載應(yīng)變圖應(yīng)變圖 A不配筋的素砼短柱；不配筋的素砼短柱；B配置普通箍筋的鋼筋砼短柱；配置普通箍筋的鋼筋砼短柱；C配置螺旋箍筋的鋼筋砼短柱。配置螺旋箍筋的鋼筋砼短柱。普通

8、鋼箍柱螺旋鋼箍柱 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算長(zhǎng)柱不僅發(fā)生壓縮變形，還發(fā)生長(zhǎng)柱不僅發(fā)生壓縮變形，還發(fā)生縱向彎曲縱向彎曲。 長(zhǎng)柱破壞荷載小于短柱，柱子越細(xì)長(zhǎng)小得越多。長(zhǎng)柱破壞荷載小于短柱，柱子越細(xì)長(zhǎng)小得越多。 用用穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù) 表示長(zhǎng)柱承載力較短柱的降低。表示長(zhǎng)柱承載力較短柱的降低。 短長(zhǎng)uuN/N普通箍筋短柱正截面極限承載力普通箍筋短柱正截面極限承載力 sccuAfAfNy Nu破壞時(shí)的極限軸向力；破壞時(shí)的極限軸向力； Ac砼截面面積；砼截面面積； A s全部縱向受壓鋼筋截面面積。全部縱向受壓鋼筋截面面積。 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.2

9、 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算影響影響 值的主要因素為長(zhǎng)細(xì)比值的主要因素為長(zhǎng)細(xì)比l0/b 。 vl0/b8的稱為短柱。的稱為短柱。v實(shí)際工程構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度實(shí)際工程構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度l0取值可參考規(guī)范取值可參考規(guī)范。v長(zhǎng)細(xì)比限制在長(zhǎng)細(xì)比限制在l0/b 3030，l0/h 2525。 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.2 軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算二、普通箍筋柱的計(jì)算二、普通箍筋柱的計(jì)算 0sA N軸力設(shè)計(jì)值軸力設(shè)計(jì)值(包括包括 和和 值在內(nèi)值在內(nèi))；A構(gòu)件截面面積；構(gòu)件截面面積； 全部縱筋的截面面積；全部縱筋的截面面積； 軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)。軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)。)(11sycdudAfAfNN 基

10、本公式：基本公式： 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算 (一一)第一類破壞情況第一類破壞情況受拉破壞受拉破壞v偏心距較大，偏心距較大， As配筋合適。配筋合適。v破壞特征是破壞特征是受拉鋼筋應(yīng)力先達(dá)到受拉鋼筋應(yīng)力先達(dá)到屈服屈服，然后壓區(qū)砼被壓碎，受壓筋，然后壓區(qū)砼被壓碎，受壓筋應(yīng)力一般也達(dá)到屈服，與配筋量適應(yīng)力一般也達(dá)到屈服，與配筋量適中的雙筋受彎構(gòu)件的破壞相類似。中的雙筋受彎構(gòu)件的破壞相類似。v破壞有預(yù)兆，屬延性破壞。破壞有預(yù)兆，屬延性破壞。v也稱為大偏心受壓破壞也稱為大偏心受壓破壞 。 第三節(jié)第三節(jié) 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)

11、算偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)與偏心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)與偏心距偏心距e0和和縱向鋼筋配筋率縱向鋼筋配筋率有關(guān)。有關(guān)。 一、試驗(yàn)結(jié)果一、試驗(yàn)結(jié)果 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算 (二二)第二類破壞情況第二類破壞情況受壓破壞受壓破壞v破壞特征是破壞特征是受壓砼先達(dá)到極限應(yīng)變受壓砼先達(dá)到極限應(yīng)變而壓壞，而壓壞， As未達(dá)到未達(dá)到屈服，屈服，破壞具有脆性性質(zhì)，也稱為破壞具有脆性性質(zhì)，也稱為“小偏心受壓破壞小偏心受壓破壞”。 e0很小，全部受壓很小，全部受壓 e0稍大，小部分受拉稍大，小部分受拉e0較大，拉筋過(guò)多較大，拉筋過(guò)多v個(gè)別情況，個(gè)別情況， e0極小，極小，As

12、配置過(guò)少，配置過(guò)少，破壞可能在距軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)發(fā)生。破壞可能在距軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)發(fā)生。 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算二、矩形截面偏心受壓構(gòu)件的計(jì)算二、矩形截面偏心受壓構(gòu)件的計(jì)算v基本假定同受彎構(gòu)件?；炯俣ㄍ軓潣?gòu)件。v承載力計(jì)算的基本公式：承載力計(jì)算的基本公式： )(11sssycdudAAfbxfNN)()2(1100ahAfxhbxfeNNesycdudahee20 N軸向力設(shè)計(jì)值軸向力設(shè)計(jì)值(包括包括 和和 值在內(nèi)值在內(nèi))； 受拉邊或受壓較小邊鋼筋的應(yīng)力；受拉邊或受壓較小邊鋼筋的應(yīng)力； e0軸向力對(duì)截面重心的偏心距，軸向力對(duì)截面重心的偏心距，e0

13、MN。0s 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算受拉側(cè)受拉側(cè)鋼筋應(yīng)力鋼筋應(yīng)力 s sssEEs)18.0(0033.0根據(jù)平截面假定根據(jù)平截面假定 00hxscc1100hxcs 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算中和軸正好通過(guò)中和軸正好通過(guò)As位置，位置，bysf8 .08 .0 , 即即 時(shí)，取時(shí)，取 ； ，即，即 時(shí)，取時(shí)，取 = 。syfbysfsyf b 6 . 1syf 為避免采用上式出現(xiàn)為避免采用上式出現(xiàn) x 的的三次方程三次方程考慮：當(dāng)考慮：當(dāng) = b， s=fy；當(dāng)當(dāng) =0.8， s=0。00hx 第五章

14、鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算三、相對(duì)界限受壓區(qū)計(jì)算高度三、相對(duì)界限受壓區(qū)計(jì)算高度b根據(jù)平截面假定，根據(jù)平截面假定，受拉筋屈服受拉筋屈服與與受壓區(qū)砼邊緣受壓區(qū)砼邊緣 cu同時(shí)達(dá)到時(shí)，同時(shí)達(dá)到時(shí)，相對(duì)界限受壓區(qū)計(jì)算高度：相對(duì)界限受壓區(qū)計(jì)算高度：bbsybEf0033.018.0大偏心受壓破壞大偏心受壓破壞小偏心受壓破壞小偏心受壓破壞兩種偏心受壓破壞的界限兩種偏心受壓破壞的界限 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算四、偏心受壓構(gòu)件縱向彎曲的考慮四、偏心受壓構(gòu)件縱向彎曲的考慮v長(zhǎng)細(xì)比大的偏壓構(gòu)件，承載力比短柱低。長(zhǎng)細(xì)比大的偏壓構(gòu)件，承

15、載力比短柱低。v縱向彎曲產(chǎn)生附加偏心距縱向彎曲產(chǎn)生附加偏心距f ，實(shí)際偏心距，實(shí)際偏心距增大為增大為 e0 +f 。 0000)1 (eeeffe撓度曲線撓度曲線xlfy0sin撓度和曲率的關(guān)系撓度和曲率的關(guān)系220lf偏心距增大系數(shù)。偏心距增大系數(shù)。 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算212000)(140011hlhev作用：偏心距增大系數(shù)，考慮長(zhǎng)柱偏心受壓時(shí)的縱向彎曲作用：偏心距增大系數(shù)，考慮長(zhǎng)柱偏心受壓時(shí)的縱向彎曲使偏心距加大的影響。使偏心距加大的影響。v各符號(hào)的含義：各符號(hào)的含義：12：考慮小偏壓破壞的影響，大偏壓時(shí)：考慮小偏壓破壞的影響，大偏壓時(shí)

16、：考慮長(zhǎng)細(xì)比的影響：考慮長(zhǎng)細(xì)比的影響：11150hl12v公式適用范圍：公式適用范圍：3080hl長(zhǎng)柱長(zhǎng)柱80hl短柱短柱1300hl細(xì)長(zhǎng)柱，公式不再適用。細(xì)長(zhǎng)柱，公式不再適用。v公式原理：以破壞截面曲率為主要參數(shù)。公式原理：以破壞截面曲率為主要參數(shù)。v考慮因素：考慮因素：e0 ， l0 /h ，破壞形態(tài)，長(zhǎng)細(xì)比，砼徐變。，破壞形態(tài)，長(zhǎng)細(xì)比，砼徐變。五五. .矩形截面偏心受壓構(gòu)件的矩形截面偏心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)及承載力復(fù)核截面設(shè)計(jì)及承載力復(fù)核大小偏心受壓的實(shí)用判別準(zhǔn)則大小偏心受壓的實(shí)用判別準(zhǔn)則若若 e00.3h0，按大偏心受壓情況計(jì)算，按大偏心受壓情況計(jì)算若若 e0 0.3h0，按小偏心受壓情

17、況計(jì)算，按小偏心受壓情況計(jì)算（一）大偏心受壓（受拉破壞）（一）大偏心受壓（受拉破壞） ahee20 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算)(10sysycdAfAfbhfN)(1020ahAfbhfNesyscd（1）As和和As均未知時(shí)均未知時(shí)兩個(gè)基本方程，三個(gè)未知數(shù)，兩個(gè)基本方程，三個(gè)未知數(shù)，As、As和和 x，無(wú)唯一解無(wú)唯一解。與雙筋梁類似，為使總配筋面積（與雙筋梁類似，為使總配筋面積（As+As）最?。┳钚?可取可取x= bh0得得若若Asr rmin bh0?取取As= r rmin bh0，按，按As為已為已知情況計(jì)算。知情況計(jì)算。 第五章 鋼筋砼

18、受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算)(020ahfbhfNeAysbcdsydsybcsfNAfbhfA0（2）As為已知時(shí)為已知時(shí)當(dāng)當(dāng)As已知時(shí)，兩個(gè)基本方程有二個(gè)未知數(shù)已知時(shí)，兩個(gè)基本方程有二個(gè)未知數(shù)As 和和 x，有唯一解有唯一解。若若 2a x bh0，可得可得取取x=2a，對(duì)，對(duì)As 中心取矩中心取矩若若x b， s h，取，取x=h；（2）如）如x bh0，按大偏壓重算；，按大偏壓重算；（3）若）若 1.61.6b ，取，取 s= - fy 及及 =1.61.6b ，再解算。，再解算。 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算v當(dāng)當(dāng)As一側(cè)砼可能先達(dá)到受壓破壞。一側(cè)砼可能先達(dá)到受壓破壞。對(duì)對(duì)As取矩，可得：取矩，可得：)()5.0(00ahfhhbhfeNrAycdse=0.5h-a-e0, h0=h-a0bhfNcd小偏壓還需驗(yàn)算垂直彎矩作用平面的軸心受壓承載力。小偏壓還需驗(yàn)算垂直彎矩作用平面的軸心受壓承載力。（三）矩形截面偏心受壓構(gòu)件（三）矩形截面偏心受壓構(gòu)件承載力復(fù)核承載力復(fù)核 第五章 鋼筋砼受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 5.3 偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算eAfeAfxhebxfsysyc)2(0（1 1）求）求x（先按大偏心受壓計(jì)算）（先按大偏心受壓計(jì)算）(2)當(dāng)當(dāng)x bh0時(shí)，大偏心受壓時(shí)，大