單元七_(dá)軸心受壓構(gòu)件的承載力

1、 單元七單元七 軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算1. 1. 概述概述 2. 2. 普通箍筋柱普通箍筋柱 3. 3. 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱 4. 4. 小結(jié)小結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.1.熟悉軸心受壓短柱和長(zhǎng)柱的破壞過程；熟悉軸心受壓短柱和長(zhǎng)柱的破壞過程；2.2.了解軸心受壓構(gòu)建中縱筋和箍筋的作用；了解軸心受壓構(gòu)建中縱筋和箍筋的作用；3.3.掌握普通箍筋柱軸心受壓承載力的計(jì)算。掌握普通箍筋柱軸心受壓承載力的計(jì)算。內(nèi)容內(nèi)容 1.概述概述(a)軸心受壓 (b)單向偏心受壓 (c)雙向偏心受壓軸心受壓承載力是正截面受壓承載力軸心受壓承載力是正截面受壓承載力 的上限。的上限。先討論軸心受壓構(gòu)件的

2、承載力計(jì)算，然后重點(diǎn)討論單向偏心受壓的先討論軸心受壓構(gòu)件的承載力計(jì)算，然后重點(diǎn)討論單向偏心受壓的正截面承載力計(jì)算。正截面承載力計(jì)算。軸心受壓：縱向力通過構(gòu)件截面形心(重心)偏心受壓：縱向力作用線偏離構(gòu)件軸線或同時(shí)作用有軸心壓力及彎矩N由于施工制造誤差、荷載位置的偏差、混凝土不由于施工制造誤差、荷載位置的偏差、混凝土不均勻性等原因，往往存在一定的均勻性等原因，往往存在一定的初始偏心距初始偏心距以恒載為主的等跨多層房屋內(nèi)柱、桁架中的受壓以恒載為主的等跨多層房屋內(nèi)柱、桁架中的受壓腹桿等，主要承受軸向壓力，可腹桿等，主要承受軸向壓力，可近似按軸心受壓近似按軸心受壓構(gòu)件計(jì)算構(gòu)件計(jì)算在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，在實(shí)際結(jié)

3、構(gòu)中，理想的軸心受壓構(gòu)件是不存在的理想的軸心受壓構(gòu)件是不存在的受壓構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)用受壓構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)用高層建筑物中的框架柱、樁基礎(chǔ)、桁架結(jié)構(gòu)中的受壓弦桿（腹桿），橋高層建筑物中的框架柱、樁基礎(chǔ)、桁架結(jié)構(gòu)中的受壓弦桿（腹桿），橋梁結(jié)構(gòu)中的橋墩等均屬于受壓構(gòu)件梁結(jié)構(gòu)中的橋墩等均屬于受壓構(gòu)件。普通箍筋柱：配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件螺旋箍筋柱：配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構(gòu)件普通箍筋柱：普通箍筋柱：截面形狀多為cube、rectangular和circle?？v筋對(duì)稱布置，沿構(gòu)件高度方向設(shè)置等間距的箍筋。受壓承載力主要由混凝土提供。縱筋設(shè)置的目的：協(xié)助混凝土承受壓力，減小截面尺寸；承受可能存在

4、的不大的彎矩；防止構(gòu)件的突然脆性破壞。普通箍筋的作用：減少縱筋的無支長(zhǎng)度，避免縱向鋼筋的過早局部壓屈；與縱筋形成鋼筋骨架，便于施工。螺旋箍筋柱：螺旋箍筋柱：截面多為circle或正多邊形?？v筋外圍布置有連續(xù)環(huán)繞的間距較密的螺旋箍筋。其作用是截面中間部分混凝土成為約束混凝土，從而提高構(gòu)件的承載力和變形能力，提高了柱的延性。箍筋還可承擔(dān)剪力。普通鋼箍柱螺旋鋼箍柱 縱筋的作用縱筋的作用（1）協(xié)助混凝土受壓，減小截面面積；）協(xié)助混凝土受壓，減小截面面積；（2）當(dāng)柱偏心受壓時(shí)，承擔(dān)彎矩產(chǎn)生的拉力；）當(dāng)柱偏心受壓時(shí)，承擔(dān)彎矩產(chǎn)生的拉力；（3）減小持續(xù)壓應(yīng)力下混凝土收縮和徐變的影響。）減小持續(xù)壓應(yīng)力下混凝土

5、收縮和徐變的影響。實(shí)驗(yàn)表明，收縮和徐變能把柱截面中的壓力實(shí)驗(yàn)表明，收縮和徐變能把柱截面中的壓力由混凝土向鋼筋轉(zhuǎn)移，從而使鋼筋壓應(yīng)力不由混凝土向鋼筋轉(zhuǎn)移，從而使鋼筋壓應(yīng)力不斷增長(zhǎng)。壓應(yīng)力的增長(zhǎng)幅度隨配筋率的減小斷增長(zhǎng)。壓應(yīng)力的增長(zhǎng)幅度隨配筋率的減小而增大，如果不給配筋率規(guī)定一個(gè)下限，鋼而增大，如果不給配筋率規(guī)定一個(gè)下限，鋼筋中的壓應(yīng)力就可能在持續(xù)使用荷載下增長(zhǎng)筋中的壓應(yīng)力就可能在持續(xù)使用荷載下增長(zhǎng)到屈服應(yīng)力水準(zhǔn)。到屈服應(yīng)力水準(zhǔn)。 箍筋的作用箍筋的作用（1）與縱筋形成骨架，便于施工；）與縱筋形成骨架，便于施工；（2）防止縱筋的壓屈；）防止縱筋的壓屈；（3）對(duì)核心混凝土形成約束，提高混）對(duì)核心混凝土

6、形成約束，提高混 凝土的抗壓強(qiáng)度，增加構(gòu)件的延性。凝土的抗壓強(qiáng)度，增加構(gòu)件的延性。普通箍筋柱：配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件螺旋箍筋柱：配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構(gòu)件1. 1. 概述概述 2. 2. 普通箍筋柱普通箍筋柱 3. 3. 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱 4. 4. 小結(jié)小結(jié)內(nèi)容內(nèi)容7.2.1 7.2.1 構(gòu)造要求構(gòu)造要求 截面形狀尺寸 一般采用方形或圓形。截面尺寸不宜小于250mm；長(zhǎng)細(xì)比003025llbd或混凝土一般采用C25C40的混凝土?？v向鋼筋 R235級(jí)、HRB335和HRB400級(jí)等熱軋鋼筋。不宜采用高強(qiáng)鋼筋 d12mm，根數(shù)不小于4根。對(duì)于垂直澆注的混凝土，鋼筋的

7、凈距不小于50mm，不大于350mm，對(duì)于水平澆注的混凝土預(yù)制構(gòu)件，縱向鋼筋間距的最小凈距采用受彎構(gòu)件的規(guī)定要求，混凝土最小保護(hù)層厚度不應(yīng)小于鋼筋的公稱直徑及相關(guān)的要求?？v筋的配筋率最小配筋率：公路橋規(guī)規(guī)定受壓構(gòu)件全部縱筋的配筋率不應(yīng)小于0.5%，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50以上時(shí)不應(yīng)小于0.6%，同時(shí)一側(cè)鋼筋的配筋率不應(yīng)小于0.2%最大配筋率：全部縱筋的配筋率不應(yīng)大于5%。縱向鋼筋 縱筋應(yīng)位于離離角筋中心距離不大于150mm或15倍箍筋直徑范圍內(nèi)。若在此范圍外設(shè)置縱向鋼筋，則應(yīng)設(shè)計(jì)附加箍筋。箍筋 R235級(jí)和HRB335級(jí)，應(yīng)作成封閉式。直徑不小于縱筋最大直徑的1/4，以及不小于8mm，間距S不宜

8、過大 15 (0.8 (400mmSdSbor SdS鋼筋最小直徑）短邊尺寸） 圓形）在縱筋搭接范圍內(nèi)或 箍筋應(yīng)加密 3%10 (200mmSdS鋼筋最小直徑）短柱0087llbd或全截面受壓，鋼筋與混凝土共同變形，由于鋼筋應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與混凝土不同，所以在不同的加載階段鋼筋和混凝土的應(yīng)力比值在不斷地變化。荷載N 較小的階段，材料處于彈性階段scssscccEEssccEEN逐步增大，混凝土的塑性變形開始發(fā)展，其彈模降低。隨著柱子的變形增大，混凝土應(yīng)力增加得很慢。鋼筋應(yīng)力的增長(zhǎng)始終與變形成正比，混凝土與鋼筋兩者應(yīng)力之比不再符合彈模之比。而且徐變引起應(yīng)力的重分布。荷載N增大到柱子破壞荷載的90%左

9、右時(shí)，柱子橫向變形達(dá)到極限出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土保護(hù)層開始剝落。最后箍筋間的縱向鋼筋發(fā)生屈折向外彎凸，混凝土被壓碎，整個(gè)柱子也就破壞了。 思考題：受壓鋼筋來說，不宜采用高強(qiáng)鋼筋？根據(jù)軸向力的平衡，可得短柱破壞時(shí)scssPf Af AA柱截面混凝土面積；As縱向鋼筋截面面積。PcfcAs fy0087llbd或長(zhǎng)柱長(zhǎng)柱在壓力N不大的情況下，全截面受壓。隨著壓力的增大，不僅發(fā)生壓縮變形，同時(shí)長(zhǎng)柱中部的橫向撓度數(shù)值u較大，長(zhǎng)柱破壞前，u增長(zhǎng)較快，破壞突然，導(dǎo)致的是失穩(wěn)破壞。破壞時(shí)，凹側(cè)的混凝土首先被壓碎，混凝土表面有縱向裂縫，縱筋被壓彎向外鼓出，混凝土保護(hù)層脫落，凸側(cè)混凝土轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾?，出現(xiàn)橫向裂縫?？?/p>

10、結(jié)：短柱是受壓破壞，長(zhǎng)柱是失穩(wěn)破壞。而且截面尺寸相同、材料強(qiáng)度以及配筋完全相同的情況下，其承載力低于短柱，長(zhǎng)細(xì)比越大，承載力降低越明顯。其原因就是由于各種偶然因素引起的初始偏心距的存在而出現(xiàn)的附加彎矩，而附加彎矩對(duì)長(zhǎng)柱的影響較敏感，在附加偏心距的作用下產(chǎn)生側(cè)向撓度，而側(cè)向撓度有加大了偏心距。隨著荷載的增大，側(cè)向撓度和偏心距不斷增大，這樣互相影響的結(jié)果，使長(zhǎng)柱在軸力和彎矩共同作用下破壞。2.2 2.2 穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù) 以穩(wěn)定系數(shù) 代表長(zhǎng)柱承載力Pl和短柱Ps的承載力之比 lsPP50mm,且小于350mm，滿足規(guī)范要求。 封閉式箍筋選用8，滿足直徑大于d/4=22/4=5.5mm，且不小于1.

11、 1. 概述概述 2. 2. 普通箍筋柱普通箍筋柱 3. 3. 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱 4. 4. 小結(jié)小結(jié)目錄目錄7.3.1 7.3.1 構(gòu)造要求構(gòu)造要求 縱筋應(yīng)沿圓周均勻布置，截面積不小于Acor的0.5%。常用的配筋率在0.8%1.2%之間，構(gòu)件核心截面Acor不小于構(gòu)件整個(gè)截面A的2/32.縱向鋼筋應(yīng)伸入與受壓構(gòu)件連接的上下構(gòu)件內(nèi)，其長(zhǎng)度不應(yīng)小于受 壓構(gòu)件的直徑且不應(yīng)小于縱向受力鋼筋的錨固長(zhǎng)度3.螺旋箍筋的直徑不應(yīng)小于縱筋直徑1/4，且不小于8mm，一般采用8mm12mm。為保證螺旋箍筋的作用，間距S應(yīng)滿足cor1540mm80mmSdSNc素混凝土柱普通鋼筋混凝土柱螺旋箍筋鋼筋混凝土柱

12、荷載不大時(shí)螺旋箍柱和普通箍柱的性能幾乎相同保護(hù)層剝落使柱的承載力降低螺旋箍筋的約束使柱的承載力提高標(biāo)距NcNc螺旋箍筋軸壓柱正截面承載力3. 承載力計(jì)算dcorrfyAss1fyAss1約束混凝土的抗壓強(qiáng)度約束混凝土的抗壓強(qiáng)度rccc4 ff當(dāng)箍筋屈服時(shí)當(dāng)箍筋屈服時(shí) r達(dá)最大值達(dá)最大值corss0y2corcorss1ycorss1yr24422AAfsddAfsdAf 核心區(qū)混凝土的截面積間接鋼筋的換算面積七、配有螺旋筋柱的受力分析 3. 承載力計(jì)算dcorrfyAss1fyAss1ss0ysycorcsycorrcsycorcccu2)4(AfAfAfAfAfAfAfN 算得的承載力不宜大

13、于普通箍柱承載力的算得的承載力不宜大于普通箍柱承載力的1.5倍，以免保護(hù)倍，以免保護(hù)層過早脫落層過早脫落當(dāng)當(dāng)l0/dc12時(shí)，不考慮箍筋的有利作用時(shí)，不考慮箍筋的有利作用當(dāng)按上式算得的承載力小于普通箍柱承載力時(shí)，取后者當(dāng)按上式算得的承載力小于普通箍柱承載力時(shí)，取后者Ass0 小于小于As的的25%時(shí)，不考慮箍筋的有利作用時(shí)，不考慮箍筋的有利作用4040s s 8080和和d dcorcor/5/57.3.3 7.3.3 正截面承載力計(jì)算正截面承載力計(jì)算 fsd螺旋箍筋的抗拉強(qiáng)度；dcor截面核心混凝土的直徑=d-2c，c為縱筋至柱截面邊緣的徑向混凝土保護(hù)層厚度；Acor構(gòu)件的核心截面面積，Ac

14、or= ；As01單根箍筋的截面面積；S螺旋箍筋的間距；As0螺旋箍筋的換算截面面積，是按照體積相等的原則換算的縱向鋼筋的面積。cor24dcor010ssAdA S0cor00.9()ducdsdssdsNNf Akf Af Afsd縱向普通鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值A(chǔ)sd縱向鋼筋截面面積k稱為間接鋼筋影響系數(shù)，混凝土等級(jí)不超過C50時(shí)，k=2.0，C80時(shí)，k=1.7，其間按線形插值內(nèi)插得到。 對(duì)公式的應(yīng)用，公路橋規(guī)有如下規(guī)定 1在螺旋箍筋柱內(nèi)，保護(hù)層在柱破壞前早就剝落。為了保證在使用荷載下，保護(hù)層不致過早剝落，按照公式計(jì)算的承載力不應(yīng)比普通箍進(jìn)柱計(jì)算的普通箍筋柱承載力大于50%。（式7-7）2凡

15、屬于下列情況之一，不考慮螺旋箍筋的影響而按照普通箍筋柱計(jì)算承載力。a當(dāng)構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比，因?yàn)檫^大，柱子喪失穩(wěn)定而破壞，而使螺旋箍筋不能發(fā)揮作用。b當(dāng)按照公式計(jì)算所得的承載力大于普通箍筋柱計(jì)算結(jié)果時(shí)，因公式僅考慮了核心混凝土，當(dāng)外圍混凝土較厚時(shí)出現(xiàn)這種情況。c當(dāng)螺旋箍筋換算面積，螺旋箍筋配置過少，不能起顯著約束作用。d.當(dāng)間接鋼筋的間距大于80mm，或大于核心直徑的1/5時(shí)0048(12)llorrd00.25ssAA1. 配普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件的承載力為，其中是，它是用來考慮 對(duì)柱的承載力的影響。2. 對(duì)于普通箍筋柱，若提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)、增加縱筋數(shù)量都不足以承受軸心壓力時(shí)，可考慮采用 和 方法

16、來提高其承載力。3. 矩形截面柱的截面尺寸不宜小于 mm。4.公路橋規(guī)規(guī)定，受壓構(gòu)件的全部縱筋的配筋率不應(yīng)小于 ，且不宜超過 ；一側(cè)縱筋的配筋率不應(yīng)小于 。5.配螺旋箍筋的鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件的正截面受壓承載力為 ， 其中，k是 系數(shù)。 練習(xí)2. 配置螺旋箍筋的鋼筋混凝土柱的抗壓承載力，高于同等條件下不配置螺旋箍筋時(shí)的抗壓承載力是因?yàn)?。a、又多了一種鋼筋受壓 b、螺旋箍筋使混凝土更密實(shí)c、截面受壓面積增大 d、螺旋箍筋約束了混凝土的橫向變形3. 一圓形截面鋼筋混凝土螺旋箍筋柱，柱長(zhǎng)細(xì)比為13。按螺旋箍筋柱計(jì)算該柱的承載力為550kN，按普通箍筋柱計(jì)算，該柱的承載力為400kN。該柱的承載力應(yīng)視為 。a、400kN b、475kN c、500kN d、550kN 4. 一圓形截面鋼筋混凝土螺旋箍筋柱，柱長(zhǎng)細(xì)比為10。按螺旋箍筋柱計(jì)算該柱的承載力為500kN，按普通箍筋柱計(jì)算，該柱的承載力為480kN。該柱的承載力應(yīng)視為 。a、480kN b、490kN c、495kN d、500kN5.公路橋規(guī)規(guī)定：螺旋箍筋柱計(jì)算的承載力不得超過普通柱的1.5 倍，這是為 。a