偏心受力構(gòu)件正截面的性能與計算

偏心受力構(gòu)件正截面的性能與計算第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日當(dāng)構(gòu)件截面上承受一偏心距為的偏心力或時，該構(gòu)件即為偏心受力構(gòu)件。1工程應(yīng)用實例及構(gòu)件的配筋形式第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日若構(gòu)件的截面上同時承受軸向力（或）和彎矩，可將其看成是偏心距為（或）、偏心力為（或）的偏心受力構(gòu)件。1工程應(yīng)用實例及構(gòu)件的配筋形式壓彎構(gòu)件或拉彎構(gòu)件第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日偏心受壓構(gòu)件是最常見的結(jié)構(gòu)構(gòu)件之一。例如，單層工業(yè)廠房的排架柱、混凝土框架結(jié)構(gòu)中的框架柱、拱形屋架的上弦桿、高層剪力墻結(jié)構(gòu)中的墻肢，橋梁結(jié)構(gòu)中的拱橋主拱、橋墩等，均屬于偏心受壓構(gòu)件。1工程應(yīng)用實例及構(gòu)件的配筋形式第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日如果桁架或屋架的下弦節(jié)點有懸掛荷載，下弦桿除受軸向拉力外還承受彎矩的作用，是偏心受拉構(gòu)件。此外，如水池的池壁、工業(yè)筒倉的倉壁，在水平向均屬偏心受拉構(gòu)件。

1工程應(yīng)用實例及構(gòu)件的配筋形式第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日偏心受力構(gòu)件的截面一般采用矩形形式。也可根據(jù)需要作成I形、T形、L形或十字形。矩形截面柱構(gòu)造簡單，但其材料的利用率不如I形及T形柱。I形及T形偏心受壓構(gòu)件，如果翼緣厚度太小，會使受拉翼緣過早出現(xiàn)裂縫，影響構(gòu)件的承載力和耐久性。再考慮到翼緣及腹板的穩(wěn)定，一般翼緣的厚度不宜小于120mm，腹板厚度不宜小于100mm，對于

地震區(qū)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，腹板的厚度還宜再加夫些。

1工程應(yīng)用實例及構(gòu)件的配筋形式第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日偏心受力構(gòu)件配有縱向受力鋼筋和環(huán)狀的橫向箍筋。1工程應(yīng)用實例及構(gòu)件的配筋形式第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日縱向鋼筋布置在彎矩作用方向。箍筋的布置方式根據(jù)截面的形狀和縱筋的位置及根數(shù)來確定。配置縱向鋼筋的一側(cè)，構(gòu)件截面尺寸大于400mm，且縱向受力鋼筋多于3根時，或截面尺寸未超過400mm，但縱向受力鋼筋多于4根時，還應(yīng)增加附加鋼筋。1工程應(yīng)用實例及構(gòu)件的配筋形式第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日偏心受力構(gòu)件中的箍筋除了起到和軸心受力構(gòu)件中的箍筋相同的作用外，對于承受較大橫向剪力的構(gòu)件，箍筋還可以幫助混凝土抗剪。偏心受力構(gòu)件中對鋼筋直徑、間距、混凝土保護層厚度等的基本要求和軸心受壓構(gòu)件相同。1工程應(yīng)用實例及構(gòu)件的配筋形式第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日偏心受壓短柱的破壞形態(tài)試驗表明，鋼筋混凝土偏心受壓短柱的破壞形態(tài)有受拉破壞和受壓破壞兩種破壞形態(tài)。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日1.受拉破壞形態(tài)受拉破壞形態(tài)又稱大偏心受壓破壞，它發(fā)生于軸向壓力的相對偏心較大，且受拉鋼筋配置得不太多時。受拉破壞形態(tài)的特點是受拉鋼筋先達到屈服強度，最總導(dǎo)致受壓區(qū)邊緣混凝土壓碎截面破壞。這種破壞形態(tài)與適筋梁的破壞形態(tài)相似。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日在荷載作用下，在靠近軸向壓力的一側(cè)受壓，另一側(cè)受拉。隨著荷載的增加，首先在受拉區(qū)產(chǎn)生橫向裂縫；荷載再增加，拉區(qū)的裂縫不斷地開展，在破壞前主裂縫逐漸明顯，受拉鋼筋的應(yīng)力達到屈服，進入流幅階段，受拉變形的發(fā)展大于受壓變形，中和軸上升，使混凝土壓區(qū)高度迅速減小，最后壓區(qū)邊緣混凝土達到其極限壓應(yīng)變值，出現(xiàn)縱向裂縫而混凝土被壓碎，構(gòu)件即告破壞，這種破壞屬于延性破壞的類型；破壞時壓區(qū)的縱筋也能到達受壓屈服強度。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)受拉破壞時的截面應(yīng)力和受拉破壞形態(tài)第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.受壓破壞形態(tài)受壓破壞形態(tài)又稱小偏心受壓破壞，截面破壞是從受壓區(qū)開始的。受壓破壞形態(tài)的特點是受壓區(qū)邊緣混凝土先被壓碎，受壓鋼筋應(yīng)力達到抗壓屈服強度，遠側(cè)鋼筋可能受拉也可能受壓，但基本上都不屈服，屬于脆性破壞類型，破壞無明顯預(yù)兆，壓碎區(qū)段較長，混凝土強度越高，破壞越帶突然性。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日受壓破壞發(fā)生于以下兩種情況：（1）當(dāng)軸向力的相對偏心距較小時，構(gòu)件截面全部受壓或大部分受壓；（2）當(dāng)軸向力的相對偏心距雖然較大，但卻配置了特別多的受拉鋼筋，致使受拉鋼筋始終不屈服。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)受壓破壞時的截面應(yīng)力和受壓破壞形態(tài)第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日“受拉破壞形態(tài)”與“受壓破壞形態(tài)”都屬于材料發(fā)生了破壞，它們的相同之處是截面的最終破壞都是受壓區(qū)邊緣混凝土達到其極限壓應(yīng)變值而被壓碎；不同之處在于截面破壞的起因，受拉破壞的起因是受拉鋼筋的屈服，受壓破壞的起因是受壓區(qū)邊緣混凝土被壓碎。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日在“受拉破壞形態(tài)”與“受壓破壞形態(tài)”之間存在著一種界限破壞形態(tài)，稱為“界限破壞”。它不僅有橫向主裂縫，而且比較明顯。其主要特征是：在受拉鋼筋應(yīng)力達到屈服強度的同時，受壓區(qū)混凝土被壓碎。界限破壞形態(tài)也屬于受拉破壞形態(tài)。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日偏心受壓長柱的破壞類型試驗表明，鋼筋混凝土柱在承受偏心受壓荷載后，會產(chǎn)生縱向彎曲。但長細比小的柱子，即所謂“短柱”，由于縱向彎曲小，在設(shè)計時一般可以忽略不計。對于長細比較大的柱則不同，它會產(chǎn)生比較大的縱向彎曲，設(shè)計時必須予以考慮。偏心受壓長柱在縱向彎曲影響下，可能發(fā)生失穩(wěn)破壞和材料破壞兩種破壞類型。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日長細比很大時，構(gòu)件的破壞不是由材料引起的，而是由于構(gòu)件縱向彎曲失去平衡引起的，稱為“失穩(wěn)破壞”。當(dāng)柱長細比在一定范圍內(nèi)時，雖然在承受偏心受壓荷載后，偏心距增大，使柱的承載能力比同樣截面的短柱減小，但就其破壞特征來講與短柱一樣都屬于“材料破壞”，即因截面材料強度耗盡而產(chǎn)生破壞。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)不同長細比柱從加荷到破壞的N-M關(guān)系第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日在圖中能看出，這三根柱的軸向力偏心距值雖然相同，但其承受縱向力值的能力是不同的。這表明構(gòu)件長細比的加大會降低構(gòu)件的正截面受壓承載力。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是：長細比較大時，偏心受壓構(gòu)件的縱向彎曲引起了不可忽略的附加彎矩或稱二階彎矩。2偏心受壓構(gòu)件正截面受壓破壞形態(tài)第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日軸向壓力對偏心受壓構(gòu)件的側(cè)移和撓曲產(chǎn)生附加彎矩和附加曲率的荷載效應(yīng)稱為偏心受壓構(gòu)件的二階荷載效應(yīng)，簡稱二階效應(yīng)。由側(cè)移產(chǎn)生的二階效應(yīng)，稱效應(yīng)。由撓曲產(chǎn)生的二階效應(yīng)，稱效應(yīng)。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日桿端彎矩同號時的二階效應(yīng)（1）控制截面的轉(zhuǎn)移不論大偏心受壓，還是小偏心受壓，彎矩對配筋總是不利的；當(dāng)軸力相差不多時，彎矩大的不利；故，在偏心受壓構(gòu)件中，當(dāng)軸向力相差不多時，彎矩大的截面就是控制整個構(gòu)件配筋的控制截面。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日偏心受壓構(gòu)件在桿端同號彎矩（

）和軸向力的共同作用下，將產(chǎn)生單曲率彎曲。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)桿端彎矩同號時的二階效應(yīng)第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日不考慮二階效應(yīng)時，桿件的彎矩圖，即一階彎矩圖示于圖（b），桿端B截面的彎矩M2最大，因此整個桿件的截面承載力計算是以它為控制截面來進行的。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日考慮二階效應(yīng)后，軸向壓力P對桿件中部任一截面產(chǎn)生附加彎矩，與一階彎矩M0疊加后，得合成彎矩：3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)任一截面的撓度值第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日圖（c）為附加彎矩圖，圖（d）為合成彎矩圖。可見，在桿件中部總有一個截面，它的彎矩M是最大的。如果附加彎矩比較大，且M1接近M2的話，就有可能發(fā)生的情況。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日這時，偏心受壓構(gòu)件的控制截面就由原來的桿端截面轉(zhuǎn)移到桿件長度中部彎矩最大的那個截面。例如，當(dāng)時，這個控制截面就在桿件長度的中點。可見，當(dāng)控制截面轉(zhuǎn)移到桿件長度中部時，就要考慮二階效應(yīng)。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日（2）考慮二階效應(yīng)的條件桿端彎矩同號時，發(fā)生控制截面轉(zhuǎn)移的情況是不普遍的，為了減少計算工作量，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)只要滿足下述三個條件中的一個條件時，就要考慮二階效應(yīng)：3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日M1、M2分別為已考慮側(cè)移影響的偏心受壓構(gòu)件兩端截面按結(jié)構(gòu)彈性分析確定的同一主軸的組合彎矩設(shè)計值，絕對值較大的為M2，絕對值較小端為M1，當(dāng)構(gòu)件按單曲率彎曲時，M1/M2取整值；構(gòu)件的計算長度，可近似取偏心受壓構(gòu)件相應(yīng)主軸方向上下支承點之間的距離；偏心方向的截面回轉(zhuǎn)半徑，對于矩形截面bh，A偏心受壓構(gòu)件的截面面積。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日（3）考慮二階效應(yīng)后控制截面的彎矩設(shè)計值《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，除排架結(jié)構(gòu)柱外，其他偏心受壓構(gòu)件考慮軸向壓力在撓曲桿件中產(chǎn)生的二階效應(yīng)后控制截面的彎矩設(shè)計值，應(yīng)按下列公式計算：3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日當(dāng)小于1.0時取1.0；對剪力墻及核心筒墻肢，因其效應(yīng)不明顯，可取等于1.0。構(gòu)件端截面偏心距調(diào)節(jié)系數(shù)，當(dāng)小于0.7時取0.7；彎矩增大系數(shù)，，；附加偏心距；截面曲率修正系數(shù)，當(dāng)計算值大于1.0時取1.0。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日截面高度；對環(huán)形截面，取外直徑；對圓形截面，取直徑；截面有效高度；對環(huán)形截面，??；對圓形截面，取，此處，是環(huán)形截面的外半徑，是縱向鋼筋所在圓周的半徑，是圓形截面的半徑；A構(gòu)件截面面積。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日桿端彎矩異號時的二階效應(yīng)這時桿件按雙曲率彎曲，桿件長度中都有反彎點，最典型的是框架柱。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)桿端彎矩異號時的二階效應(yīng)第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日雖然軸向壓力對桿件長度中部的截面將產(chǎn)生附加彎矩，增大其彎矩值，但彎矩增大后還是比不過端節(jié)點截面的彎矩值，即不會發(fā)生控制截面轉(zhuǎn)移的情況，故不必考慮二階效應(yīng)。3偏心受壓構(gòu)件的二階效應(yīng)第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日第5章講的正截面承載力計算的基本假定同樣適用于偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的計算。與受彎構(gòu)件相似，當(dāng)受壓區(qū)高度達到界限受壓區(qū)高度時，受拉鋼筋達到屈服。因此，相應(yīng)于界限破壞形態(tài)的相對受壓區(qū)高度仍可用查表的方式確定。4矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的基本計算公式第三十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日區(qū)分大、小偏心受壓破壞形態(tài)的界限當(dāng)時，屬于大偏心受壓破壞形態(tài)；當(dāng)時，屬于小偏小受壓破壞形態(tài)。4矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的基本計算公式第三十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日矩形截面大偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的基本計算公式由力的平衡條件及各力對受拉鋼筋合力點取矩的力矩平衡條件，可以得到：4矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的基本計算公式第三十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日4矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面受壓承載力的基本計算公式式中：受壓承載力設(shè)計