PPT《混凝土结构设计原理》

混凝土结构设计原理 Design Principle for Concrete Structure 引言双向偏心受压构件 单向偏心受压构件 受压构件类型 偏心受压构件 轴心受压构件

第六章 受压构件的截面承载力

第六章 受压构件的截面承载力 破坏形态 斜截面破坏 正截面破坏 由M与N引起的破坏 由M、N与V引起的破坏 受力类型 偏心受压构件 受弯构件 N=0, M≠0 N≠0, M=0 轴心受压构件 N≠0, M≠0 引言6受压构件截面承载力 主要内容 6.

1 受压构件一般构造6.2 轴心受压构件正截面受压承载力6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态6.4 偏心受压长柱的二阶弯矩6.5 矩形截面正截面受压承载力的一般计算公式6.6 不对称配筋矩形截面正截面承载力计算6.7 对称配筋矩形截面正截面承载力计算6.8 正截面承载力Nu-Mu相关曲线及其应用6.9 双向偏心受压构件正截面受压承载力计算6.10 偏心受压构件斜截面承载力计算 主要内容

6 受压构件截面承载力 6.1 受压构件一般构造 截面形式与尺寸 采用矩形截面,单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面. 圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱. 柱的截面尺寸不宜过小,一般应控制在l0/b≤30及l0/h≤25. 当柱截面的边长在800mm以下时,一般以50mm为模数,边长在800mm以上时,以100mm为模数. 材料的选择混凝土:受压构件的承载力主要取决于混凝土强度,一般应采用强度等级较高的混凝土.目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C25~C40,在高层建筑中,C50~C60级混凝土也经常使用.钢筋:纵筋通常采用HRB335级、 HRB400级和RRB400级钢筋,不宜过高.箍筋通常采用HRB335级和 HRB400级,也可采用RRB400级钢筋. 截面与材料 6.1 受压构件一般构造 纵向钢筋 为提高受压构件的延性,减少混凝土收缩和温度变化产生的拉应力,规定了受压钢筋的最小配筋率. 《规范》规定,轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.6%;

当混凝土强度等级大于C50时不应小于0.7%;

一侧受压钢筋的配筋率不应小于0.2%,受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件. 另一方面,考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量,全部纵筋配筋率不宜超过5%. 全部纵向钢筋的配筋率按r =(A'

s+As)/A计算,一侧受压钢筋的配筋率按r '

=A'

s/A计算,其中A为构件全截面面积. 纵筋6.1 受压构件一般构造 纵向钢筋 柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于12mm,且选配钢筋时宜根数少而粗,但对矩形截面根数不得少于4根,圆形截面根数不宜少于8根,且应沿周边均匀布置. 当柱为竖向浇筑混凝土时,纵筋的净距不应小于50mm . 对水平浇筑的预制柱,其纵向钢筋的最小净距应按梁的规定取值. 截面各边纵筋的中距不应大于300mm.当h≥600mm时,在柱侧面应设置直径10~16mm的纵向构造钢筋,并相应设置附加箍筋或拉筋. 纵筋6.1 受压构件一般构造 偏心受压柱的纵向构造钢筋与复合箍筋 纵筋6.1 受压构件一般构造 箍筋受压构件中箍筋应采用封闭式,其直径不应小于d/4,且不小于6mm,此处d为纵筋的最大直径. 箍筋间距对绑扎钢筋骨架,箍筋间距不应大于15d;

对焊接钢筋骨架不应大于20d(d为纵筋的最小直径)且不应大于400mm,也不应大于截面短边尺寸 当柱中全部纵筋的配筋率超过3%,箍筋直径不宜小于8mm,且箍筋末端应作成135°的弯钩,弯钩末端平直段长度不应小于10倍箍筋直径,或焊成封闭式;

箍筋间距不应大于10倍纵筋最小直径,也不应大于200mm. 当柱截面短边大于400mm,且各边纵筋配置根数超过3根时,或当柱截面短边不大于400mm,但各边纵筋配置根数超过4根时,应设置复合箍筋. 对截面形状复杂的柱,不得采用具有内折角的箍筋,以避免箍筋受拉时产生向外的拉力,使折角处混凝土破损. 箍筋6.1 受压构件一般构造 复杂截面的箍筋形式 箍筋6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 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. 普通箍筋柱:纵筋的作用?箍筋的作用? 螺旋箍筋柱:箍筋的形状为圆形,且间距较密,其作用? 概述概述6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 概述纵筋的作用: 协助混凝土受压受压钢筋最小配筋率:0.6% (单侧0.2%) 承担弯矩作用 减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响.试验表明,收缩和徐变能把柱截面中的压力由混凝土向钢筋转移,从而使钢筋压应力不断增长.压应力的增长幅度随配筋率的减小而增大.如果不给配筋率规定一个下限,钢筋中的压应力就可能在持续使用荷载下增长到屈服应力水准. 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 概述箍筋的作用:与纵筋形成骨架,便于施工;

防止纵筋的压屈;

对核心混凝土形成约束,提高混凝土的抗压强度,增加构件的延性. 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 普通箍筋柱

一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算 1. 破坏形态及受力分析 截面应变大体上均匀分布,随着外荷增大,纵筋先达到屈服,随着荷载增加,最后混凝土达到最大应力值. 为什么? 短柱 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 普通箍筋柱

一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算 1. 破坏形态及受力分析 截面应变大体上均匀分布,随着外荷增大,纵筋先达到屈服,随着荷载增加,最后混凝土达到最大应力值. 设计时,偏安全取εc=0.002,混凝土达到fc ,此时钢筋的应力为: 短柱 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 普通箍筋柱

一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算 1. 破坏形态及受力分析 长柱 在轴力和弯矩的共同作用下发生破坏,首先在构件凹侧出现纵向裂缝,随后混凝土被压碎,纵筋被压曲外凸,凸侧混凝土出现横向裂缝,侧向挠度急剧增大,柱子被破坏. 初始偏心距+由初始偏心距引起的附加弯矩 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 2. 承载力计算 轴心受压短柱 轴心受压长柱 稳定系数 稳定系数j 主要与柱的长细比l0/i有关 普通箍筋柱6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 3. 公式的应用 普通箍筋柱截面设计问题 (1)根据构造要求及经验,确定定截面尺寸(b,h) 求: 步骤: 已知: (2)计算 l0,确定 (4)选配筋并绘制配筋图. (3)计算As′ 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 3. 公式的应用 普通箍筋柱截面校核问题 求: 步骤: 已知: (2)计算Nu 则则若若(1)确定 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度

二、轴心受压螺旋式箍筋柱的正截面受压承载力计算 螺旋箍筋柱6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱与普通箍筋柱力-位移曲线的比较 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 螺旋箍筋柱6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 达到极限状态时(保护层已剥落,只考虑核心混凝土) 螺旋箍筋柱6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 螺旋箍筋柱6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 达到极限状态时(保护层已剥落,只考虑核心混凝土) 螺旋箍筋对承载力的影响系数a,当fcu,k≤50N/mm2时,取a = 1.0;

当fcu,k=80N/mm2时,取a =0.85,其间直线插值. 螺旋箍筋柱6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 螺旋箍筋柱采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力.但配置过多,极限承载力提高过大,则会在远未达到极限承载力之前保护层剥落,从而影响正常使用. 《规范》规定: 按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的50%;

对长细比过大柱,由于纵向弯曲变形较大,截面不是全部受压,螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥.因此,对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用;

螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距S有关,为保证约束效果,螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋A'

s面积的25%;

螺旋箍筋的间距S不应大于dcor/5,且不大于80mm,同时为方便施工,S也不应小于40mm. 螺旋箍筋柱限制条件 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 思路: 螺旋箍筋柱一个公式,需配置两种钢筋,其Ass1=? As′=? 假定受压筋As′ 由公式计算出Asso 假定箍筋直径d,去求出S或假定S求箍筋直径d 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力 公式应用 6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态

一、受拉破坏形态 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 M较大,N较小 偏心距e0较大 As配筋合适 受拉破坏6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态 截面受拉侧混凝土较早出现裂缝,As的应力随荷载增加发展较快,首先达到屈服强度. 此后,裂缝迅速开展,受压区高度减小. 最后受压侧钢筋A'

s 受压屈服,压区混凝土压碎而达到破坏. 这种破坏具有明显预兆,变形能力较大,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. 形成这种破坏的条件是:偏心距e0较大,且受拉侧纵向钢筋配筋率合适,通常称为大偏心受压.

一、受拉破坏形态 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 受拉破坏6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态 受拉破坏时的截面应力和受拉破坏形态(a)截面应力 (b)受拉破坏形态 受拉破坏6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态 产生受压破坏的条件有两种情况: ⑴当相对偏心距e0/h0较小,截面全部受压或大部分受压 ⑵或虽然相对偏心距e0/h0较大,但受拉侧纵向钢筋配置较多时 相对偏心距e0/h0 较小 As太多

二、受压破坏形态 受压破坏6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态 产生受压破坏的条件有两种情况: ⑴当相对偏心距e0/h0较小,截面全部受压或大部分受压 ⑵或虽然相对偏心距e0/h0较大,但受拉侧纵向钢筋配置较多时 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. 当相对偏心距e0/h0很小时, 受拉侧 还可能出现 反向破坏 情况. 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. 第二种情况在设计应予避免,因此受压破坏一般为偏心距较小的情况,故常称为小偏心受压.

二、受压破坏形态 受压破坏6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态 受压破坏时的截面应力和受压破坏形态(a)(b)截面应力 (c)受压破坏形态 受压破坏6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态 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. 因此,界限破坏时相对界限受压区高度仍为: 当时,为大偏心受压;

当时,为小偏心受压. 界限破坏6.4 偏心受压长柱的二阶弯矩 由于施工误差、荷载作用位置的不确定性及材料的不均匀等原因,实际工程中不存在理想的轴心受压构件.为考虑这些因素的不利影响,引入附加偏心距ea,即在正截面受压承载力计算中,偏心距取计算偏心距e0=M/N与附加偏心距ea之和,称为初始偏心距ei 参考以往工程经验和国外规范,附加偏心距ea取20mm与h/30 两者中的较大值,此处h是指偏心方向的截面尺寸.

一、附加偏心距 附加偏心矩 6.4 偏心受压长柱的二阶弯矩

二、二阶弯矩对偏心受压柱的影响 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. 图示典型偏心受压柱,跨中侧向挠度为 f . 对跨中截面,轴力N的偏心距为ei + f ,即跨中截面的弯矩为 M =N ( ei + f ). 在截面和初始偏心距相同的情况下,柱的长细比l0/................