軸心受壓構(gòu)件的正截面承載力.ppt

第六章 軸心受壓構(gòu)件的正截面承載力計(jì)算,1. 概述 2. 普通箍筋柱 3. 螺旋箍筋柱 4. 小結(jié),目錄,受壓構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中具有重要作用，一旦破壞將導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的損壞甚至倒塌。,1. 受壓構(gòu)件概述,軸心受壓承載力是正截面受壓承載力 的上限。 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。,N,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、桁架中的受壓腹桿等，主要承受軸向壓力，可近似按軸心受壓構(gòu)件計(jì)算,在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，理想的軸心受壓構(gòu)件是不存在的,縱筋的作用 （1）協(xié)助混凝土受壓，減小截面面積； （2）當(dāng)柱偏心受壓時，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。 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)力不斷增長。壓應(yīng)力的增長幅度隨配筋率的減小而增大，如果不給配筋率規(guī)定一個下限，鋼筋中的壓應(yīng)力就可能在持續(xù)使用荷載下增長到屈服應(yīng)力水準(zhǔn)。,箍筋的作用 （1）與縱筋形成骨架，便于施工； （2）防止縱筋的壓屈； （3）對核心混凝土形成約束，提高混 凝土的抗壓強(qiáng)度，增加構(gòu)件的延性。,1. 概述 2. 普通箍筋柱 3. 螺旋箍筋柱 4. 小結(jié),目錄,2.1 試驗(yàn)研究成果,按構(gòu)件的長細(xì)比 軸心受壓構(gòu)件分為短柱和長柱，它們受力后的側(cè)向變形和破壞形態(tài)不相同。,試驗(yàn)情況：試件的材料強(qiáng)度、截面尺寸和配筋均相同，只有柱的長度不同。記錄的數(shù)據(jù)軸心壓力N(通過油壓千斤頂施加)，在柱的長度一半處設(shè)置百分表，測量橫向撓度u。,補(bǔ)圖,短柱,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,N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%左右時，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,A柱截面混凝土面積； As縱向鋼筋截面面積。,長柱,長柱在壓力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，同時長柱中部的橫向撓度數(shù)值u較大，長柱破壞前，u增長較快，破壞突然，導(dǎo)致的是失穩(wěn)破壞。破壞時，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。,總結(jié)：短柱是受壓破壞，長柱是失穩(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，而附加彎矩對長柱的影響較敏感，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，使長柱在軸力和彎矩共同作用下破壞。,圖6.5為短柱和長柱試驗(yàn)的橫向撓度與軸向力之間的關(guān)系對比圖,2.2 穩(wěn)定系數(shù),以穩(wěn)定系數(shù) 代表長柱承載力Pl和短柱Ps的承載力之比,1，表示長柱承載力降低的程度。,材料失穩(wěn)時的臨界應(yīng)力計(jì)算公式,EI柱截面的抗彎剛度； l0柱的計(jì)算長度。,剛度折減系數(shù),鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù),查表求穩(wěn)定系數(shù)時，需知道構(gòu)件的計(jì)算長度。在實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)中，根據(jù)具體構(gòu)造要求選擇端部的約束條件，進(jìn)而取得符合實(shí)際的計(jì)算長度。,2.3 正截面承載力計(jì)算,軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算公式為,Nd軸向力組合設(shè)計(jì)值； 受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，按照附表取用； A構(gòu)件截面全面積； As 縱向鋼筋截面面積； fcd混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； fsd縱向普通鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,可靠度調(diào)整系數(shù),當(dāng) 時，上式的A應(yīng)取用混凝土的凈面積。,普通箍筋柱的正截面承載力設(shè)計(jì),截面設(shè)計(jì),截面復(fù)核,截面設(shè)計(jì),截面復(fù)核,2.4 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；長細(xì)比,混凝土,一般采用C25C40的混凝土。,縱向鋼筋,R235級、HRB335和HRB400級等熱軋鋼筋。不宜采用高強(qiáng)鋼筋,d12mm，根數(shù)不小于4根。對于垂直澆注的混凝土，鋼筋的凈距不小于50mm，不大于350mm，對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)層厚度詳見附表1-8。,縱筋的配筋率,縱向鋼筋,箍筋,R235級和HRB335級，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不宜過大,在縱筋搭接范圍內(nèi)或 箍筋應(yīng)加密,對于截面復(fù)雜的柱，不應(yīng)采用具有內(nèi)折角的箍筋，否則箍筋受力后有拉直的趨勢，易使折角處的混凝土崩潰。,例題6.1,1. 概述 2. 普通箍筋柱 3. 螺旋箍筋柱 4. 小結(jié),目錄,混凝土圓柱體三向受壓狀態(tài)的縱向抗壓強(qiáng)度,螺旋箍筋柱與普通箍筋柱力位移曲線的比較,3.1 試驗(yàn)研究成果,螺旋箍筋軸壓柱正截面承載力,3.2 正截面承載力計(jì)算,約束混凝土的抗壓強(qiáng)度,當(dāng)箍筋屈服時達(dá)最大值,核心區(qū)混凝土的截面積,間接鋼筋的換算面積,fs縱向普通鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 As縱向鋼筋截面面積,k稱為間接鋼筋影響系數(shù)，混凝土等級不超過C50時，k=2.0，C80時，k=1.7，其間按線形插值內(nèi)插得到。,對公式的應(yīng)用，公路橋規(guī)有如下規(guī)定,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%。 凡屬于下列情況之一，不考慮螺旋箍筋的影響而按照普通箍筋柱計(jì)算承載力。 當(dāng)構(gòu)件的長細(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。 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，因公式僅考慮了核心混凝土，當(dāng)外圍混凝土較厚時出現(xiàn)這種情況。 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。,3.3 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)件整個截面A的2/3。 . 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,1. 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 對柱的承載力的影響。 2. 對于普通箍筋柱，若提高混凝土強(qiáng)度等級、增加縱筋數(shù)量都不足以承受軸心壓力時，可考慮采用 和 方法來提高其承載力。 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),軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù),構(gòu)件長細(xì)比,250,配置螺旋箍筋,增大柱截面尺寸,0.5%,5%,0.2%,間接鋼筋的影響,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，柱長細(xì)比為=10。按螺旋箍筋柱計(jì)算該柱的承載力為480kN，按普通箍筋柱計(jì)算，該柱的承載力為500kN。該柱的承載力應(yīng)視為 。 a、480kN b、490kN c、495kN d、500kN 5.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、限制截面尺寸 b、不發(fā)生脆性破壞 c、在正常使用階段外層混凝土不致脫落 d、保證構(gòu)件的延性,d,a,d,c,2. 受壓構(gòu)件的長細(xì)比越大，穩(wěn)定系數(shù)值越高。 提示：長細(xì)比越大，穩(wěn)定系數(shù)越低。 3.