西南科技大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)(6)剖析講課教案

1、西南科技大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)(6)剖析5.1 概述受壓構(gòu)件分為軸心受壓構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件。軸心受壓構(gòu)件：軸向力作用在構(gòu)件截面的形心上。偏心受壓構(gòu)件：軸向力不作用在構(gòu)件截面的形心上（有彎矩和軸力共同作用的構(gòu)件）。NNN(a)軸心受壓 (b)單向偏心受壓M 實(shí)際工程中真正的軸心受壓構(gòu)件是沒有的。由實(shí)際工程中真正的軸心受壓構(gòu)件是沒有的。由于施工的偏差及混凝土的不均勻性和鋼筋的不對(duì)稱于施工的偏差及混凝土的不均勻性和鋼筋的不對(duì)稱性性,都將使構(gòu)件產(chǎn)生初始偏心距都將使構(gòu)件產(chǎn)生初始偏心距,所以即時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)理所以即時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)理論計(jì)算是軸心受壓構(gòu)件論計(jì)算是軸心受壓構(gòu)件, 也不一定為軸心受壓構(gòu)件也不一定為軸心受壓構(gòu)件,但對(duì)于一

2、些偏心距較小的構(gòu)件但對(duì)于一些偏心距較小的構(gòu)件,可按軸心受壓構(gòu)件計(jì)可按軸心受壓構(gòu)件計(jì)算。算。 受壓構(gòu)件在實(shí)際工程中應(yīng)用比較廣泛受壓構(gòu)件在實(shí)際工程中應(yīng)用比較廣泛,下面看幾張下面看幾張圖片實(shí)例。圖片實(shí)例。說明說明New Antioch Bridge. This high-level bridge completed in 1979 replaced an older truss-type lift bridge crossing the main shipping channel. The bridge consists of continuous spans of variable depth i

3、n Cor-Ten steel. Maximum span is 460 ft, and maximum height of roadway above water level is 135 ft. (California)Elevated highway. Taken during construction. Designed as concrete box girders, these bridges were cast in place and post-tensioned. (Vienna, Austria)Highway interchange structure. Spans ar

4、e all multi-cell reinforced concrete box girders. Being stiff in torsion, these sections can be supported on a single line of columns, as well as on double columns or bents. (Oakland, California)Elevated highway, San Pablo Bay, California. The 2-story concrete frames supporting the roadway are loade

5、d on the top beam by highway loading, and transversely by inertia forces due to earthquake. (San Francisco Bay Area)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理6.受壓構(gòu)件受壓構(gòu)件工業(yè)和民用建筑中的單層廠房和多層框架柱偏心受壓構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件拱和屋架上弦桿，以及水塔、煙囪的筒壁等屬于偏心受壓構(gòu)件偏心受壓構(gòu)件受壓構(gòu)件的配筋構(gòu)造要求 5.2.1 截面形狀和尺寸截面形狀和尺寸采用矩形截面，單層工業(yè)廠房的預(yù)制柱常采采用矩形截面，單層工業(yè)廠房的預(yù)制柱常采用工字形截面。用工字形截面。 橋墩、樁和公共

6、建筑中的柱主要采用圓形截面。橋墩、樁和公共建筑中的柱主要采用圓形截面。 柱的截面尺寸不宜過小，不宜小于柱的截面尺寸不宜過小，不宜小于250*250。一般。一般應(yīng)控制在應(yīng)控制在l0/b30及及l(fā)0/h25。 當(dāng)柱截面的邊長在當(dāng)柱截面的邊長在800mm以下時(shí)，一般以以下時(shí)，一般以50mm為模數(shù)，邊長在為模數(shù)，邊長在800mm以上時(shí)，以以上時(shí)，以100mm為模數(shù)。為模數(shù)。 I形截面，翼緣厚度不宜小于形截面，翼緣厚度不宜小于120mm ，腹板厚度，腹板厚度不宜小于不宜小于100mm。5.2 受壓構(gòu)件構(gòu)造要求5.2.2 材料強(qiáng)度材料強(qiáng)度 混凝土混凝土：受壓構(gòu)件的承載力主要取決于混凝土受壓構(gòu)件的承載力主要

7、取決于混凝土強(qiáng)度，一般應(yīng)采用強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土。目強(qiáng)度，一般應(yīng)采用強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土。目前我國一般結(jié)構(gòu)中柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)常用前我國一般結(jié)構(gòu)中柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)常用C30C40，在高層建筑中，在高層建筑中，C50C60級(jí)混凝級(jí)混凝土也經(jīng)常使用。土也經(jīng)常使用。鋼筋鋼筋：縱向受力鋼筋通常采用縱向受力鋼筋通常采用HRB400、 RRB400和和HRB500級(jí)鋼筋。級(jí)鋼筋。 箍筋通常采用箍筋通常采用HRB335、 HRB400和和HPB300級(jí)鋼筋。級(jí)鋼筋。受壓構(gòu)件的配筋構(gòu)造要求縱向鋼筋配筋率過小時(shí)，縱筋對(duì)柱的承載力影響很小，接近縱向鋼筋配筋率過小時(shí)，縱筋對(duì)柱的承載力影響很小，接近于素混凝土柱，縱

8、筋不能起到防止混凝土受壓脆性破壞的緩沖于素混凝土柱，縱筋不能起到防止混凝土受壓脆性破壞的緩沖作用。同時(shí)考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)中存在偶然附加彎矩的作用（垂直作用。同時(shí)考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)中存在偶然附加彎矩的作用（垂直于彎矩作用平面），以及收縮和溫度變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力，對(duì)受于彎矩作用平面），以及收縮和溫度變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力，對(duì)受壓構(gòu)件的最小配筋率應(yīng)有所限制。壓構(gòu)件的最小配筋率應(yīng)有所限制。 規(guī)范規(guī)范規(guī)定，軸心受壓構(gòu)件、偏心受壓構(gòu)件全部縱向鋼筋規(guī)定，軸心受壓構(gòu)件、偏心受壓構(gòu)件全部縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)小于的配筋率不應(yīng)小于附表附表4-5規(guī)定；規(guī)定；同時(shí)一側(cè)受壓鋼筋的配筋率同時(shí)一側(cè)受壓鋼筋的配筋率不應(yīng)小于不應(yīng)小于0.2%，受

9、拉鋼筋最小配筋率的要求同受彎構(gòu)件。受拉鋼筋最小配筋率的要求同受彎構(gòu)件。另一方面，考慮到施工布筋不致過多影響混凝土的澆筑質(zhì)量，另一方面，考慮到施工布筋不致過多影響混凝土的澆筑質(zhì)量，全部縱筋配筋率不宜超過全部縱筋配筋率不宜超過5%。全部縱向鋼筋的配筋率按全部縱向鋼筋的配筋率按r r =(As+As)/A計(jì)算，一側(cè)受壓鋼筋的配筋率按計(jì)算，一側(cè)受壓鋼筋的配筋率按r r =As/A計(jì)算，其計(jì)算，其中中A為構(gòu)件全截面面積。為構(gòu)件全截面面積。5.2.3 縱向鋼筋縱向鋼筋受壓構(gòu)件的配筋構(gòu)造要求 柱中縱向受力鋼筋的的直徑柱中縱向受力鋼筋的的直徑d不宜小于不宜小于12mm，且選配鋼筋時(shí)，且選配鋼筋時(shí)宜根數(shù)少而粗，

10、但對(duì)矩形截面根數(shù)不得少于宜根數(shù)少而粗，但對(duì)矩形截面根數(shù)不得少于4根，圓形截面根數(shù)根，圓形截面根數(shù)不宜少于不宜少于8根，不應(yīng)少于根，不應(yīng)少于6根，且應(yīng)沿周邊均勻布置。根，且應(yīng)沿周邊均勻布置?？v向鋼筋的保護(hù)層厚度要求見表，且不小于鋼筋直徑縱向鋼筋的保護(hù)層厚度要求見表，且不小于鋼筋直徑d。當(dāng)柱為豎向澆筑混凝土?xí)r，縱筋的凈距不小于當(dāng)柱為豎向澆筑混凝土?xí)r，縱筋的凈距不小于50mm；對(duì)水平澆筑的預(yù)制柱，其縱向鋼筋的最小應(yīng)按梁的規(guī)定取值。對(duì)水平澆筑的預(yù)制柱，其縱向鋼筋的最小應(yīng)按梁的規(guī)定取值。截面各邊縱筋的中距不應(yīng)大于截面各邊縱筋的中距不應(yīng)大于300mm。當(dāng)。當(dāng)h600mm時(shí)，在柱時(shí)，在柱側(cè)面應(yīng)設(shè)置直徑側(cè)面應(yīng)

11、設(shè)置直徑1016mm的縱向構(gòu)造鋼筋，并相應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍的縱向構(gòu)造鋼筋，并相應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋或拉筋。筋或拉筋。受壓構(gòu)件的配筋構(gòu)造要求350350350400b400b400b600h1000600 h1000600 h15001000 h箍筋復(fù)合箍筋復(fù)合箍筋拉筋受壓構(gòu)件的配筋構(gòu)造要求5.2.4箍箍 筋筋受壓構(gòu)件中箍筋應(yīng)采用封閉式，其直徑不應(yīng)小于受壓構(gòu)件中箍筋應(yīng)采用封閉式，其直徑不應(yīng)小于d/4，且不，且不小于小于6mm，此處，此處d為縱筋的最大直徑。為縱筋的最大直徑。箍筋間距不應(yīng)大于箍筋間距不應(yīng)大于400mm，也不應(yīng)大于截面短邊尺寸；對(duì)綁，也不應(yīng)大于截面短邊尺寸；對(duì)綁扎鋼筋骨架，箍筋間距不應(yīng)大于扎鋼筋

12、骨架，箍筋間距不應(yīng)大于15d；對(duì)焊接鋼筋骨架不應(yīng)大；對(duì)焊接鋼筋骨架不應(yīng)大于于20d，此處，此處d為縱筋的最小直徑。為縱筋的最小直徑。當(dāng)柱中全部縱筋的配筋率超過當(dāng)柱中全部縱筋的配筋率超過3%，箍筋直徑不宜小于，箍筋直徑不宜小于8mm，且箍筋末端應(yīng)應(yīng)作成且箍筋末端應(yīng)應(yīng)作成135的彎鉤，彎鉤末端平直段長度不應(yīng)的彎鉤，彎鉤末端平直段長度不應(yīng)小于小于10箍筋直徑，或焊成封閉式；此時(shí)，箍筋間距不應(yīng)大于箍筋直徑，或焊成封閉式；此時(shí)，箍筋間距不應(yīng)大于10縱筋最小直徑，也不應(yīng)大于縱筋最小直徑，也不應(yīng)大于200mm。當(dāng)柱截面短邊大于當(dāng)柱截面短邊大于400mm，且各邊縱筋配置根數(shù)超過多于，且各邊縱筋配置根數(shù)超過多于

13、3根時(shí)，或當(dāng)柱截面短邊未大于根時(shí)，或當(dāng)柱截面短邊未大于400mm，但各邊縱筋配置根數(shù)超，但各邊縱筋配置根數(shù)超過多于過多于4根時(shí)，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋。根時(shí)，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋。對(duì)截面形狀復(fù)雜的柱，不得采用具有內(nèi)折角的箍筋，以避免對(duì)截面形狀復(fù)雜的柱，不得采用具有內(nèi)折角的箍筋，以避免箍筋受拉時(shí)使折角處混凝土破損。箍筋受拉時(shí)使折角處混凝土破損。第六章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算第六章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算內(nèi)折角不應(yīng)采用內(nèi)折角不應(yīng)采用復(fù)雜截面的箍筋形式5.3 軸心受壓構(gòu)件的截面承載力計(jì)算 Behavior of Axial Compressive Member一、配有縱筋和普通箍筋柱的承載力計(jì)算一、配有縱筋和普通箍筋柱的

14、承載力計(jì)算 二、配有縱筋和螺旋式二、配有縱筋和螺旋式(或焊接環(huán)式或焊接環(huán)式)箍筋柱箍筋柱的承載力計(jì)算（螺旋箍筋柱）的承載力計(jì)算（螺旋箍筋柱）第六章 受壓構(gòu)件承載力計(jì)算5.3.1 軸心受壓普通箍筋柱的正截面承載力計(jì)算軸心受壓普通箍筋柱的正截面承載力計(jì)算 縱筋作用縱筋作用：縱筋幫助混凝土：縱筋幫助混凝土承受壓力，以減小構(gòu)件的截承受壓力，以減小構(gòu)件的截面尺寸；防止構(gòu)件突然脆裂面尺寸；防止構(gòu)件突然脆裂破壞及增強(qiáng)構(gòu)件的延性；以破壞及增強(qiáng)構(gòu)件的延性；以及減小混凝土的徐變變形。及減小混凝土的徐變變形。箍筋作用：箍筋作用：箍筋能與縱筋形箍筋能與縱筋形成骨架；防止縱筋受力后外成骨架；防止縱筋受力后外凸；提高混凝

15、土的強(qiáng)度凸；提高混凝土的強(qiáng)度。1受力分析和破壞特征受力分析和破壞特征 矩形截面軸心受壓矩形截面軸心受壓短柱短柱 在軸心荷載作用下整個(gè)截面的應(yīng)變基本在軸心荷載作用下整個(gè)截面的應(yīng)變基本上是均勻分布的。上是均勻分布的。當(dāng)外力較小時(shí)壓縮變形的增加與外力的當(dāng)外力較小時(shí)壓縮變形的增加與外力的增長成正比，但外力稍大后，變形增加增長成正比，但外力稍大后，變形增加的速度快于外力增長的速度，配置縱筋的速度快于外力增長的速度，配置縱筋數(shù)量越少，這個(gè)現(xiàn)象越為明顯數(shù)量越少，這個(gè)現(xiàn)象越為明顯。隨著外力的繼續(xù)增加，柱中開始出現(xiàn)隨著外力的繼續(xù)增加，柱中開始出現(xiàn)微細(xì)裂縫，在臨近破壞荷載時(shí)，柱四微細(xì)裂縫，在臨近破壞荷載時(shí)，柱四周

16、出現(xiàn)明顯的縱向裂縫，箍筋間的縱周出現(xiàn)明顯的縱向裂縫，箍筋間的縱筋發(fā)生壓屈，向外凸出，混凝土被壓筋發(fā)生壓屈，向外凸出，混凝土被壓碎而整個(gè)柱破壞碎而整個(gè)柱破壞N初始受力試驗(yàn)表明，在整個(gè)加載過程中，由于鋼筋和混凝土之間存在試驗(yàn)表明，在整個(gè)加載過程中，由于鋼筋和混凝土之間存在著粘結(jié)力，兩者壓應(yīng)變基本一致著粘結(jié)力，兩者壓應(yīng)變基本一致 鋼筋與混凝土的應(yīng)力鋼筋與混凝土的應(yīng)力變形條件：es =ec =e物理關(guān)系物理關(guān)系：平衡條件：ssccAANyyssyyssfEfEeeeee fy ey1Esuccffeeeeeeeee00200 0 2鋼筋：鋼筋：混凝土：混凝土：根據(jù)變形條件：根據(jù)變形條件：e es =e

17、 ec =e e，確定鋼筋及混凝土的確定鋼筋及混凝土的 應(yīng)力及其關(guān)系應(yīng)力及其關(guān)系建立混凝土與鋼筋間的應(yīng)力關(guān)系cccEecelccEEEeeeccEsessEccEssEccssEEcEcEseEc= tan csEEE根據(jù)平衡條件確定混凝土應(yīng)力與根據(jù)平衡條件確定混凝土應(yīng)力與N的關(guān)系的關(guān)系 受壓鋼筋配筋率平衡條件：sscAANcssEcAAcEscssEAAA)1 (AAsrcsEAr)1 ()/1(rEcAN混凝土與N的關(guān)系根據(jù)平衡條件確定鋼筋應(yīng)力與根據(jù)平衡條件確定鋼筋應(yīng)力與N的關(guān)系的關(guān)系cEsrEEAN)/1()(rEEAN鋼筋應(yīng)力與鋼筋應(yīng)力與N的關(guān)系：的關(guān)系：)/1(rEsANAAsrrsAA)(rrEsEAN)/1(rEssAN,E是常數(shù)，而是常數(shù)，而是一個(gè)隨著混凝土是一個(gè)隨著混凝土壓應(yīng)力的增長而不斷降低的變數(shù)壓應(yīng)力的增長而不斷降低的變數(shù))/1(rEcAN混凝土與混凝土與N的關(guān)系的關(guān)系鋼筋應(yīng)力與鋼筋應(yīng)力與N的關(guān)系的關(guān)系)/1(rEssANcelccEEEeeeAAsrcsEEE荷載荷載很小時(shí)很小時(shí)(彈性階段彈性階段)，N與混凝土和鋼筋的應(yīng)力的與混凝土和鋼筋的應(yīng)力的關(guān)系基本上是關(guān)系基本上是線性關(guān)系線性關(guān)系。此時(shí)此時(shí) 鋼筋應(yīng)力與混凝土應(yīng)鋼筋應(yīng)力與混凝土應(yīng)力成正比力成正比。 隨著荷載的增加，混凝土隨著荷載的增加，混凝土的塑性變形有所發(fā)展