溷凝土结构设计原理课件

混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理第第 3 章章 轴心受力构件轴心受力构件教材作者：陈教材作者：陈 平平课件制作：马乐为课件制作：马乐为课件审查：李晓文课件审查：李晓文第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算轴心受拉构件承载力计算轴心受拉构件承载力计算重点：重点：重点：重点：轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算1 轴心受压构件的实际应用轴心受压构件的实际应用 多多高高层层建建筑筑中中的的框框架架柱柱，单单层层工工业业厂厂房房中中屋屋架架的的上上弦弦杆杆，桥桥 梁结构中的桥墩，拱、桩等均属于受压构件。梁结构中的桥墩，拱、桩等均属于受压构件。利利用用混混凝凝土土构构件件承承受受以以轴轴向向压压力力为为主主的的内内力力，可可以以充充分分发发挥挥 混凝土材料的强度优势，因而在工程结构中混凝土受压构件混凝土材料的强度优势，因而在工程结构中混凝土受压构件 应用比较普遍。应用比较普遍。建建筑筑实实际际结结构构中中，理理想想的的轴轴心心受受压压构构件件几几乎乎是是不不存存在在的的，这这 是是因因为为：通通常常施施工工制制造造的的误误差差、荷荷载载作作用用位位置置的的不不确确定定性性、混混凝凝土土质质量量的的不不均均匀匀性性等等，使使得得上上述述构构件件存存在在一一定定的的初初始始偏偏 心距。心距。第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算框架结构中的柱框架结构中的柱(Columns of Frame Structure)第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算屋架结构中的上弦杆屋架结构中的上弦杆(Top Chord of Roof Truss Structure)第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算桩基础桩基础(Pile Foundation)第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算2 普通箍筋柱与螺旋箍筋柱普通箍筋柱与螺旋箍筋柱 实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱按照实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱按照箍筋的作用及配置方式分为两种：箍筋的作用及配置方式分为两种：l 普通箍筋柱（普通箍筋柱（Tied Columns）配有纵向钢筋和普通箍筋的柱配有纵向钢筋和普通箍筋的柱l 螺旋箍筋柱（螺旋箍筋柱（Spiral Columns）配有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱配有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱 纵筋的作用：纵筋的作用：l 提高承载力，减小截面尺寸提高承载力，减小截面尺寸l 提高混凝土的变形能力提高混凝土的变形能力l 抵抗构件的偶然偏心抵抗构件的偶然偏心l 减小混凝土的收缩与徐减小混凝土的收缩与徐 第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算普通钢箍柱普通钢箍柱Tied ColumnsTied Columns螺旋钢箍柱螺旋钢箍柱Spiral ColumnsSpiral Columns2/2第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算3 短柱与长柱短柱与长柱 短柱（短柱（Short Columns）是如何形成是如何形成 的？的？我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称为我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称为短柱短柱。在实。在实际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地下车库的柱子，以及楼梯际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地下车库的柱子，以及楼梯间处的柱都容易形成短柱。间处的柱都容易形成短柱。窗间墙的短柱窗间墙的短柱第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 受压短柱的破坏过程受压短柱的破坏过程n 在开始加载时，混凝土在开始加载时，混凝土和钢筋都处于弹性工作阶段，和钢筋都处于弹性工作阶段，钢筋和混凝土的应力基本上钢筋和混凝土的应力基本上按弹性模量的比值来分配。按弹性模量的比值来分配。n 随着荷载的增加，混凝随着荷载的增加，混凝土应力的增加愈来愈慢，而土应力的增加愈来愈慢，而钢筋的应力基本上与其应变钢筋的应力基本上与其应变成正比增加，柱子变形增加成正比增加，柱子变形增加的速度就快于外荷增加的速的速度就快于外荷增加的速度。随着荷载的继续增加，度。随着荷载的继续增加，柱中开始出现微小的纵向裂柱中开始出现微小的纵向裂缝缝。应应力力轴力轴力混凝土的应力增长钢筋应力增长第四章第四章 受弯构件受弯构件 3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算n 在临近破坏荷载在临近破坏荷载时，柱身出现很多时，柱身出现很多明显的纵向裂缝，明显的纵向裂缝，混凝土保护层剥落，混凝土保护层剥落，箍筋间的纵筋被压箍筋间的纵筋被压曲向外曲向外鼓出，混凝土压鼓出，混凝土压碎。碎。n 柱子发生破坏时，柱子发生破坏时，混凝土的应变达到混凝土的应变达到其抗压极限应变，其抗压极限应变，而钢筋的应力一般而钢筋的应力一般小于其屈服强度小于其屈服强度。第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 什么是长柱（什么是长柱（Slender Columns）我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为长柱。长柱。在实在实际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。轴心受压长柱际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。轴心受压长柱与短柱的主要受力区别在于：由于偏心所产生的附加弯矩和失稳与短柱的主要受力区别在于：由于偏心所产生的附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必须考虑。破坏在长柱计算中必须考虑。第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 轴心受压长柱的破坏过程轴心受压长柱的破坏过程n 由于初始偏心距的存在，构件受荷由于初始偏心距的存在，构件受荷后产生附加弯矩，伴之发生横向挠度。后产生附加弯矩，伴之发生横向挠度。n 构件破坏时，首先在靠近凹边出现构件破坏时，首先在靠近凹边出现大致平行于纵轴方向的纵向裂缝，同时大致平行于纵轴方向的纵向裂缝，同时在凸边出现水平的横向裂缝，随后受压在凸边出现水平的横向裂缝，随后受压区混凝土被压溃，纵筋向外鼓出，横向区混凝土被压溃，纵筋向外鼓出，横向挠度迅速发展，构件失去平衡，最后将挠度迅速发展，构件失去平衡，最后将凸边的混凝土拉断。凸边的混凝土拉断。n 混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范采用稳定系采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度。数来表示长柱承载力的降低程度。轴心受压长柱轴心受压长柱稳定系数稳定系数 主要与柱的主要与柱的长细比长细比 l0/b 有关，有关，稳定系数的定义如下：稳定系数的定义如下：3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算l l0 0/b/bl l0 0/d/dl l0 0/i/il l0 0/b/bl l0 0/d/dl l0 0/i/i87281.030261040.52108.5350.9832281110.481210.5420.953429.51180.441412480.9236311250.41614550.8738331320.361815.5620.814034.51390.322017690.754236.51460.292219760.744381530.262421830.6546401600.232622.5900.64841.51670.212824970.5650431740.19规范给出的稳定系数与长细比的关系规范给出的稳定系数与长细比的关系第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件 3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算4 普通箍筋柱受压承载力的计算普通箍筋柱受压承载力的计算 计算简图计算简图fcfyAsNfyAsAs 计算公式计算公式第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件 3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 核心区混凝土三轴受压状态的产生核心区混凝土三轴受压状态的产生5 轴心受压螺旋式箍筋柱正截面承载力计算轴心受压螺旋式箍筋柱正截面承载力计算fyAss1 dcorfyAss1S第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件 3.1 3.1 轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算 f 为被约束后混凝土的轴心抗压强度为被约束后混凝土的轴心抗压强度;为系数。为系数。混凝土受到的径向压应力值混凝土受到的径向压应力值 的计算方法的计算方法 螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件3.2 3.2 轴心受拉构件承载力计算轴心受拉构件承载力计算混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范有关螺旋箍的规定：有关螺旋箍的规定：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%。对长细比对长细比l0/d大于大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。螺旋箍筋的换算面积螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋不得小于全部纵筋As 面积的面积的25%螺旋箍筋的间距螺旋箍筋的间距s不应大于不应大于80mm 及及dcor/5，也不应小于也不应小于40mm。第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件 3.2 3.2 轴心受拉构件承载力计算轴心受拉构件承载力计算 工程实际中的轴心受拉构件包括工程实际中的轴心受拉构件包括桁架式屋架的受拉杆、拱的拉桁架式屋架的受拉杆、拱的拉杆以及水池的池壁杆以及水池的池壁等。等。轴心受拉构件从加载到破坏，其受力过程分为三个阶段：从加轴心受拉构件从加载到破坏，其受力过程分为三个阶段：从加载到砼受拉开裂前，为弹性阶段；砼开裂后到钢筋即将屈服，为载到砼受拉开裂前，为弹性阶段；砼开裂后到钢筋即将屈服，为第二阶段；受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋达到屈服，为第三第二阶段；受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋达到屈服，为第三阶段，此时混凝土裂缝开展很大，可以认为构件达到了破坏状态。阶段，此时混凝土裂缝开展很大，可以认为构件达到了破坏状态。破坏特征：破坏特征：轴心受拉构件破坏时，混凝土不承受拉力，全部拉轴心受拉构件破坏时，混凝土不承受拉力，全部拉力由钢筋来承受力由钢筋来承受。轴心受拉破坏时混凝土裂缝贯通，纵向拉钢筋达到其受拉屈服轴心受拉破坏时混凝土裂缝贯通，纵向拉钢筋达到其受拉屈服强度，正截面承载力公式如下：强度，正截面承载力公式如下：纵向钢筋抗拉强度设计值；纵向钢筋抗拉强度设计值；N 轴心受拉承载力设计值。轴心受拉承载力设计值。第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件小结小结 普普通通钢钢箍箍轴轴心心受受压压构构件件在在计计算算上上分分为为长长柱柱和和短短柱柱。对对于于轴轴心心受受压压构构件件的的受受压压承承截截力力，短短柱柱和和长长柱柱均均采采用用统统一一的的公公式式计计算算，其其中中采采用用稳稳定定系系数数来来表表达达纵纵向向弯弯曲曲变变形形对对受受压压承截力的影响。承截力的影响。在在螺螺旋旋钢钢箍箍轴轴心心受受压压构构件件中中，由由于于螺螺旋旋箍箍筋筋对对核核心心混混凝凝土土的的约约束束作作用用，提提高高了了核核心心混混凝凝土土的的抗抗压压强强度度，从从而而使使构件的承载力有所增加。构件的承载力有所增加。轴轴心心受受拉拉构构件件的的特特点点是是裂裂缝缝贯贯通通整整个个截截面面，裂裂缝缝截截面面的纵向拉力全部由纵向钢筋负担。的纵向拉力全部由纵向钢筋负担。第第3 3章章 轴心受力构件轴心受力构件