《砼结构与砌体结构设计》演示稿-第5章第三讲

混 凝 土 结 构 与 砌 体 结 构 设 计 第 5章 砌 体 结 构第 三 讲中 南 大 学 土 木 工 程 学 院 建 筑 工 程 系 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4 砌 体 构 件 承 载 力 计 算5.4.1 受 压 构 件5.4.2 局 部 受 压5.4.3 轴 心 受 拉 、 受 弯 和 受 剪 构 件5.4.4 网 状 配 筋 砖 砌 体 构 件 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.1 受 压 构 件 承 载 力 主 要 影 响 因 素 ：5.4.1 受 压 构 件轴 压 短 柱 （ e=0， 3）轴 压 长 柱 （ e=0， 3）偏 压 短 柱 （ e0， 3）偏 压 长 柱 （ e0， 3）截 面 尺 寸 A砌 体 抗 压 强 度 f高 厚 比 =H0/h长 柱 、 短 柱偏 心 距 e=M/N轴 压 柱 、 偏 压 柱各 种 柱 的 承 载 力如 何 进 行 计 算 ？ 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.1 受 压 构 件 3的 轴 心 受 压 构 件 ； 破 坏 特 征 和 承 载 力 与 砌 体 抗 压 强 度 试 件 相 同 。 3的 偏 心 受 压 构 件 ； 由 于 荷 载 偏 心 的 影 响 ， 其 承 载 力 低 于 轴 心 受 压 短 柱 。uN f A euN f A 偏 心 受 压 短 柱 的 承 载 力 偏 心 影 响 系 数 ， e e 1.0 。 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.1 受 压 构 件3的 轴 心 受 压 构 件 ； 由 于 高 厚 比 的 影 响 ， 其 承 载 力 也 低 于 轴 心 受 压 短 柱 。0uN f A 3的 偏 心 受 压 构 件 ； 和 e的 共 同 影 响 ， 其 承 载 力 更 低 于 偏 心 受 压 短 柱 。uN f A 轴 心 受 压 长 柱 的 稳 定 系 数 ，0 0 1.0 。偏 心 受 压 长 柱 的 承 载 力 影 响 系 数 ， 0e 或 。 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.1 受 压 构 件轴 心 受 压 长 柱 ： 0uN f A 偏 心 受 压 长 柱 : uN f A 轴 心 受 压 短 柱 :偏 心 受 压 短 柱 : uN f A euN f A 实 际 设 计 时 ， 一 般 先 假 定 A和 f， 则 受 压 构 件 承 载 力 的 计 算 ，最 终 可 归 结 为 与 、 e有 关 的 承 载 力 降 低 影 响 系 数 的 计 算 。 综 上 所 述 ， 各 种 柱 的 承 载 力 计 算 除 与 砌 体 抗 压 强 度 f、 截面 尺 寸 A有 关 外 ， 主 要 取 决 于 、 e两 个 影 响 因 素 。 e 0 、 、 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.1 受 压 构 件 e( ) 规 范 经 验 公 式 ： 2e 11 ( )e i e 211 12( )e h e 2T T11 12( ) 3.5h ie h 其 中 ， 3 212 12( )bhI hi A bh 因 块 体 、 砂 浆 的 复 杂 受 力 状 态 ， 偏 压 短 柱 截 面 应 力 分 布 离 散 性 大 ， 很难 从 微 观 准 确 把 握 其 力 学 性 能 。 通 过 大 量 的 矩 形 、 T形 、 十 字 形 和 环 形 等 不 同 截 面 形 状 受 压 短 柱 的 破 坏 试 验 ， 得 到 其 破 坏 荷 载 随 偏 心 距 增 大 而 降 低 的 变 化 规 律 。 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.1 受 压 构 件 0( ) 22c 0iE H 因 截 面 材 料 不 均 匀 、 轴 线 弯 曲 以 及 轴 力 偏 心 等 初 始 缺 陷 而产 生 纵 向 弯 曲 ， 导 致 长 柱 可 能 失 稳 。 当 截 面 应 力 达 欧 拉 临 界 应 力 时 ， 构 件 处 于 临 界 稳 定 状 态 ，破 坏 临 界 应 力 为 ： E为 砌 体 切 线 变 形 模 量 ： c1f fE 2c c 00 2A ifA f fE H 令 mln 1 fn n 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.1 受 压 构 件 令 =H0/i构 件 长 细 比0 22111 0 2 21 121 其 中 ， 对 矩 形 截 面 ： 公 式 推 导 过 程 ： 讨 论 ： 如何 推 导 ？0 0 2121212 12H HI hi A i h 令 21120 2 221 11211 1 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.1 受 压 构 件 0 22111 0 2 21 121 其 中 ， 对 矩 形 截 面 ： 系 数 可 根 据 砂 浆 强 度 确 定 ： 当 f2 M5 时 ， =0.0015； 当 f2 =M2.5时 ， = 0.002； 当 f2=0 时 ， = 0.009。 令 =H0/i构 件 长 细 比 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.1 受 压 构 件 ( ) 偏 心 受 压 的 细 长 杆 件 ， 因 初 始 纵 向 弯 曲 而 产 生 的 侧 向 挠 曲变 形 ， 降 低 了 杆 件 承 载 力 ， 分 析 研 究 时 一 般 用 轴 向 力 附 加偏 心 距 ei 来 反 映 这 种 挠 曲 变 形 对 承 载 力 的 不 利 影 响 。 i 211 e ie 细 长 柱 总 偏 心 距 e=e+ei。 规 范 以 系 数 来 综 合 考 虑 轴 心 力 偏心 距 e和 附 加 偏 心 距 ei对 承 载 力 的 影 响 。 利 用 短 柱 偏 心 影 响 系 数 公 式 ， 得 ： 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.1 受 压 构 件 若 e=0时 ， 则 应 和 相 等 ， 即 ：i 01 1e i e 0 02i11 ei 20211 11 e i i 对 矩 形 截 面 ： 0 211 11 12 112eh i 01 112he 12hi 2i11 12 e eh 又 思 考 题 ： 非 矩 形 截 面 长 柱 承 载 力 影 响 系 数 如 何 计 算 ？ 0 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.1 受 压 构 件 公 式 分 析 ： 2 202 01 11 1 1 11 12 11 12e i ehi 矩 形 截 面 ： 与 砂 浆 强 度 等 级 f2()、 (或 )、 e/h(或 e/i)有 关 。 当 e/h=0(即 e=0)时 ， ； 当 ei=0时 ， 。0 e e e2 21 11 ( ) 1 12( )e i e h 矩 形 截 面 ： 0 0 22 21 111 矩 形 截 面 ： 与 、 e有 关 的 承 载 力 降 低 影 响 系 数 均 可 统一 采 用 的 公 式 进 行 计 算 。 e 0 、 、 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.1 受 压 构 件(2) 受 压 构 件 承 载 力 计 算N f A 统 一 计 算 公 式 ： 注 意 事 项 ：l 已 按 砂 浆 强 度 等 级 f2、 、 e/h制 表 ,以 供 查 用 ； 其 中 ： 与 3对 应 的 一 行 数 据 为 ， 与 e/h=0对 应 的 一 列 数 据 为 。l 轴 压 、 偏 压 构 件 的 取 值 规 定 ： 轴 压 构 件 ： 取 两 向 高 厚 比 大 值 查 表 ； 偏 压 构 件 ： 当 截 面 偏 心 方 向 边 长 另 一 方 向 边 长 时 ， 除 按 偏 压 计 算 外 ， 还 应 对 较 小 边 方 向 按 轴 压 进 行 验 算 。 (为 什 么 ?)e 0 2 2011 1 1e i i 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计l 考 虑 不 同 种 类 砌 体 在 强 度 、 弹 性 模 量 以 及 变 形 性 能 等 方 面的 差 异 ， 其 应 予 以 修 正 ： 烧 结 普 通 砖 、 多 孔 砖 ： 1.0 混 凝 土 及 轻 骨 料 混 凝 土 砌 块 ： 1.1 蒸 压 灰 砂 砖 、 粉 煤 灰 砖 、 细 料 石 、 半 石 料 石 ： 1.2 粗 料 石 、 毛 石 砌 体 ： 1.5l 偏 心 距 e宜 0.6y； 若 e较 大 ， 砌 体 受 压 区 高 度 减 小 ， 刚 度 削 弱 ， 承 载 力 显 著 降 低 ， 不 经 济 、 不 合 理 ！l 偏 心 距 超 过 限 值 的 设 计 方 法 ： 优 先 采 取 措 施 减 小 e 增 大 截 面 尺 寸 改 用 配 筋 砌 体5.4.1 受 压 构 件 Ny 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.2 局 部 受 压5.4.2 局 部 受 压 在 房 屋 建 筑 中 ， 承 受 上 部 墙 或 柱 传 来 的 压 力 的 基 础 顶 面 、以 及 在 梁 或 屋 架 端 部 支 承 处 砌 体 的 截 面 上 ， 砌 体 局 部 面 积上 承 受 较 大 的 荷 载 ， 称 为 砌 体 的 局 部 受 压 。 根 据 局 部 受 压 面 积 上 压 应 力 的 分 布 情 况 ， 分 为 局 部 均 匀 受压 和 局 部 非 均 匀 受 压 。局 部 均 匀 受 压 局 部 非 均 匀 受 压 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.2 局 部 受 压(1) 局 部 均 匀 受 压 承 载 力 计 算 局 部 均 匀 受 压 ： 砌 体 局 部 截 面 上 承 受 均 匀 压 应 力 作 用 ； 根 据 压 应 力 作 用 的 位 置 不 同 ， 局 部 均 匀 受 压 又 分 为 如 下五 种 基 本 情 况 ： 中 心 局 压 、 边 缘 局 压 、 中 部 局 压 、 端 部 局 压 、 角 部 局 压 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.2 局 部 受 压 在 局 部 压 应 力 作 用 下 ， 砌 体 在 产 生 竖 向 压 缩 变 形 的 同 时 还 产 生 横 向 受 拉 变 形 ， 处 于 竖 向 应 力 z和 横 向 应 力 x、 y共 同 作 用 的 受 力 状 态 。 竖 向 应 力 z和 横 向 (x、 y方 向 )应 力 x、 y在 砌 体 与 垫 板 接 触 处 均 为 压 应 力 ， 且 各 自 为 最 大 值 ， 即 接 触 处 砌 体 处 于 三 向 受 压 状 态 ， 且 为 三 向 压 应 力 之 最 大 值 。 x、 y方 向 横 向 拉 应 力 x、 y在 离 垫 板 约 1 -2皮 砖 处 最 大 ， 当 其 值 超 过 砌 体 抗 拉 强 度 时 ， 将 首 先 在 该 处 产 生 竖 向 裂 缝 。 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.2 局 部 受 压 因 纵 向 裂 缝 的 发 展 而 引 起 的 破 坏 ： 中 心 局 压 时 ， 在 离 垫 板 1 2皮 砖 处 首 先 出 现 纵 向 裂 缝 ， 然 后 向 上 、 向 下 ， 竖 向 、 斜 向 发 展 ， 最 终往 往 形 成 一 条 上 下 贯 通 的 主 裂 缝 而 破 坏 ， 这 是 最 基 本 的 破 坏 形 态 。 劈 裂 破 坏 ： 纵 向 裂 缝 少 而 集 中 ， 一 旦 产 生 迅 速 贯 通 ， 初 裂 与 破 坏 荷载 很 接 近 ， 一 般 砌 体 面 积 大 而 局 压 面 积 很 小 时 可 能 发 生 ， 应 予 避 免 。 垫 板 下 的 局 部 压 坏 ： 块 体 、 砂 浆 强 度 过 低 ， 宜 构 造 予 以 防 止 。 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.2 局 部 受 压 局 部 抗 压 强 度 fl大 于 一 般 情 况 下 的 抗 压 强 度 f， 其 原 因 ：l 套 箍 作 用 ： 未 直 接 承 受 压 力 的 砌 体 像 套 箍 一 样 ， 对 直 接 承 受 压 力 砌 体 的 横 向变 形 具 有 约 束 作 用 ， 使 与 垫 板 接 触 的 砌 体 处 于 双 向 或 三 向 受 压 状态 ， 且 为 最 大 值 局 部 受 压 区 砌 体 的 抗 压 强 度 提 高 。Al局 部 受 压 面 积 ， A0影 响 局 部 抗 压 强 度 的 计 算 面 积 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.2 局 部 受 压 局 部 抗 压 强 度 fl大 于 一 般 情 况 下 的 抗 压 强 度 f， 其 原 因 ：Al局 部 受 压 面 积 ， A0影 响 局 部 抗 压 强 度 的 计 算 面 积l 应 力 扩 散 作 用 ： 尽 管 “ 套 箍 强 化 ” 对 角 部 和 端 部 等 局 部 受 压 砌 体 的 作 用 不 明 显 甚至 不 存 在 ， 但 只 要 存 在 有 未 直 接 承 受 压 力 的 面 积 ， 就 有 力 的 扩散 局 部 抗 压 强 度 就 有 所 提 高 。 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.2 局 部 受 压Al局 部 受 压 面 积 ， A0影 响 局 部 抗 压 强 度 的 计 算 面 积 Al/A0的 比 值 越 小 ， 则 套 箍 作 用 越 强 ， 应 力 扩 散 越 充 分 局 部 抗 压 强 度 就 越 高 。 砌 体 局 部 受 压 时 ， 尽 管 砌 体 局 部 抗 压 强 度 得 到 提 高 ， 但 局压 面 积 往 往 很 小 ， 这 对 工 程 结 构 不 利 ， 容 易 引 起 砌 体 因 局压 承 载 力 不 足 而 发 生 倒 坍 事 故 ， 设 计 时 应 引 起 重 视 。 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.2 局 部 受 压 考 虑 到 砌 体 (A0-Al ) 的 套 箍 作 用 和 应 力 扩 散 作 用 ， 局 部 受 压 砌 体 的 抗 压强 度 fl可 表 示 成 lf f其 中 ， 局 部 抗 压 强 度 提 高 系 数 ， 主 要 与 如 下 两 个 因 素 有 关 ：A l局 部 受 压 面 积 ， A0影 响 局 部 抗 压 强 度 的 计 算 面 积 l 局 部 荷 载 作 用 位 置 (以 系 数 来 考 虑 ， 10， 即 相 应 的 局 部 抗 压 强 度 提 高 系 数 3时 ， 砌 体 可 能 发 生 劈 裂 破 坏 ； 对 于 中 部 局 部 受 压 ， 当 A0/Al9， 即 相 应 的 局 部 抗 压 强 度 提 高 系 数 2时 ，砌 体 可 能 发 生 劈 裂 破 坏 。 因 此 ， 设 计 时 ， 应 限 制 A0/Al比 值 (或 限 制 值 )以 避 免 局压 砌 体 发 生 突 然 劈 裂 的 脆 性 破 坏 。 0 ( )a c hA h 1 10 ( )( )A a h hb h h h 0 ( 2 )bA h h 0 ( )aA h h 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.2 局 部 受 压中 心 局 压 时 ： 2.5； 为 避 免 局 压 砌 体 发 生 劈 裂 破 坏 ， 规 范 规 定 ：l 对 于 砖 砌 体 ： 边 缘 局 压 时 ： 2.0角 部 局 压 时 ： 1.5； 端 部 局 压 时 ： 1.25l 对 于 灌 实 多 孔 砖 砌 体 和 灌 孔 砼 砌 块 砌 体 还 应 满 足 ： 1.5l 对 于 难 以 灌 实 的 多 孔 砖 砌 体 和 未 灌 孔 砼 砌 块 砌 体 ： =1.0 0 ( )a c hA h 1 10 ( )( )A a h hb h h h 0 ( 2 )bA h h 0 ( )aA h h 中南大学 Design of Concrete & Masonry Structures混凝土结构与砌体结构设计5.4.2 局 部 受 压l 梁 端 支 承 在 墙 、 柱 顶 面 ， 只 作 用 有 梁 端 传 来 的 荷 载 Nl；l 梁 端 支 承 在 墙 、 柱 高 度 中 部 ， 作 用 有 梁 端 传 来 的 荷 载 Nl和 上 部 结 构传 来 的 轴 向 压 力 N0。(2) 梁 端 支 承 处 砌 体 的 局 部 受 压 梁 的 挠 曲 变 形 和 支 承 处 砌 体 的 压 缩 变 形 ， 使 梁 端 发 生 转 动 支 承 处 砌 体 局 部 受 压 面 上 呈 现 不 均 匀 分 布 压 应 力 。