受压概述性能资料课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 受压构件,Compressive Element or Column,Questions:,1 What about the influence of axial force on the strength and behavior of RC column (section)?,2 What else should be considered in the strength calculation of column?,3 How to determine the strength of column under the combined action of axial force and moment?,4 What about the shear strength when there exist axial force?,5 Reinforcement detailing?,第七章 受压构件,7.1,轴心受压构件的承载力计算,受压构件（柱）,往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。,轴心受压,承载力是正截面受压承载力 的,上限,。,先讨论轴心受压构件的承载力计算，,然后,重点,讨论,单向偏心受压,的正截面承载力计算。,第一节 配有纵向钢筋和普通箍筋的,轴心受压构件承载力计算,一、受力特点和破坏特征,短柱,受力特点：,对于配有纵筋和普通箍筋的短柱，在轴心荷载作用下，整个截面的应变基本上是均匀分布的。,破坏特征：,在混凝土中出现与荷载平行的纵向裂缝后，箍筋间的纵筋压屈外鼓，混凝土被压碎，构件破坏。,一、受力特点和破坏特征,长柱,受力特点：,在荷载作用下将产生,附加弯曲,和,侧向挠度,，而侧向挠度又加大了荷载的偏心距。长柱在轴向压力和弯矩的共同作用下而破坏。,破坏特征：,凹侧混凝土出现纵向裂缝，被压碎，纵筋被压屈外鼓。凸侧混凝土出现横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏,二、承载力计算,二、承载力计算,基本计算公式,轴心受压,短,柱,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,l,0,/,b,有关,折减系数,0.9,是考虑初始偏心,(,accidental eccentricity,),的影响，以及主要承受恒载作用的轴压受压柱的可靠性。,稳定系数,设计时，,公式中只有,N,、,l,0,已知，其余均为未知数，而一个方程只能解一个未知数，要通过计算得到设计所需的全部要数（,j,、,f,c,、,A,c,、,f,y,、,A,s,）,是不可能的。,解决办法：,将最重要的未知数（,A,s,）,由方程求出，其余未知数根据设计经验、构造要求先进行假设。,配筋构造要求：根数为,4,的倍数，直径应与产品相符。,复核时，,公式中只有,N,为未知数,，其余均已知，可直接代入公式计算出,N,。但,所给数据应满足公式推导条件和构造要求。,设计方法,轴心受压构件的受力性能,Behavior of Axial Compressive Member,矩形截面轴心受压,短柱,N,箍筋的作用,？,变形条件：,e,s,=,e,c,=,e,物理关系：,平衡条件：,第二节 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件承载力计算,螺旋箍筋柱,A concrete column with adequate spiral reinforcement fails at a higher load and in a ductile manner, since the spiral confines the concrete core and prevent buckling of the longitudinal bars.,混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度,达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）,达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）,螺旋箍筋对承载力的影响系数,a,，当,f,cu,k,50N/mm,2,时，取,a,= 1.0,；当,f,cu,k,=80N/mm,2,时，取,a,=0.85,，其间直线插值。,采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。,如螺旋箍筋配置过多，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产生剥落，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。,规范,规定,对长细比,l,0,/,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,A,ss1,和间距,s,有关，为保证由一定约束效果，,规范,规定：,螺旋箍筋的换算面积,A,ss0,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,d,cor,/5,，,且不大于,80mm,，,同时为方便施工，,s,也不应小于,40mm,。,设计时,，先按一般箍筋柱进行计算，若截面尺寸受到限制且配筋率,5%,时，考虑采用螺旋箍筋柱。其步骤为：,1,）假设纵向受压配筋；,2,）代入公式计算所需螺旋箍筋换算面积,A,ss0,；,3,）,确定箍筋直径和螺距；,4,）根据实际配筋计算承载力,N,u,；,5,）,验算条件,N,u,1.5,(f,y,A,s,+,f,c,A,),，,N,u,N,。,复核时,，判定上述条件全部满足才可代入公式计算。,第三节 偏心受压构件的二阶效应,基本概念,由于侧向挠曲变形，轴向力将产生,二阶效应,(,P,-,),，,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,。,对跨中截面，轴力,N,的,偏心距为,e,02,+,，即跨中截面的弯矩为,M,=,N,(,e,02,+,),。,在截面和初始偏心距相同的情况下，柱的,长细比,l,0,/,h,(,slenderness,),不同，侧向挠度,的大小不同，二阶效应的影响程度会有很大差别，将产生不同的破坏类型。,对于,短柱,侧向挠度,与初始偏心距,e,i,相比很小,柱跨中弯矩,M,=,N,(,e,02,+,),随轴力,N,的增加基本呈线性增长，,直至达到截面承载力极限状态产生破坏。,对短柱可忽略挠度,影响。,中长柱,与,e,i,相比已不能忽略。,随轴力增大而增大，柱跨中弯矩,M,=,N,(,e,i,+,),的增长速度大于轴力,N,的增长速度，,即,M,随,N,的增加呈明显的非线性增长,虽然最终在,M,和,N,的共同作用下达到截面承载力极限状态，但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱。,因此，对于中长柱，在设计中应考虑附加挠度,对弯矩增大的影响。,长柱,侧向挠度,f,的影响已很大,在未达到截面承载力极限状态之前，侧向挠度,已呈,不稳定,发展,即柱的轴向荷载最大值发生在荷载增长曲线与截面承载力,N,u,-,M,u,相关曲线相交之前,这种破坏为失稳破坏，应进行专门计算,考虑二阶效应的方法,二阶效应的概念,P,-,效应：由荷载作用产生,侧向位移,引起的。在轴力作用下，由于杆件自身侧移的影响，通常会增大杆件端部截面的弯矩，即产生效应。,P,-,效应：由各杆件轴力在产生了,挠曲变形,引起的。轴向压力产生挠曲变形引起构件曲率和弯矩增量,。,10,规范,考虑二阶效应的方法,先考虑,结构侧移引起的二阶效应,（,P,-,效应），若杆件的长细比较大时，还要考虑,在轴力作用下由杆件自身挠曲引起的二阶效应（,P,-,效应）,对弯矩的影响。,采用,增大系数法,来考虑各类结构的,P,-,效应；采用,C,m,-,ns,方法,来考虑,P,-,效应。,10,规范,考虑二阶效应的方法,P,-,效应,对于,框架结构、剪力墙结构、框架,-,剪力墙结构及筒体结构,，采用,增大系数法,近似计算结构因侧移产生的二阶效应,(,P,-,效应,),时，应对未考虑,P,-,效应的一阶弹性分析所得的柱、墙肢端弯矩和梁端弯矩以及层间位移分别乘以,P,-,效应,增大系数,s,：,M,=,M,ns,+,s,M,s,=,s,1,M,s,：为引起结构侧移的荷载或作用所产生的一阶弹性分析,构件端弯矩设计值；,M,ns,：为不引起结构侧移荷载产生的一阶弹性分析构件端,弯矩设计值；,10,规范,考虑二阶效应的方法,增大系数法,框架结构,，计算楼层各柱的,s,公式为：,各层有各层的,s,10,规范,考虑二阶效应的方法,增大系数法,剪力墙结构、框,剪结构、筒体结构,s,可按下式,:,10,规范,考虑二阶效应的方法,P,-,效应,对于,排架结构,，继续沿用,02,版规范中的,-,l,0,法考虑排架结构的,P,-,效应。,不考虑,P,-,效应引起的附加弯矩影响的条件,10,规范,当弯矩作用平面内截面对称的偏心受压构件，当同一主轴方向的杆端弯矩比,M,1,/,M,2,不大于,0.9,且设计轴压比不大于,0.9,时：,l,c,/,i,34 12(,M,1,/,M,2,),l,c,：,为构件的计算长度，可近似取偏心受压构件相应主轴方向两支撑点之间的距离,；,i,：为偏心方向的截面回转半径；,不考虑,P,-,效应引起的附加弯矩影响的条件,10,规范,M,1,、,M,2,分别为已考虑侧移影响的偏心受压构件两端截面按结构分析确定的对同一主轴的弯矩设计值；,绝对值较大端为,M,2,，绝对值较小端为,M,1,；,当构件按单曲率弯曲时，,M,1,/,M,2,为正，否则为负。,偏心距增大系数,与弯矩增大系数,ns,10,规范,弯矩增大系数,ns,：,偏心距增大系数,M,2,：偏心受压构件端部截面的弯矩设计值的较大,者（按绝对值计）。,：截面曲率修正系数，当, 1.0,时，取,=1.0,。,M,=,C,m,ns,M,2,式中,C,m,：柱端截面偏心弯矩调节系数,ns,：弯矩增大系数，又可称为偏心距增大系数,规范,规定，除排架结构柱以外的偏心受压构件，在其偏心方向上考虑杆件自身挠曲影响的控制截面弯矩设计值可按下列公式计算：,M,1,、,M,2,：分别为偏心受压构件两端截面按结构分析,确定的对同一主轴的弯矩设计值，绝对值较,大端为,M,2,，绝对值较小端为,M,1,；当构件,为单曲率时，,M,1,/,M,2,为正值，否则为负值。,柱端截面偏心距调节系数,C,m,10,规范,考虑了,P,-,效应后的控制截面弯矩设计值为：,M,=,C,m,ns,M,2,M,2,已考虑了侧移影响即,P,-,效应影响。,结构中常见的反弯点位于柱高中部时，,M,1,/,M,2,为负，此时,C,m,取,0.7,。,轴向压力对截面重心的偏心距,e,0,10,规范,e,0,=,M,/,N,M,：为截面构件端考虑二阶效应所得的弯矩设计值，即此时的,M,已考虑了,P,-,和,P,-,效应，,考虑了,P,-,效应后的控制截面弯矩设计值为：,M,=,C,m,ns,M,2,M,2,已考虑了侧移影响即,P,-,效应影响。,由于施工误差、计算偏差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,e,a,(accidental eccentricity),，,即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取计算偏心距,e,0,=,M,/,N,与附加偏心距,e,a,之和，称为,初始偏心距,e,i,(initial eccentricity),，,参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距,e,a,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。,附加偏心距,第四节 偏心受压构件正截面的受力特点和破坏特征,压力和弯矩共同作用下的截面受力性能,Behaviors under flexure and axial load,压弯构件 偏心受压构件,压力和弯矩共同作用下的截面受力性能,Behaviors under flexure and axial load,压弯构件 偏心受压构件,偏心距,e,0,=0,时,？,当,e,0,时，即,N,=0,，,？,偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于,轴心受压,构件和,受弯构件,。,一、破坏特征,偏心受压构件的破坏形态与,偏心距,e,0,和,纵向钢筋配筋率,有关,1,、受拉破坏,tensile failure,M,较大，,N,较小,偏心距,e,0,较大,A,s,配筋合适,一、破坏特征,偏心受压构件的破坏形态与,偏心距,e,0,和,纵向钢筋配筋率,有关,1,、受拉破坏,tensile failure,截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，,A,s,的应力随荷载增加发展较快，,首先达到屈服,。,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,e,0,较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适,，通常称为,大偏心受压,。,2,、受压破坏,compressive failure,产生受压破坏的条件有两种情况：,当相对偏心距,e,0,/,h,0,较小,或虽然相对偏心距,e,0,/,h,0,较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时,A,s,太多,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,e,0,/,h,0,很小时，受拉侧还可能出现受压情况。,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，受拉侧钢筋,未达到,受拉屈服,，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,。,2,、受压破坏,compressive failure,产生受压破坏的条件有两种情况：,当相对偏心距,e,0,/,h,0,较小,或虽然相对偏心距,e,0,/,h,0,较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时,A,s,太多,受拉破坏,受压破坏,受拉和受压破坏的共同点：,靠近轴向力一侧的混凝土均能达到极限压应变；,远离轴向力一侧的钢筋能达到抗拉极限强度的为受拉破坏，不能达到抗拉极限强度（钢筋受拉或受压，但一般达不到设计强度）的为受压破坏。,第五节 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算,正截面承载力计算,偏心受压正截面受力分析方法与受弯情况是相同的，即仍采用以,平截面假定,为基础的计算理论，,根据混凝土和钢筋的应力,-,应变关系，即可分析截面在压力和弯矩共同作用下受力全过程。,对于正截面承载力的计算，同样可按受弯情况，对受压区混凝土采用等效矩形应力图，,等效矩形应力图,的强度为,a,f,c,，,等效矩形应力图的高度与中和轴高度的比值为,b,。,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,e,cu,同时达到,与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。,因此，,相对界限受压区高度,仍为，,当,x,x,b,时,当,x,x,b,时,受,拉,破坏,(,大偏心受压,),受,压,破坏,(,小偏心受压,),基本计算公式,（一）大偏心受压破坏,当,x, 2,a,时，可偏安全地取,x,= 2,a,，并对受压钢筋合力点取矩：,（二）小偏心受压破坏,受拉侧钢筋应力,s,s,由平截面假定可得,x,=,b,x,n,s,s,=,E,s,e,s,受拉侧钢筋应力,s,s,x,=,b,x,n,s,s,=,E,s,e,s,为避免采用上式出现,x,的,三次方程,e,cu,e,y,x,n,b,h,0,考虑：当,x,=,x,b,，,s,s,=,f,y,；,受拉侧钢筋应力,s,s,x,=,b,x,n,s,s,=,E,s,e,s,为避免采用上式出现,x,的,三次方程,考虑：当,x,=,x,b,，,s,s,=,f,y,；,当,x,=,b,，,s,s,=0,当,x,=,x,b,，,s,s,=,f,y,；,x,=,x,/ h,0,=,b,x,n,/ h,0,=,b,h,0,/ h,0,= b,，,s,s,=0,2,-,b,b,s,f,y,f,y,适用条件,1,2,3,