轴心受力构件的受力性能

,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,第四章 轴心受力构件性能与计算,同济大学土木工程学院建筑工程系顾祥林,混凝土结构基本原理,一、工程实例,压,压,压,拉,拉,柱下基础,楼板,柱,梁,梁,墙,楼梯,墙下基础,地下室底板,二、轴心受拉构件的受力分析,1.受拉构件的配筋形式,纵筋,纵筋,箍筋,b,h,0,0.001 0.002 0.003 0.004,200,100,50,150,N,(kN),平均应变,混凝土：,f,c,=30.8MPa;,f,t,=1.97MPa;,E,c,=25.1,10,3,MPa.,钢筋：,f,y,=376MPa;,f,su,=681MPa;,E,s,=205,10,3,MPa;,A,s,=284mm,2,.,152,N,t,N,t,915,152,二、轴心受拉构件的受力分析,2.试验研究,钢筋屈服,混凝土开裂,二、轴心受拉构件的受力分析,2.试验研究,N,t,N,t,N,tcr,N,tcr,N,t,N,t,二、轴心受拉构件的受力分析,2.试验研究,N,t,N,t,结论,三个工作阶段：开裂前，线弹性；开裂至钢筋屈服，裂缝不断发展；钢筋屈服后，,N,t,基本不增加,首根裂缝出现后还会继续出现裂缝，但裂缝增至一定数量后便不在增加,极限承载力取决于钢筋的用量和强度,二、轴心受拉构件的受力分析,3.混凝土和钢筋的应力-应变关系,s,s,s,=E,s,s,y,s,h,f,y,t,t,o,t0,f,t,t,=E,c,t,混凝土,钢筋,二、轴心受拉构件的受力分析,4.混凝土开裂前拉力与变形的关系,b,h,A,s,A,A,s,/A,3%时，A=bh,l,l,N,t,N,t,N,t,t,A,s,s,二、轴心受拉构件的受力分析,5.混凝土开裂荷载,N,t,t,=f,t,A,s,s,t,t,o,t0,f,t,t,=E,c,t,二、轴心受拉构件的受力分析,6.极限承载力,s,s,s,=E,s,s,y,s,h,f,y,t,t,o,t0,f,t,t,=E,c,t,A,s,s,（,A,s,f,y,）,N,t,混凝土退出工作,三、极限承载力公式的应用,1.既有构件轴心抗拉承载力计算,s,s,s,=E,s,s,y,s,h,f,y,t,t,o,t0,f,t,t,=E,c,t,A,s,s,（,A,s,f,y,）,N,t,验算,N,tu,N,tcr,，若成立，可以；否则取,N,tu,=,N,tcr,三、极限承载力公式的应用,1.基于承载力的构件截面设计,A,s,s,（,A,s,f,y,）,N,t,设计原则是：,N,t,N,tu,为了保证设计截面的极限承载力大于截面的开裂荷载，避免脆性破坏,三、极限承载力公式的应用,1.基于承载力的构件截面设计,A,s,s,（,A,s,f,y,）,N,t,最小配筋率的确定原则是：,N,tu,=,N,tcr,不同规范可能还会对上述值进行调整，作为实例见附表4-1,四、轴心受压短柱的受力分析,1.试验研究,b,h,A,s,A,N,c,N,c,混凝土压碎,钢筋凸出,o,N,c,l,混凝土压碎,钢筋屈服,第一阶段：加载至钢筋屈服,第二阶段：钢筋屈服至混凝土压碎,四、轴心受压短柱的受力分析,2.截面分析的基本方程,N,c,c,A,s,s,s,s,s,=E,s,s,y,s,h,f,y,0,=,0.002,o,c,f,c,c,平衡方程,变形协调方程,物理方程(以,f,cu,50Mpa为例,),四、轴心受压短柱的受力分析,3.荷载-变形关系,N,c,c,A,s,s,第一阶段,非线性关系,四、轴心受压短柱的受力分析,3.荷载-变形关系,N,c,c,A,s,f,y,第二阶段,当,0,=,0.002时，混凝土压碎，柱达到最大承载力,若,s,=,0,=,0.002，,则,轴心受压短柱中，当钢筋的强度超过400N/mm,2,时，其强度得不到充分发挥,四,、轴心受压短柱的受力分析,4.长期荷载下徐变的影响,N,c,施加后的瞬时,N,c,A,s,l,N,c,A,s,s1,c1,l,i,四,、轴心受压短柱的受力分析,4.长期荷载下徐变的影响,N,c,A,s,l,N,c,A,s,s1,c1,l,i,c2,A,s,s2,N,c,l（,i,+,cr,）,经历徐变后,四,、轴心受压短柱的受力分析,4.长期荷载下徐变的影响,N,c,撤去后,N,c,A,s,l,N,c,A,s,s1,c1,l,i,c2,A,s,s2,N,c,l（,i,+,cr,）,N,c,A,s,s3,c3,l,cr,五、轴心受压长柱的受力分析,1.试验研究,长柱的承载力3%，则,A,=,b,h,-,A,s,六、轴心受压承载力公式应用,2.基于承载力的构件截面设计,由,l,0,/,b,查表4-1求,验算,f,y,400N/mm,2,若,A,s,/,b,h,3%，则,A,=,b,h,；若,A,s,/,b,h,3%，则,A,=,b,h,-,A,s,，,重新计算,验算最小配筋率,七、配有螺旋筋柱的受力分析,1.配筋形式,s,s,d,cor,d,cor,七、配有螺旋筋柱的受力分析,2.试验研究,N,c,素混凝土柱,普通钢筋混凝土柱,螺旋箍筋钢筋混凝土柱,荷载不大时螺旋箍柱和普通箍柱的性能几乎相同,保护层剥落使柱的承载力降低,螺旋箍筋的约束使柱的承载力提高,标距,N,c,N,c,七、配有螺旋筋柱的受力分析,3.承载力计算,d,cor,r,f,y,A,ss1,f,y,A,ss1,约束混凝土的抗压强度,当箍筋屈服时,r,达最大值,核心区混凝土的截面积,间接钢筋的换算面积,七、配有螺旋筋柱的受力分析,3.承载力计算,d,cor,r,f,y,A,ss1,f,y,A,ss1,算得的承载力不宜大于普通箍柱承载力的,1.5,倍，以免保护层过早脱落,当,l,0,/d,c,12,时，不考虑箍筋的有利作用,当按上式算得的承载力小于普通箍柱承载力时，取后者,A,ss0,小于,A,s,的,25%,时，不考虑箍筋的有利作用,40,s,80,和,d,cor,/5,