轴心受压构件正截面承载力计算

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,单元七 轴心受压构件的正截面,承载力计算,本章重点：,掌握轴心受压构件的概念及类型；,熟悉轴心受压构件的构造要求。,掌握轴心受压构件的长、短柱的破坏形态；,掌握稳定系数的概念及影响因素；,掌握轴心受压构件正截面承载力的计算公式及应用。,理想的轴心受压构件在实际工程中其实不存在，总有偏心,。,因为：,荷载不可避免存在偏心；,混凝土材料不均匀；,纵向钢筋布置有偏差；,施工有误差。,一、定义：,轴心受压构件：纵向外压力作用线与,受压构件轴线相,重合,的构件。,7-1,概述,二、工程中的轴心受压构件,(,图,),二、工程中的轴心受压构件,(,图,),钢筋混凝土轴心受压构件按照,箍筋的功能,和,配置方式,不同分为两种：,(1),普通箍筋柱,:,配有纵向钢筋和,普通箍,筋,的轴压构件。,(2),螺旋箍筋柱：,配有纵向钢筋和,螺旋箍,筋,的轴压构件。,三、轴心受压构件的类型,螺旋箍筋的形式,课题一 概述,一、构造要求,1,、轴心受压构件的承载力主要由混凝土承担，,设置轴,向钢筋的目的是：,（,1,）协助混凝土承受压力，可减小构件截面尺寸；,（,2,）承受可能存在的不大的弯矩；,（,3,）防止构件的突然脆性破坏。,2,、,普通箍筋的作用是：,防止纵向钢筋局部的压屈，并与纵向钢筋形成钢筋骨,架，便于施工。,7-2,普通箍筋柱,一、构造要求,混凝土：一般采用,C20C30,，或更高强度等级的混凝土；,截面：尺寸不宜过小，构件截面尺寸短边,不宜小于,250mm,；,纵筋：,(,受力筋，需设计计算,),钢筋牌号一般采用,HRB335,级、,HRB400,级,；,直径,d,12mm,根数,4,根,，纵筋,四个角,必须有，均布；,50mm,净距,350mm,c,公称直径,满足要求。,配筋率：,As,/A,截面形状：一般多为,正方形,或,矩形,；,0.5%,为承受可能出现的弯矩、混凝土收缩和温度变化引起的拉应力,防止由于混凝土徐变，在卸载时造成混凝土开裂,一、构造要求,箍筋,(,构造筋，不做计算,),封闭式；,d,8mm,d,纵,/4,；,s,400mm,15,d,纵，,且不大于短边尺寸,。,在纵向钢筋搭接范围内，,s,10,d,纵,且不大于,200mm,当,3%,时，,s 10d,纵且不大于,200mm,。,一、构造要求,二、破坏形态,短柱：,l,0,/,r,28,，,l,0,/,b,8,按照,长细比,不同，轴心受压构件分为,短柱和长柱,两种。,破坏过程,：,90%,破坏荷载时,四周出现纵向裂缝，部分保护层剥落,箍筋间纵筋屈曲外鼓，混凝土被压碎，构件破坏,荷载小时均匀压缩变形,箍筋强大的柱破坏时“混凝土碎而不倒”,箍筋的约束作用,无约束箍筋的柱的破坏,破坏特征,：为,材料破坏,。,试验结论：轴压构件破坏时压应变达到,0.002,左右,(,注意：不是,0.0035),，混凝土达到轴心抗压强度，受压纵筋达到抗压屈服强度。,纵筋能不能采用高强度钢筋，？,（从轴压构件破坏时的压应变考虑）,二、受力分析及破坏特征,短柱,破坏特征：失稳破坏,长柱,二、受力分析及破坏特征,荷载不大时，不仅产生压缩变形，,同时产生较大的横向挠度,凹侧的混凝土先被压碎，有纵向裂缝，纵向钢筋被压弯而向外鼓出，混凝土保护层脱落,凸侧的混凝土则由受压突然转变为受拉，出现水平裂缝,试验表明：,短柱总是,压碎破坏，,长柱是,失稳破坏。,受压承载力小于同样尺寸和配筋的短柱。,长细比越大，承载力越小。,原因：,偶尔的偏心，使得长柱受轴力和弯矩（二次弯矩）的共同作用。,概念,:,稳定系数,：对于钢筋混凝土轴心受压构件，长柱失稳破坏时的临界压力 与短柱压坏时的轴心压力 ，即：,稳定系数 主要与构件的,长细比,有关，混凝土强度等级与配筋率对其影响很小。,长细比,：是一个没有单位的参数，它综合反映了杆长、支承情况、截面尺寸和截面形状对临界力的影响。,三、稳定系数,长细比表达式：,矩形截面：,圆形截面：,一般截面：,杆件,构件及其两端固定情况,计算长度,l,0,直杆,两端固定,0.5,l,一端固定，一端为不移动铰,0.7,l,两端均为不移动铰,1.0,l,一端固定，一端自由,2.0,l,构件纵向弯曲计算长度,l,0,值,三、稳定系数,根据计算的长细比，,查书中表,7-1,取 值,课题二 正截面承载力计算,一、计算公式,破坏时的轴心力：,短柱,关键问题：,徐变对轴压构件的影响；,钢筋抗压强度设计值的确定,;,公路桥规公式：,j,稳定系数；,构件毛截面面积，当纵向钢筋配筋率 大于,0.03,时，,A,采用混凝土截面净面积,(7-2),普通箍筋柱的正截面承载力计算，分为,截面设计,和,承载力复合,两种,。,1.,截面设计之一,：,(,尺寸已知,),已知：,截面尺寸、计算长度、混凝土轴心抗压强度和,钢筋抗压强度设计值、轴向压力组合设计值,求：,纵向钢筋所需面积,计算步骤：,(1),计算长细比，由表,7-1,查得相应的稳定系数；,(2),由公式（,7-2,）求得所需纵向钢筋面积,As,；,(3),根据计算值及构造要求选择并布置钢筋。,二、计算内容,练习题：,预制的钢筋混凝土轴心受压构件，截面尺寸为：，计算长度 ；采用,C25,混凝土，,HRB335,钢筋（纵筋）和,R235,钢筋（箍筋）；作用的轴向压力组合设计值,;,类环境条件，安全二级，试进行构件的截面设计。,2.,截面设计之二（尺寸未知）,截面尺寸未知，求,纵向钢筋所需面积,计算步骤：,(1),先假设一个,(,=0.8,%1.5%,),，令稳定系数,1,；则可将,As=,A,代入公式（,7-2,）得：,求出截面面积,A,，取整；,(2),按第一种情况,长细比，确定 值,，求,As.,见书中例题,7-1,二、计算内容,3.,截面复核：,已知：,截面尺寸、计算长度、混凝土轴心抗压强度,和钢筋抗压强度设计值、轴向压力组合设计,值、全部纵向钢筋的截面面积,求：,截面承载力,计算步骤：,2,、计算长细比，由附表,7-1,查得相应的稳定系数；,1,、检查纵向钢筋和箍筋布置是否符合要求；,应满足,3,、,由公式（,7-2,）计算正截面承载力,二、计算内容,例题：一现浇钢筋混凝土轴心受压柱，矩形截面，,b=h=250mm,，计算高度,l,0,=6.5m,，,C25,，,HRB335,纵筋，,4,根直径,25mm,。安全等级二级。问该柱能承担的最大轴力设计值。,（思考题,）例题：某普通箍筋柱，矩形截面，,b,300mm,，,h,350mm,，柱子高度,3.2m,一端固定一端铰支，柱内配有纵筋,4,根,16mm,，,HRB335,，,C20,，问该柱能否承受作用在柱顶的,1200kN,的轴向压力设计值。（需考虑柱子自重）,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,一、构造,截面,：,圆形、正多边形、环形。,纵筋,:,作用：,同普通箍筋柱,沿圆周均匀分布；,d,12mm,；,最少,6,根；,As,一般为核心面积的,0.8%,1.2%,箍筋,:,为螺旋筋或焊接环筋，统称为,间接钢筋。,箍筋为不断开的。,间接钢筋作用：,间接钢筋的间距,：,40mms,80mm,且,s,小于,间接钢筋的直径：,dd,纵,/4,且,8mm,一般为,8-12mm,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,一、构造,二、应用,房屋建筑结构中的柱,桥梁结构的墩和桩,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,三、受力分析及破坏特征,#,螺旋箍筋柱正截面承载力（抗压承载力）提高的原因？,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,破坏过程,：,破坏特征,：破坏时纵筋压屈，保护层混凝土脱落，间接钢筋受拉屈服。,构件延性好，变形大。,螺旋箍筋对混凝土横向变形产生约束,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,四、,螺旋箍筋轴压构件正截面承载力计算,约束混凝土的抗压强度：,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,然后可推出计算公式,由隔离体列平衡方程，？,令,四、,螺旋箍筋轴压构件正截面承载力计算,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,公路规范公式：,间接钢筋的强度,；,构件的核心截面面积,；,间接钢筋的换算面积，；,单根间接钢筋的截面面积,；,间接钢筋的间距,；,间接钢筋的影响系数，混凝土强度,C50,及以下时，,k=2.0,；,C50-C80,取,k=2.0-1.7,中间直线插入取值。,混凝土强度,C50,C55,C60,C65,C70,C75,C80,k,2.0,1.95,1.90,1.85,1.80,1.75,1.70,四、,螺旋箍筋轴压构件正截面承载力计算,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,公路规范公式：,公式适用条件：,四、,螺旋箍筋轴压构件正截面承载力计算,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,l,0,/,r,48,或,l,0,/,d,12,2,、,1,、,否则按普箍算,Nu,。,，否则按普箍算,Nu,。,3,、,原因,：防止混凝土保护层提前脱落。,4,、,，否则按普箍算,Nu,。,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,问：配有密排螺旋筋的轴压柱，当截面长细比,l,0,/d,15,时，如果,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,问：配有密排螺旋筋的轴压柱，当截面长细比,l,0,/d,11,时，如果,问：配有密排螺旋筋的轴压柱，当截面长细比,l,0,/d,11,时，如果,例题,2,：,圆形截面轴心受压构件，直径为,450mm,，计算长度,2.25m,轴向压力设计组合值,N,d,=2580kN,，纵筋用,HRB335,级，箍筋用,R235,级，混凝土强度等级为,C25,。,I,类环境条件，安全等级二级，试进行构件的配筋设计,。,6.2,配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,