第7章受压构件承载力计算课件

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7章,受压构件承载力计算,第7章 受压构件承载力计算,1,本章主要内容,1配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件的破坏形态、承载力计算；,2配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件的破坏形态、承载力计算；,3稳定系数的概念及其影响因素；,4核心混凝土强度分析及强度计算；,5普通箍筋柱、螺旋箍筋柱的配筋特点和构造要求。,本章主要内容1配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件的破坏,2,偏压构件正截面的受力特点和两种破坏形态,大小偏压的分界和判别条件;,熟习偏心受压构件的二阶效应及计算;,矩形截面偏心受压构件的正截面承载力计算方法，,包括计算公式、公式的适用条件、对称配筋和非,对称配筋的截面设计和截面复核；,I形、T形截面偏心受压构件的正截面承载力,计算方法；,圆形截面偏心受压构件的截面设计和截面复核；,偏心受压构件配筋的构造要求和合理布置。,偏压构件正截面的受力特点和两种破坏形态,3,7.1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件,一、钢筋混凝土柱的分类,普通箍筋柱：配有纵筋和箍筋的柱。,螺旋箍筋柱：配有纵筋和螺旋筋或焊接环筋的柱,h,b,s,s,普通箍筋柱,D,s,s,螺旋箍筋柱,箍筋,纵筋,7.1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件一、钢筋混凝,4,轴心受力构件的实际应用,框架结构中的柱(Columns of Frame Structure),轴心受力构件的实际应用框架结构中的柱(Columns o,5,屋架结构中的上弦杆(Top Chord of Roof Truss Structure),轴心受力构件的实际应用,屋架结构中的上弦杆(Top Chord of Roof T,6,桩基础(Pile Foundation),轴心受力构件的实际应用,桩基础(Pile Foundation)轴心受力构件的实,7,第7章受压构件承载力计算课件,8,第7章受压构件承载力计算课件,9,第7章受压构件承载力计算课件,10,二、破坏形态,1.影响因素：,（1）徐变：,使钢筋应力突然增大，砼应力减小（应力重分布）,突然卸载砼会产生拉应力。,（2）长细比：(l,0,/b),2普通箍筋柱的破坏特征,（1）,短柱破坏材料破坏。,破坏特征:,纵向裂缝、纵筋鼓起、砼崩裂。,7.1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件,二、破坏形态1.影响因素：7.1 配有纵向钢筋和普通箍,11,轴心受压构件试件,轴心受压短柱的破坏形态,a)短柱破坏b)局部放大,轴心受压构件试件轴心受压短柱的破坏形态a)短柱破坏b)局部放,12,（2）长柱破坏失稳破坏,破坏特征：,凹侧砼先被压碎，砼表面有纵向裂缝；凸侧则由受压突然转为受拉，出现横向裂缝；破坏前，横向挠度增加很快，破坏来得比较突然，导致失稳破坏。,承载能力要小于同截面、配筋、材料的短柱。,（2）长柱破坏失稳破坏,13,轴心受压长柱的破坏形态,a)长柱的破坏b)局部放大图,轴心受压长柱的破坏形态,14,纵向钢筋作用:,承受部分轴,力，减小构件截面尺寸,提高混凝土的变形能力,抵抗构件偶然偏心产生的弯曲应力,减小混凝土的收缩与徐变变形,箍 筋 作 用:,与纵筋形成钢筋骨架,防止纵筋压屈（主要的）,对核心混凝土有一定的约束作用（计算时一般不考虑）,纵向钢筋作用:承受部分轴力，减小构件截面尺寸箍 筋 作,15,三、纵向稳定系数,1.定义：,考虑构件长细比增大的附加效应使构件承载力降低的计算系数。,2.计算：,=,p,l,/,p,s,3.,影响因素:,长细比、柱的初始挠度、竖向力的偏心有关，,混凝土强度等级、钢筋强度等级及配筋率对其影响较小。,7.1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件,三、纵向稳定系数 1.定义：考虑构件长细比增大的附加效应使,16,短柱：,1.0,长柱：,l,0,/,i,(,或,l,0,/,b,),查表,l,0,构件的计算长度，与构件端部的支承条件有关。,两端铰,一端固定，一端铰支,两端固定,一端固定，一端自由,实际结构按规范规定取值,1.0,l,0.7,l,0.5,l,2.0,l,短柱：1.0长柱：l0/i(或l0/b)查,17,四、正截面承载力计算,计算简图,f,cd,N,A,s,A,计算公式,当纵向钢筋配筋率大于3时，式中的,A,应改用 。,四、正截面承载力计算 计算简图fcdNAsA 计算公式当,18,1）截面设计,已知截面尺寸，计算长度,l,0,，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。,2）截面复核,已知截面尺寸，计算长度,l,0,，全部纵向钢筋的截面面积，混凝土轴心抗压强度和钢筋抗压强度设计值，轴向力组合设计值，求截面承载力。,1）截面设计,19,五、构造要求,1.混凝土,一般多采用,C25C40,级混凝土。,2截面尺寸 ,尺寸模数化：250，300，350,不宜小于250mm。,3纵向钢筋,直径：,1232mm,，根数为,4,，纵筋之间净距,50mm,，且不超过350mm(如上图所示)净保护层：,25mm,7.1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件,最小配筋率:全截面0.5,一侧0.2,附表1-9,五、构造要求 7.1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受,20,4.箍筋,箍筋直径：,应不小于纵向钢筋直径的,1/4,且不小于,8mm,;,箍筋间距,：不应大于纵向钢筋直径的,15,倍，且不大于构件截面的较小尺寸（圆形截面用,0.8倍,直径），并不大于,400mm,;在纵向钢筋截面积超过混凝土计算截面积的3%时，箍筋的间距应不大于纵向钢筋直径的10倍，且不大200mm。,复合箍筋:,沿箍筋设置的纵向钢筋离,角筋,间距大于150mm或15倍箍筋直径（取较大者）范围，则应设置复合箍筋。,7.1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件,4.箍筋 7.1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件,21,复合箍筋的布设,复合箍筋的布设,22,【例7-1】某现浇钢筋混凝土轴心受压柱，安全等级为二级，轴向压力组合设计值,N,d,=1400kN，计算长度,l,0,=5m，纵向钢筋采用HRB335级，混凝土强度等级为C25。试确定该柱截面尺寸及纵筋截面面积。,（1）初步确定柱截面尺寸,【解】,=1.0,【例7-1】某现浇钢筋混凝土轴心受压柱，安全等级为二级，轴向,23,选用正方形截面,（2）计算稳定系数,l,0,/,b,=5000/350=14.29，由附表1-10查得,（3）计算钢筋截面面积,选用正方形截面（2）计算稳定系数 l0/b=5000/35,24,（4）验算配筋率,纵向受力钢筋选用4 18,A,s=1018mm,2,。相差-3.4%。,纵向受力钢筋选用4 18 As=1018mm2。相差-3,25,【例7-2】某现浇钢筋混凝土轴心受压柱，安全等级为二级,截面尺寸,b,h,=300300mm，采用4,20的HRB335级钢筋，C25级混凝土，计算长度,l,0,=4.5m，承受轴向力组合设计值1000kN。试校核此柱是否安全。,（1）确定稳定系数,l,0,/,b,=4500/300=15,（2）验算配筋率,满足最小配筋率要求。,【解】,=1.0,【例7-2】某现浇钢筋混凝土轴心受压柱，安全等级为二级,截面,26,（3）确定柱截面承载力,此柱截面安全。,=0.90.895(11.5300300+2801256),=1116.9710,3,N=1116.97kN,=,1000kN,（3）确定柱截面承载力此柱截面安全。=0.90.895(,27,7.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,螺旋钢箍柱的受力特点,螺旋筋或焊接环筋又称间接钢筋,核心区混凝土处于三轴受压状态,混凝土纵向抗压强度满足,f,cc,=,f,c,+k,s,2,D,s,s,螺旋筋或焊接环筋,核心区混凝土处于,三轴受压状态,d,cor,s,2,7.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件Dss螺旋筋,28,7.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,一、,受力分析及破坏特征,1、受力分析,螺旋箍筋或焊接圆环箍筋能约束混凝土在轴向压力作用下所产生的侧向变形，对混凝土产生间接的,被动侧向压力,，从而提高混凝土的抗压强度和变形能力。,箍筋则产生,环向拉力,。当箍筋外部的混凝土被压坏并剥落后，箍筋以内即核心部分的混凝土仍能继续承受荷载，当箍筋达到抗拉屈服强度而失去约束砼侧向变形的能力时，核心砼才会被压碎而导致整个构件破坏。,7.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件一、受力分析及,29,受压轴心柱的应力应变曲线,受压轴心柱的应力应变曲线,30,2、破坏特征,当承受轴向压力时，螺旋箍筋阻止砼的横向变形，使砼处于,三向受力状态，,轴向力增大到一定数值，砼保护,层开始剥落,，随着轴向力增大，螺旋箍筋应力也增大，最后达到,屈服强度,，失去核心砼的约束作用，使砼压碎而破坏。,图,7-2,螺旋箍筋柱轴心受压构件破坏情况,7.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,2、破坏特征 图7-2螺旋箍筋柱轴心受压构件破坏情况7,31,二、适用条件和强度提高原理,1适用条件：；,尺寸受到限制。,注意：螺旋箍筋柱不如普遍箍筋柱经济，一般不宜采用。,2强度提高原理,螺旋箍筋对其核心混凝土的约束作用，使混凝土抗压强度提高，根据圆柱体三向受压试验结果，约束混凝土的轴心抗压强度近似表达式：,式中 为作用于核心混凝土的径向压应力值。,7.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,二、适用条件和强度提高原理 7.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋,32,令,由轴向力的平衡，螺旋箍筋柱的承载力：,f,s,A,s01,s,d,cor,f,s,A,s01,s,2,u,（间接钢筋换算截面面积）,三、承载力计算,令由轴向力的平衡，螺旋箍筋柱的承载力：fsAs01sdcor,33,三、承载力计算,螺旋箍筋柱正截面承载力的计算式并应满足,螺旋筋仅,能间接地提高强度，对柱的稳定性问题毫无帮助，,因此长柱和中长柱应按普通箍筋柱计算，不考虑螺旋筋作用。,7.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,混凝土强度等级C50以下时，取k=2.0;C50,C80取k=2.01.7,中间值按直线插入取用。,三、承载力计算 螺旋筋仅能间接地提高强度，对柱,34,四、与按普通箍筋柱强度计算值的比较,（短柱）,1螺旋箍筋柱的强度不会小于普通箍筋柱的强度，即,这种情况在砼保护层面积相对较大时发生。,2螺旋箍筋配量过小，作用不显著，不计其作用，即,如果 那么,3螺旋筋不能提高强度过多，否则会导致混凝土保护层剥落，即,7.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,四、与按普通箍筋柱强度计算值的比较（短柱）7.2 配,35,五、构造要求,1、螺旋箍筋柱的,纵向钢筋应沿圆周均匀分布,，其截面积应不小于箍筋圈内核心截面积的,0.5%,。常用的配筋率在,0.8%,1.2%,之间。,2、构件,核心截面积,应不小于构件整个截面面积的,2/3,。,3、螺旋箍筋的直径不应小于纵向钢筋直径的1/4，且不小于8mm，,一般采用（8,12）mm,。为了保证螺旋箍筋的作用，螺旋箍筋的间距,S,应满足：,S,应不大于核心直径 的1/5，即,S,；,S,应不大于,80mm,，且不应小于,40mm,，以便施工。,7.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,五、构造要求 7.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,36,【例7-3】一圆形截面螺旋箍筋柱，直径450mm，计算高度3m，安全等级为二级，承受轴向力设计值为2000kN，混凝土强度等级为C20，纵向受力钢筋选HRB335级钢筋，螺旋箍筋采用R235级钢筋，纵向受力钢筋混凝土保护层为30mm。试确定螺旋箍筋和纵向钢筋截面面积。,解：查得,d,cor=450-230=390 mm,1)验算构件长细比,构件长细比满足要求。,【例7-3】一圆形截面螺旋箍筋柱，直径450mm，计算高度3,37,2)选定间接钢筋直径,d,和间距,s,根据构造要求，间接钢筋的直径不应小于纵向钢筋直,径的1/4，