受压构件的截面承载力课件

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,*,混凝土结构原理,受压构件的截面承载力,台州学院 建筑工程系,混凝土结构原理受压构件的截面承载力台州学院 建筑工程系,1,N,e,0,轴心受压,M,N,e,0,=,M,/,N,N,转化为,N,偏心受压,受压的概念,Ne0轴心受压MNe0=M/NN转化为N偏心受压受压的概念,2,一、轴心受压构件：配有纵筋和箍筋柱的受力分析,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,短柱,一、轴心受压构件：配有纵筋和箍筋柱的受力分析 1. 试验,3,长柱的承载力短柱的承载力（相同材料、截面和配筋,）,原因：长柱受轴力和弯矩（二次弯矩）的共同作用,一、轴心受压构件：配有纵筋和箍筋柱的受力分析,1. 试验研究,长柱,长柱的承载力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,40mm,s,80mm和d,cor,/ 5,规范同时考虑了可靠度的调整系数0.9及高强混凝土的特性，采用如下的计算式：,d,cor,r,f,y,A,ss1,f,y,A,ss1,二、轴心受压构件：配有纵筋和间接钢筋柱的承载力 4. 承,14,N,c,A,s,l,N,c,A,s,s1,c1,l,i,c2,A,s,s2,N,c,l (,i,+,cr,),A,s,s3,c3,l,cr,N,c,三、轴心受压柱的最大纵筋率,长期荷载下徐变的影响,规范规定：柱的全部受压纵筋配筋率不宜大于,5.0，,常用范围为,0.52.0,NcAslNcAs s1c1l ic2As,15,四、偏心受压构件工程实例及配筋形式,四、偏心受压构件工程实例及配筋形式,16,纵筋: 抗拉、抗压、抗剪,箍筋：侧向约束,内折角处！,b,h,四、偏心受压构件工程实例及配筋形式,箍筋：侧向约束内折角处！bh四、偏心受压构件工程实例及配,17,五、偏心受压构件的试验研究,N,f,e,0,混凝土开裂,混凝土全部受压不开裂,构件破坏,破坏形态与,e,0,、,A,s,、,A,s,有关,五、偏心受压构件的试验研究Nfe0混凝土开裂混凝土全部受压不,18,五、偏心受压构件的试验研究,N,e,0,N,e,0,f,c,A,s,f,y,A,s,s,h,0,e,0,很小,A,s,适中,N,e,0,N,e,0,f,c,A,s,f,y,A,s,s,h,0,e,0,较小,N,e,0,N,e,0,f,c,A,s,f,y,A,s,s,h,0,e,0,较大,A,s,较多,e,0,e,0,N,N,f,c,A,s,f,y,A,s,f,y,h,0,e,0,较大,A,s,适中,受压破坏（小偏心受压破坏）,受拉破坏（大偏心受压破坏）,界限破坏,接近轴压,接近受弯,A,s,1.0，取,1,=1.0,偏心受压构件长细比对截面曲率的影响系数,规范规定：,六、偏心受压计算中几个问题 2.单个构件的偏心距增大系数,23,七、偏心受压构件受力分析,大偏压构件,类似于双筋适筋梁（,A,s,过多时也例外）,小偏压构件,类似于双筋超筋梁,类似梁的方法进行分析,重点讲承载力,七、偏心受压构件受力分析大偏压构件类似于双筋适筋梁（As过,24,七、偏心受压构件受力分析,1. 承载力的简化分析方法,简化分析的基本原则,f,c,C,s,A,s,N,u,e,e,x,n,f,y,A,s,e,i,0.412,x,n,0.8,x,n,f,c,e,N,u,x,n,f,y,A,s,f,y,A,s,e,e,i,0.412,x,n,C,0.8,x,n,大偏心受压,小偏心受压,1,f,c,1,f,c,七、偏心受压构件受力分析1. 承载力的简化分析方法简化,25,七、偏心受压构件受力分析,1. 承载力的简化分析方法,界限状态的判别式,大偏心受压,小偏心受压,小偏心受压,大偏心受压,1,f,c,C,s,A,s,N,u,e,e,x,n,f,y,A,s,e,i,0.412,x,n,0.8,x,n,1,f,c,e,N,u,x,n,f,y,A,s,f,y,A,s,e,e,i,0.412,x,n,C,0.8,x,n,七、偏心受压构件受力分析1. 承载力的简化分析方法界限,26,七、偏心受压构件受力分析,2. 大偏心受压构件的承载力,C,e,N,f,y,A,s,f,y,A,s,e,e,i,x,1,f,c,基本计算公式,适用条件,保证受拉钢筋A,s,屈服,保证受压钢筋A,s,屈服,七、偏心受压构件受力分析2. 大偏心受压构件的承载力C,27,七、偏心受压构件受力分析,3. 大偏心基本公式的应用,不对称配筋时（,A,s,A,s,）的截面设计,情形I ：,A,s,和,A,s,均不知,设计的基本原则 ：,A,s,+,A,s,为最小,充分发挥混凝土的作用,方法1,：,C,e,N,f,y,A,s,f,y,A,s,e,e,i,x,1,f,c,七、偏心受压构件受力分析3. 大偏心基本公式的应用不对,28,七、偏心受压构件受力分析,3. 大偏心基本公式的应用,不对称配筋时（,A,s,A,s,）的截面设计,-大偏压,情形I ：,A,s,和,A,s,均不知,方法2,：,f,y,A,s1,f,y,A,s,M,1,N,f,y,A,s3,C,f,y,A,s2,1,f,c,M,2,x,N,x,C,f,y,A,s,f,y,A,s,1,f,c,MNe,C,e,N,f,y,A,s,f,y,A,s,e,e,i,x,1,f,c,七、偏心受压构件受力分析3. 大偏心基本公式的应用不对,29,七、偏心受压构件受力分析,3. 大偏心基本公式的应用,不对称配筋时（,A,s,A,s,）的截面设计,-,大偏压,情形II ：已知,A,s, 求,A,s,求,x,2,a,s,另一平衡方程求,A,s,2,a,s,方法1,：,C,e,N,f,y,A,s,f,y,A,s,e,e,i,x,1,f,c,七、偏心受压构件受力分析3. 大偏心基本公式的应用不对,30,七、偏心受压构件受力分析,3. 大偏心基本公式的应用,C,e,N,f,y,A,s,f,y,A,s,e,e,i,x,1,f,c,不对称配筋时（,A,s,A,s,）的截面设计-,大偏压,情形,II,：已知,A,s,求,A,s,方法2,：,f,y,A,s1,f,y,A,s,M,1,N,f,y,A,s3,C,f,y,A,s2,1,f,c,M,2,x,N,x,C,f,y,A,s,f,y,A,s,1,f,c,MNe,七、偏心受压构件受力分析3. 大偏心基本公式的应用Ce,31,七、偏心受压构件受力分析,例题：已知某柱在竖向荷载设计值作用下，纵向压力N940kN，弯矩M470kN.m,柱的截面h,b400mm,600mm, a,s,=a,s,=35mm, 混凝土C30，钢筋用HRB400级，柱的计算长度l,0,6.0m。,求钢筋截面面积A,s,和,A,s,七、偏心受压构件受力分析例题：已知某柱在竖向荷载设计值作用,32,七、偏心受压构件受力分析,作业：,1、某钢筋混凝土轴心受压构件，承受的轴向压力设计值N2700kN，柱的直径d450mm，计算长度l,0,4.5mm，在柱内配有8,22的HRB335级钢筋，混凝土C20。当采用HPB235级钢筋作螺旋钢筋时，试算柱内螺旋钢筋。,2、已知矩形截面偏心受压柱，截面尺寸h500mm，,b300mm，a,s,=a,s,=40mm,构件处于正常环境，承受纵向压力设计值N300kN，弯矩设计值W270kN.m, 混凝土C20，HRB335级钢筋，柱的计算高度l,0,4.2m。,（1）求钢筋截面面积A,s,和,A,s,。,（2）若,A,s,1954mm,2,，求计算截面所需的受拉钢筋,As。,七、偏心受压构件受力分析作业：,33,七、偏心受压构件受力分析,4. 小偏心受压构件的承载力,基本特征,A,s,不屈服（特殊情况例外）,受力形式,部分截面受压,全截面受压,七、偏心受压构件受力分析4. 小偏心受压构件的承载力基,34,七、偏心受压构件受力分析,4. 小偏心受压构件的承载力,C,s,A,s,N,e,e,f,y,A,s,e,i,x,1,f,c,基本计算公式-小偏压,和超筋梁类似，为了避免解高次方程简化为,七、偏心受压构件受力分析 4. 小偏心受压构件的承载力,35,不对称配筋时（,A,s,A,s,）的截面设计,-,小偏压,七、偏心受压构件受力分析,5. 小偏心基本公式的应用,当,A,s,受压屈服时（,特殊情况,），,即 时,C,s,A,s,N,e,e,f,y,A,s,e,i,x,1,f,c,不对称配筋时（AsAs）的截面设计七、偏心受压构件受力分,36,不对称配筋时（,A,s,A,s,）的截面设计,-,小偏压,设计的基本原则 ：,A,s,+,A,s,为最小,七、偏心受压构件受力分析,5. 小偏心基本公式的应用,C,s,A,s,N,e,e,f,y,A,s,e,i,x,1,f,c,不对称配筋时（AsAs）的截面设计设计的基本原则 ：As,37,特例：,e,i,过小，,A,s,过少，导致,A,s,一侧混凝土压碎，,A,s,屈服。为此，当Nf,c,A时，尚需作下列补充验算：,七、偏心受压构件受力分析,5. 小偏心基本公式的应用,h,0,f,y,A,s,N,e,f,y,A,s,a,s,1,f,c,e,i,附加偏心距e,a,与e,0,反向,特例：ei过小，As过少，导致As一侧混凝土压碎， As屈服,38,对称配筋（,A,s,=,A,s,）偏心受压构件的截面设计-判别式,对称配筋的受压构件,应用基本公式1,七、偏心受压构件受力分析,6. 对称配筋矩形截面偏心受压构件的设计,对称配筋（As=As）偏心受压构件的截面设计-判别式,39,对称配筋（,A,s,=,A,s,）大偏心受压构件的截面设计,应用基本公式2,七、偏心受压构件受力分析,6. 对称配筋矩形截面偏心受压构件的设计,对称配筋（As=As）大偏心受压构件的截面设计应用基本公式,40,对称配筋（,A,s,=,A,s,）小偏心受压构件的截面设计,对小偏心受压构件不真实，需重新计算,七、偏心受压构件受力分析,6. 对称配筋矩形截面偏心受压构件的设计,求出,后，便可计算,A,s,=,A,s,对称配筋（As=As）小偏心受压构件的截面设计对小偏心受压,41,大偏心受压构件的基本计算公式-,简化方法,x,1,f,c,e,N,u,f,y,A,s,f,y,A,s,e,e,i,b,f,b,f,h,h,0,A,s,A,s,x,h,f,h,f,b,七、偏心受压构件受力分析,7. I截面偏心受压构件的承载力,大偏心受压构件的基本计算公式-简化方法x1fceNu,42,b,f,b,f,h,h,0,A,s,A,s,x,h,f,h,f,b,七、偏心受压构件受力分析,7. I截面偏心受压构件的承载力,大偏心受压构件的基本计算公式-,简化方法,x,1,f,c,e,N,u,f,y,A,s,f,y,A,s,e,e,i,bfbfhh0AsAsxhfhfb七、偏心受压构件受力,43,x,b,f,b,f,h,h,0,A,s,A,s,h,f,h,f,b,小偏心受压构件的基本计算公式-,简化方法,x,e,e,N,u,1,f,c,s,A,s,f,y,A,s,e,i,七、偏心受压构件受力分析,7. I截面偏心受压构件的承载力,xbfbfhh0AsAshfhfb小偏心受压构件的基本,44,x,b,f,b,f,h,h,0,A,s,A,s,h,f,h,f,b,小偏心受压构件的基本计算公式-,简化方法,七、偏心受压构件受力分析,7. I截面偏心受压构件的承载力,x,e,e,N,u,1,f,c,s,A,s,f,y,A,s,e,i,xbfbfhh0AsAshfhfb小偏心受压构件的基本,45,小偏心受压构件的基本计算公式,为防止翼缘全截面受压时破坏，规范规定：对采用非对称配筋工字形截面小偏心受压构件，当,Nf,c,A,时，还应按下列公式进行验算,：,七、偏心受压构件受力分析,7. I截面偏心受压构件的承载力,小偏心受压构件的基本计算公式为防止翼缘全截面受压时破坏，规,46,大小偏心受压的界限判别式,I形截面一般采用对称配筋,应用基本公式1,七、偏心受压构件受力分析,7. I截面偏心受压构件的承载力,大小偏心受压的界限判别式I形截面一般采用对称配筋应用基本公式,47,基本公式的应用,截面设计,截面复核,和矩形截面构件类似（略）,七、偏心受压构件受力分析,7. I截面偏心受压构件的承载力,基本公式的应用截面设计截面复核和矩形截面构件类似（略）七、偏,48,八、偏心受压构件斜截面受剪承载力计算,1、偏心受压构件斜截面受剪性能,对于偏心受压构件，往往在截面受到弯矩,M,及轴压力,N,的共同作用的同时，还受到较大的剪力,V,作用。因此，对偏心受压构件，除进行正截面受压承载力计算外，还要验算其斜截面的受剪承载力。,在偏心受压构件中，由于轴向压应力的存在，延缓了斜裂缝的出现和开展，使混凝土的剪压区高度增大，构件的受剪承载力得到提高。,八、偏心受压构件斜截面受剪承载力计算 1、偏心受压构件斜截面,49,2、偏心受压构件斜截面受剪承载力计算公式,试验表明：,当,N0.3f,c,bh,时，轴力引起的受剪承载力的增量,V,N,与轴力,N,近乎成比例增长；,当,N,0.3f,c,bh,时，,V,N,将不再随,N,的增大而提高。,如,N0.7f,c,bh,将，发生偏心受压破坏。,混凝土结构设计规范对矩形截面偏心受压构件的斜截面,受剪承载力采用下列公式计算：,八、偏心受压构件斜截面受剪承载力计算,2、偏心受压构件斜截面受剪承载力计算公式八、偏心受压构件斜截,50,式中,偏心受压构件的计算剪跨比：,对框架柱(,以后再讲,)；对其他偏心受压构件，当承受均布荷载时，取,=,1.5,；当承受集中荷载时(包括作用有多种荷载、且集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75以上的情况)，取,=a/h,0,; 当,3时，取,=,3；此处 a为集中荷载至支座或节点边缘的距离。,N,与剪力设计值,V,相应的轴向压力设计值。,当,N,0.3f,c,A,时，取,N0.3f,c,A,A,为构件的截面面积。,八、偏心受压构件斜截面受剪承载力计算,式中八、偏心受压构件斜截面受剪承载力计算,51,为了防止斜压破坏，截面尺寸应满足下列条件,当符合下列条件时,可不进行斜截面受剪承载力计算，按构造要求配置箍筋。,八、偏心受压构件斜截面受剪承载力计算,为了防止斜压破坏，截面尺寸应满足下列条件 当符合下列条件时,52,九、偏心受压构件的构造要求,1.混凝土强度等级、计算长度及截面尺寸,(1)混凝土强度等级,受压构件的承载力主要取决于混凝土，因此采用较高强度等级的混凝土是经济合理的。,一般柱的混凝土强度等级采用C25及C30，对多层及高层建筑结构的下层柱必要时可采用更高的强度等级。,桥梁结构中的柱式墩台的墩柱及桩基础的柱也采用C30及以上强度等级的混凝土。,九、偏心受压构件的构造要求 1.混凝土强度等级、计算长度,53,(2)柱的计算长度,一般多层房屋中梁柱为刚接的,框架结构,各层柱段，其计算长度可由下表中的规定取用。,九、偏心受压构件的构造要求,(2)柱的计算长度九、偏心受压构件的构造要求,54,刚性屋盖单层房屋,排架柱,的计算长度可按表6-2规定取用。,九、偏心受压构件的构造要求,刚性屋盖单层房屋排架柱的计算长度可按表6-2规定取用。,55,(3),截面尺寸,为了充分利用材料强度，使构件的承载力不致因长细比过大而降低过多，柱截面尺寸不宜过小，矩形截面的最小尺寸不宜小于,250 mm,，同时截面的长边,h,与短边,b,的比值常,选用为,h/b,=1.53.0。一般截面应控制在,l,0,b,30及,l,0,h,25(b为矩形截面的短边，,h,为长边)。当柱截面的边长在800 mm以下时，截面尺寸以 50 mm为模数；边长在800 mm以上时，以 100 mm为模数。,九、偏心受压构件的构造要求,(3)截面尺寸九、偏心受压构件的构造要求,56,2.纵向钢筋及箍筋,1）纵向钢筋,（1）配筋率：,规范规定，轴心受压构件全部纵向钢筋的配筋率,=A,s,/A,不得小于0.006。受压钢筋的最小配筋率为0.002。,全部纵向钢筋配筋率不宜超过5。,（2）钢筋种类：,纵向受力钢一般选HPB235，HB335，HB400及RRB400.,（3）钢筋直径和根数限制：,纵向受力钢筋直径,d,不宜小于 12 mm，一般直径为 1240 mm。柱中宜选用根数较少、直径较粗的钢筋，但根数不得少于4根。圆柱中纵向钢筋应沿周边均匀布置，根数不宜少于8根，且不应少于6根。,九、偏心受压构件的构造要求,九、偏心受压构件的构造要求,57,1）纵向钢筋,（4）保护层厚度：,纵向钢筋的保护层厚度要求与梁相同，不小于25mm或纵筋直径,d,。,（5）钢筋净距：,当柱为,竖向浇注混凝土,时纵筋的净距不应小于50 mm也不大于300 mm。配置于垂直于弯矩作用平面的纵向受力钢筋的间距不应大于 350 mm。对,水平浇注,的预制柱其纵筋距的要求与梁同。,（6）纵向构造钢筋：,当偏心受压柱的,h,600mm时，在侧面应设置直径为1016mm的,纵向构造钢筋,，并相应地设置,复合箍筋,或拉筋。,九、偏心受压构件的构造要求,1）纵向钢筋九、偏心受压构件的构造要求,58,2),箍筋,（1）箍筋形式：,受压构造中的箍筋应为封闭式的。,（2）箍筋直径：,箍筋一般采用,H,B235,级钢筋，其直径不应小于,d,/,4,。且不应小于,6 mm。,此处，,d,为纵向钢筋的最大直径,。,（3）箍筋间距：,箍筋间距不应大于,400 mm,，且不应大于构件截面的短边尺寸,，,同时在绑扎骨架中不应大于,15,d,，在焊接骨架中不应大于,20,d,，,d,为纵向钢筋的最小直径,。,（4）复合箍筋：,当柱截面每边纵筋根数超过,3,根时。应设置,复合箍筋,，,当柱的短边不大于,400 mm,，且纵向钢筋不多于,4,根时，可不设置复合箍筋,(,图,6-35),。,特例：,当柱中全部纵向钢筋的,配筋率超过,3,时，箍筋,直径不宜小于,8mm,；并应焊成封闭式,或在箍筋末端做不小于,135,的弯钩,弯钩末端平直段的长度不应小于,10,倍箍筋直径,；,其间距不应大于,10(,d,为纵向钢筋的最小直径,),，且不应大干,200 mm,。,九、偏心受压构件的构造要求,2)箍筋九、偏心受压构件的构造要求,59,受压构件的截面承载力课件,60,