第3章轴心受力

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,3,章 钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算,*,第,3,章 钢筋混凝土轴心受力构件,正截面承载力计算,本章学习要点,了解轴心受拉构件和轴心受压构件的受力全过程；,掌握轴心受拉构件和轴心受压构件正截面承载力的计算方法；,熟悉轴心受力构件的构造要求。,3,.1,概述,N,N,c,A,A,s,钢筋混凝土桁架或拱拉杆、受内压力作用的环形截面管壁及圆形贮液池的筒壁等，通常按,轴心受拉构件,计算。,3.1,概述,在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。,由于施工误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。,对,以永久荷载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按,轴心受压构件,计算。,3.1,概述,3,.2,轴心受拉构件,正截面承载力计算,N,N,c,A,A,s,3.2,轴心受拉构件正截面承载力计算,几何条件,e,s,=,e,c,=,e,物理关系,平衡条件,开裂前,N,N,cr,r,=,A,s,/,A,c,N,s,s,N,e,s,=,e,c,=,e,配筋率,一、轴拉构件受力性能,3.2,轴心受拉构件正截面承载力计算,换算混凝土面积,当,s,c,=,f,t,时,，混凝土即将开裂。,此,时,混凝土,的弹性特征系数,n,=0.5,3.2,轴心受拉构件正截面承载力计算,开裂荷载,开裂瞬间,钢筋应力增量,由平衡条件,自行验证,+,r,t,f,s,c,=,f,t,s,c,=,0,3.2,轴心受拉构件正截面承载力计算,混凝土开裂后,如果配筋足够，荷载可以继续增加。,但裂缝截面混凝土应力始终为零，,开裂以后的全部荷载增量均由钢筋承担。,当钢筋应力达到,s,s,=,f,y,时,极限拉力,N,u,=,f,y,A,s,3.2,轴心受拉构件正截面承载力计算,f,t,2,a,E,f,t,2,a,E,f,t,+,f,t,/,r,f,y,s,s,s,c,N,cr,N,u,N,3.2,轴心受拉构件正截面承载力计算,二、轴心受拉构件正截面承载力计算,N,为轴向拉力的设计值；,f,y,为钢筋抗拉强度设计值；,A,s,为全部受拉钢筋的截面面积。,构造要求：,1.,纵筋：一般由裂宽验算控制；沿截面周边均匀布置。,2.,箍筋：,6,，,=150200mm,。,3.2,轴心受拉构件正截面承载力计算,1,、配有纵筋和普通箍筋的柱,2,、配有纵筋和螺旋箍筋的柱,螺旋箍筋柱,：箍筋的形状为圆形且间距较密，其作用,？,普通箍筋柱,：,箍筋,的作用,？,纵筋,的作用,？,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,3,.3,轴心受压构件正截面承载力计算,纵筋的作用：,1,、协助混凝土受压,减小截面尺寸，提高承载力；,2,、承受可能出现的较小弯矩产生的拉力；,3,、防止构件突然的脆性破坏，提高其变形能力；,4,、减小混凝土的徐变变形。,箍筋的作用：,1,、防止纵筋受力后压屈，并与纵筋组成钢筋骨架；,2,、约束混凝土，防止构件突然的脆性破坏。,3,、螺旋箍筋还能约束核心内的混凝土横向变形，使之三向受压，进一步提高构件的承载力及变形能力。,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,N,一、普通箍筋柱,（一）,短柱在短期荷载下的受力分析及破坏特征,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,试验结果表明：,当荷载较小时，轴压力与压缩变形基本成正比；,当荷载较大时，变形比荷载增长得快；,最后，柱四周出现纵向裂缝，混凝土保护层剥落，纵筋向外屈折，混凝土被压碎。,此时纵筋应力可达到：,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,可见,柱子若采用高强钢筋，则,混凝土,被压碎时，钢筋还未达到屈服强度，钢筋强度没有得到充分利用。,钢筋的受压强度：,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,（二）徐变对轴心受压构件的影响,由于混凝土徐变（压缩）的影响，钢筋和混凝土之间会发生应力重分布现象：,钢筋压应力逐步增大，而混凝土压应力逐步降低,即徐变对混凝土起着卸荷作用,.,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,若纵筋配筋率过大，混凝土受到的拉力将会超 过混凝土的抗拉强度而出现裂缝；故,规范,要求,（三）长细比的影响,由于有初始偏心距产生了附加弯矩，附加弯矩又增大了柱的侧向挠度，交互影响将导致长柱最终在弯矩和轴力共同作用下发生破坏。,若柱的长细比很大时，还可能发生失稳破坏。,当卸荷时，纵筋受拉变形要回弹，而混凝土徐变是不可恢复的变形，二者的变形差异，使,纵筋受到的压力，,混凝土受拉力；,设计时一般取,0.6,2.0%,。,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,试验表明：,长柱承载力,短柱承载力,与构件长细比有关，见,P59,表,3,1,用稳定系数,表示长柱承载力降低的程度,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,（四）承载力计算公式,可靠度调整系数,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,（五）构造要求,1.,材料强度,混凝土,：应采用强度等级较高的混凝土。,一般结构中常用,C25,C40,在高层建筑中，经常使用,C50C60,级混凝土。,钢筋：,通常采用,级和,级钢筋，不宜过高。,2.,截面形状和尺寸,一般,采用,方形,截面，也可采用,矩形、,圆形、正多边形,截面。,柱的截面尺寸一般应控制在,l,0,/,b,30,及,b,250mm,。,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,3.,纵向钢筋,规范,规定,:,轴心受压构件全部纵向钢筋的配筋率,不应小于,0.6%,；,也,不宜超过,5%,。,柱中纵向受力钢筋直径,d 12mm,，,宜根数少而粗，对,矩形截面,4,根，,圆形截面,6,根。,纵向钢筋的保护层厚度要求见,P349,附表,7,1,，且,d,。,纵筋,应沿周边均匀布置，,净距,50mm,，,中距,350mm,。,4.,箍 筋,箍筋应采用封闭式，直径,6mm,，,d/4;,d,为纵筋的最大直径。,箍筋间距,400mm,，,b,，,15d,（,绑扎钢筋骨架），,20d,（,焊接钢筋骨架）,;,d,为纵筋的最小直径。,当柱中全部纵筋的配筋率超过,3%,，箍筋直径,8mm,，,且应焊成封闭式；箍筋间距,10d,，,200mm,。,当,b,400mm,且各边纵筋根数,3,根时，或当,b400mm,但各边纵筋根数,4,根时，应设置复合箍筋。（,P61,图,3,9,）,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,二、螺旋箍筋柱,（一）螺旋筋柱的配筋形式,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,d,min,=d-2C,min,（二）螺旋筋柱的受力特点,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,混凝土圆柱体在三向受压状态下的纵向抗压强度,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,达到极限状态时，砼保护层已剥落，不考虑其承载力：,间接钢筋达到屈服强度时,核心砼受到的径向压应力,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,间接钢筋换算截面面积,A,sso,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,a,间接钢筋对混凝土约束效应的折减系数,当,C50,时，取,a,=1.0,；,当,=C80,时，取,a,=0.85,，,其间直线插值。,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,按普通箍筋柱计算的承载力的,1.5,倍,。,3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,规范,规定，,凡属下列情况之一，,不考虑螺旋箍筋的约束作用,：,当,l,0,/,d,12,时，,长细比过大，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。,当,A,ss0,A,s,/,4,时，,螺旋箍筋的约束效果不明显。,此外要求,sd,cor,/5,，,s,80mm,，且,s,40mm,。,保证螺旋箍筋的约束效果，,同时为方便施工。,P66,作业：,3,1,3,2,（,f,c,应乘以,0.8,）,3,3(,螺旋箍筋用,HPB300,，取,C,min,=35mm),3.3,轴心受压构件正截面承载力计算,当,