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第四章第四章 钢筋混凝土轴心受力构件钢筋混凝土轴心受力构件苏州科技学院苏州科技学院 土木工程学院土木工程学院唐兴荣唐兴荣 博博 士士 教教 授授二二O O一二年元月一二年元月 受拉构件分类受拉构件分类 当外力的作用线与构件轴线相重合的受拉构件称为当外力的作用线与构件轴线相重合的受拉构件称为轴心受拉构件轴心受拉构件 当外力的作用线不与构件轴线相重合的受拉构件称为当外力的作用线不与构件轴线相重合的受拉构件称为偏心受拉构件偏心受拉构件e0NN（a）轴心受拉；）轴心受拉； （b）偏心受拉）偏心受拉受拉构件示意图受拉构件示意图偏心受压构件第六章 在实际工程中，在实际工程中，理想的轴心受拉构件是不存在的理想的轴心受拉构件是不存在的 (由于构件截面尺寸的施工误差、装配式构件安装定位不够准确、以及由于构件截面尺寸的施工误差、装配式构件安装定位不够准确、以及钢筋位置的偏差和混凝土浇筑质量的不均匀等因素，导致构件的实际轴钢筋位置的偏差和混凝土浇筑质量的不均匀等因素，导致构件的实际轴线偏离几何轴线而处于偏心受拉状态线偏离几何轴线而处于偏心受拉状态) 圆水池池壁或水管管壁桁架下弦NNNNr（a）圆形水池池壁环向部分）圆形水池池壁环向部分 （b）房屋中屋架的受拉弦杆和腹杆）房屋中屋架的受拉弦杆和腹杆图图4-1 轴心受拉构件工程实例轴心受拉构件工程实例 轴心受拉构件的工程实例第一节第一节 轴心受拉构件的受力特点轴心受拉构件的受力特点一、一、构件从开始受力到破坏的全过程构件从开始受力到破坏的全过程（加载（加载0 0 NuNu）三个阶段三个阶段 第一阶段：混凝土开裂前即将开裂2EftkAsftkNcr 第二阶段：混凝土开裂后第二阶段：混凝土开裂后 第三阶段：破坏阶段第三阶段：破坏阶段 当钢筋应力达到抗拉屈服强度当钢筋应力达到抗拉屈服强度fy时，裂缝开展很大，可认为构件达到时，裂缝开展很大，可认为构件达到了破坏状态。了破坏状态。NufykAs极限状态sykuAfN（4-10）第二节第二节 轴心受拉构件的承载力计算轴心受拉构件的承载力计算NfyAs计算简图0X syuAfNN一、计算公式N轴向拉力设计值fy钢筋抗拉强度设计值As纵向受拉钢筋截面面积二、构造要求二、构造要求（1）纵向受力钢筋）纵向受力钢筋 受力钢筋应沿截面周边均匀地对称布置，并宜优先选择直径较小的钢筋；受力钢筋应沿截面周边均匀地对称布置，并宜优先选择直径较小的钢筋； 按构件截面计算的全部受力钢筋的最小配筋百分率不应小于按构件截面计算的全部受力钢筋的最小配筋百分率不应小于90ft/fy，同时不应小于同时不应小于0.4%； 轴心受拉构件的受力钢筋不得采用非焊接的搭接接头。轴心受拉构件的受力钢筋不得采用非焊接的搭接接头。（2）箍筋）箍筋 与纵向受力钢筋垂直固定纵向钢筋的位置，并与纵向钢筋组成钢筋骨与纵向受力钢筋垂直固定纵向钢筋的位置，并与纵向钢筋组成钢筋骨架。按构造要求配置（架。按构造要求配置（最小直径最小直径6mm，最大间距，最大间距200mm）第三节第三节 轴心受拉构件构件的裂缝宽度验算轴心受拉构件构件的裂缝宽度验算例例4-1（P50）、例）、例4-2（P52）【解】【解】第四节第四节 轴心受压构件轴心受压构件 受压构件的分类受压构件的分类 当外力的作用线与构件轴线相重合的受压构件称为当外力的作用线与构件轴线相重合的受压构件称为轴心受压构件轴心受压构件 当外力的作用线不与构件轴线相重合的受压构件称为当外力的作用线不与构件轴线相重合的受压构件称为偏心受压构件偏心受压构件NNe0（a）轴心受压；（）轴心受压；（b）偏心受压）偏心受压受压构件示意图受压构件示意图偏心受压构件第六章 在实际工程中，理想的轴心受压构件是不存在的在实际工程中，理想的轴心受压构件是不存在的 （由于构件截面尺寸的施工误差、装配式构件安装定位不够准确、以由于构件截面尺寸的施工误差、装配式构件安装定位不够准确、以及钢筋位置的偏差和混凝土浇筑质量的不均匀等因素，导致构件的实及钢筋位置的偏差和混凝土浇筑质量的不均匀等因素，导致构件的实际轴线偏离几何轴线而处于偏心受压状态，而且荷载作用位置的偏差际轴线偏离几何轴线而处于偏心受压状态，而且荷载作用位置的偏差以及构件截面中可能作用的计算未考虑到的附加弯矩，也将使实际压以及构件截面中可能作用的计算未考虑到的附加弯矩，也将使实际压力偏离轴线力偏离轴线） 工程实例工程实例NNCDDCBAAB(a)(b)(c)轴心受压构件实例轴心受压构件实例（a）屋架中的上弦和受压腹杆；（）屋架中的上弦和受压腹杆；（b）对称框架中的中柱；（）对称框架中的中柱；（c）圆形水池的池壁环向部分）圆形水池的池壁环向部分 钢筋混凝土柱钢筋混凝土柱 螺旋式箍筋纵筋螺旋钢箍柱箍筋纵筋普通钢箍柱 钢钢筋筋混混凝凝土土柱柱 280, 70, 80280, 70, 80ildlblildlbl短柱长柱 第五节第五节 配有普通箍筋的轴心受压构构件配有普通箍筋的轴心受压构构件一、试验研究一、试验研究（1）短柱）短柱图图4-5 轴心受压短柱的破坏轴心受压短柱的破坏 （2）长柱）长柱 轴心受压长柱的试验表明：轴心受压长柱的试验表明： 加载后由于初始偏心距的存在将产生附加载后由于初始偏心距的存在将产生附加弯矩，这样相互影响使长柱最终在弯加弯矩，这样相互影响使长柱最终在弯矩和轴力共同作用下发生破坏。破坏时，矩和轴力共同作用下发生破坏。破坏时，首先在凹面出现纵向裂缝，接着混凝土首先在凹面出现纵向裂缝，接着混凝土压碎，纵筋压屈外鼓，挠度急速发展，压碎，纵筋压屈外鼓，挠度急速发展，柱失去平衡状态，凸边混凝土开裂，柱柱失去平衡状态，凸边混凝土开裂，柱破坏。破坏。轴心受压长柱的破坏轴心受压长柱的破坏 二、正截面受压承载力计算公式二、正截面受压承载力计算公式fcsfyAsNu 图4-6 轴心受压短柱计算图式 0YsscsuAfAfNN（1）轴心受压长柱正截面承载力计算（2）轴心受压长柱正截面承载力计算轴心受压长柱正截面承载力计算 三、构造要求三、构造要求 为为了了施施工工支支模模方方便便，柱柱截截面面尺尺寸寸宜宜取取模模数数，在在mm800以以下下者者，取取 mm50的的倍倍数数；mm800以以上上者者，取取mm100的的倍倍数数 1、截面形式及尺寸 轴心受压构件一般采用方形，只是在有特殊要求时，才采用圆形或多边形。 混凝土强度等级对受压构件的承载力影响较大。为了减小柱的截面尺寸，节约钢材，宜采用较高强度等级的混凝土，一般采用C25-C40。 在受压构件中纵向钢筋采用高强度的钢筋其强度不能充分发挥作用，因此不宜采用高强度等级的钢筋，一般采用HRB400级、HRBF400、HRB335级、HRBF300级。2、材料强度等级（钢筋混凝土短柱达到峰值应力（钢筋混凝土短柱达到峰值应力 cf时的压应变时的压应变 c一般在一般在 0.00250.00250.00350.0035 之之间 。 计 算 时 取间 。 计 算 时 取002. 0c为 控 制 条 件 ， 相 应 的 纵 向 钢 筋 应 力为 控 制 条 件 ， 相 应 的 纵 向 钢 筋 应 力MpassEs400002. 05101） 轴心受压构件的纵向钢筋作用 协助混凝土承受压力 防止构件突然脆性破坏 增强构件的延性 承担构件由于混凝土收缩、温度变化和荷载初始偏心等引起的附加弯矩 3、纵筋 纵向受力钢筋沿构件纵向布置 规范规范(GB50010-2010)(GB50010-2010)规定：规定： 纵向受力钢筋的直径一般不宜小于纵向受力钢筋的直径一般不宜小于12mm12mm，通常在，通常在12mm 12mm 32mm 32mm范围内选用范围内选用 （纵向受力钢筋的直径应采用得较大一些，以增大施工时钢筋骨架的刚度（纵向受力钢筋的直径应采用得较大一些，以增大施工时钢筋骨架的刚度和减小钢筋纵向压曲的可能性）和减小钢筋纵向压曲的可能性） 受压构件全部纵向钢筋最小配筋率取受压构件全部纵向钢筋最小配筋率取0.6%0.6%，同时一侧钢筋的配筋率不应小同时一侧钢筋的配筋率不应小于于0.2%0.2%。 全部纵向钢筋配筋率不宜大于全部纵向钢筋配筋率不宜大于5%5%，建议采用，建议采用0.5% 0.5% 2%2%。 （配筋过多将给施工带来困难，也不经济）（配筋过多将给施工带来困难，也不经济） 轴心受压构件中，纵向钢筋应沿截面的四周均匀放置，其中距不应大于轴心受压构件中，纵向钢筋应沿截面的四周均匀放置，其中距不应大于300mm300mm，钢筋根数不得少于，钢筋根数不得少于4 4根。根。 当钢筋直径当钢筋直径d d32mm32mm时，可采用搭接接头，但接头位置应设在受力较小处；时，可采用搭接接头，但接头位置应设在受力较小处；其搭接长度不应小于纵向受力钢筋搭接长度的其搭接长度不应小于纵向受力钢筋搭接长度的0.70.7倍，且不应小于倍，且不应小于200mm200mm。4 4、箍筋、箍筋 置于纵向钢筋的外侧，围成箍形，沿构件纵轴方向的距离相等置于纵向钢筋的外侧，围成箍形，沿构件纵轴方向的距离相等 受压构件中的箍筋的作用受压构件中的箍筋的作用 在施工中固定纵向受力钢筋的位置，构成空间骨架在施工中固定纵向受力钢筋的位置，构成空间骨架 给纵向钢筋提供了侧向支点，防止钢筋在受压时发生侧向弯曲给纵向钢筋提供了侧向支点，防止钢筋在受压时发生侧向弯曲 箍筋的数量和布置不需要计算，但为了保证箍筋的作用，构造要求：箍筋的数量和布置不需要计算，但为了保证箍筋的作用，构造要求： 柱中及其他受压构件中的周边箍筋应做成柱中及其他受压构件中的周边箍筋应做成封闭式封闭式 箍筋的间距箍筋的间距 ： 不应大于不应大于400mm400mm及构件截面的短边尺寸及构件截面的短边尺寸b b，且不应大于，且不应大于1515d d（d d为纵向钢筋的最小直径）为纵向钢筋的最小直径） 箍筋的直径箍筋的直径： 不应小于不应小于d d/4/4，且不应小于，且不应小于6mm6mm（d d为纵向钢筋的最大直径）为纵向钢筋的最大直径） 当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过3%3%时，箍筋直径不宜小于时，箍筋直径不宜小于8mm8mm，箍筋间距不应，箍筋间距不应大于大于1010d d（d d纵向钢筋的最小直径），且不应大于纵向钢筋的最小直径），且不应大于200mm;200mm; 箍筋末端应作箍筋末端应作1351350 0的弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于的弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于5 5d d（d d为为箍筋直径）箍筋直径）。 当柱的截面短边大于400mm，且纵向钢筋多于3根时， 当柱截面短边尺寸不大于400，但各边纵筋多于4根时 应设置复合箍筋b 400b大于400b大于400b大于400图图4-7 轴心受压柱的箍筋轴心受压柱的箍筋【解】40040063006 22截面配筋图截面配筋图第六节第六节 配有螺旋式或焊接式环向间接钢筋的轴心受压柱配有螺旋式或焊接式环向间接钢筋的轴心受压柱1、破坏特征当当cf8 . 0时时， 普普通通钢钢箍箍柱柱基基本本相相同同 当当cf8 . 0时， 由于混凝土横向变形使螺旋箍筋产生拉应力， 核心内混凝土处时， 由于混凝土横向变形使螺旋箍筋产生拉应力， 核心内混凝土处于三向受压状态，核心内混凝土抗压强度提高（于三向受压状态，核心内混凝土抗压强度提高（rcff） ；纵筋屈服后，） ；纵筋屈服后，螺旋箍筋外混凝土开始剥落，核心区混凝土补偿了外面混凝土所承担的压力。螺旋箍筋外混凝土开始剥落，核心区混凝土补偿了外面混凝土所承担的压力。当螺旋箍筋屈服，不能约束核心区混凝土横向变形，混凝土压碎而破坏。当螺旋箍筋屈服，不能约束核心区混凝土横向变形，混凝土压碎而破坏。 2、截面承载力的计算核核心心内内混混凝凝土土抗抗压压强强度度： rcff 间接钢筋屈服时核心混凝土受到的径向压力值 单根间接钢筋截面面积rdcorfyAss1fyAss1 0X cordsrssAyf12 sssAcordcorAyfscorddssAyfcorsdssAyfrcor124241212 0Y sAyfcorArcfsAyfcorfAuNN 令令22，代入上式，同时考虑可靠度调整系数，代入上式，同时考虑可靠度调整系数 0.90.9 得得 间间接接钢钢筋筋对对混混凝凝土土约约束束的的折折减减系系数数，当当混混凝凝土土强强度度等等级级C C5 50 0，取取0 . 1；当当混混凝凝土土强强度度等等级级 C C8 80 0，取取85. 0；其其间间按按直直线线内内插插法法。 要要求求 5 . 19 . 0029 . 0sAyfAcfsAyfssAyfcorAcf 保证使用阶段不发生间接钢筋外面混凝土保护层剥落 凡属于下列情况之一，不考虑间接钢筋的影响凡属于下列情况之一，不考虑间接钢筋的影响适适用用: : 柱柱承承受受压压力力 N N 很很大大，且且截截面面尺尺寸寸和和混混凝凝土土强强度度又又不不便便提提高高时时； 抗抗震震结结构构中中，为为提提高高柱柱延延性性 3、构造要求 截 面圆形或正多边形（如正八边形） 纵向钢筋不宜少于8根、不应少于6根，沿截面周边均匀布置【解】（6）截面配筋图4008 251060 螺旋箍或焊接环式箍筋思考题思考题1、说明轴心受拉构件开裂前、即将开裂、开裂后和破坏时受力特点？、说明轴心受拉构件开裂前、即将开裂、开裂后和破坏时受力特点？2、轴心受压短柱有哪些受力特点？、轴心受压短柱有哪些受力特点？3、轴心受压构件中配置纵向钢筋和箍筋的作用是什么？轴心受压构件中纵向受力、轴心受压构件中配置纵向钢筋和箍筋的作用是什么？轴心受压构件中纵向受力钢筋和箍筋有哪些构造要求？钢筋和箍筋有哪些构造要求？4、轴心受压短柱与长柱有哪些区别？其原因是什么？、轴心受压短柱与长柱有哪些区别？其原因是什么？5、为什么轴心受压构件宜采用较高强度等级的混凝土，不宜采用高强度的钢筋？、为什么轴心受压构件宜采用较高强度等级的混凝土，不宜采用高强度的钢筋？6、轴心受压构件中受压钢筋在什么情况下会屈服？在设计中如何考虑？、轴心受压构件中受压钢筋在什么情况下会屈服？在设计中如何考虑？计算题计算题7、P60 题题4-98、P60 题题4-109、p60 题题4-1210、P61 题题4-134-16（不做在作业本上）（不做在作业本上）