偏心受压柱的受力性能与破坏特征.pdf

构件破坏时没有明显预兆，属脆性破 坏。
N
0.002 cu
3、界限破坏
As
b
s y
c d e
gf h
As h0
x
a
a
xcb
a
在受拉破坏和受压破坏之 间存在着一种界限状态，称为 “界限破坏”。它有明显横向 主裂缝，在受拉钢筋应力达到 屈服的同时，受压混凝土达到 极限压应变并出现纵向裂缝而 被压碎。因此，界限破坏属于 受拉破坏。在界限破坏时，混 凝土压碎区段的大小介于受拉 破坏和受压破坏之间。
轴心受压
N=0
受弯
我们可以把偏心受压状态看作是同时受到轴向压力N和弯矩 M的作用，等效成对截面形心的偏心距e0=M/N的偏心压力
一、短柱的受力性能与破坏特征 偏压构件的最终破坏是由于混凝土压碎而造成的。偏心受
压构件的破坏形态与偏心距e0和纵向钢筋配筋率有关。 1、大偏心受压破坏（受拉破坏）
轴向力Ｎ的偏心距比较大，且受拉钢筋配置得不太多
偏心受压柱的受力性能与破坏特征
一、柱的分类
轴心受压 偏心受压
单向偏心受压
双向
偏心受压构件在工程中应用得非常广泛，例如常用的多层框 架柱、单层钢架柱、单层排架柱；大量的实体剪力墙以及联 肢剪力墙中的相当一部分墙肢；屋架和托架的上弦杆和某些 受压腹杆；以及水塔、烟囱的筒壁等都属于偏心受压构件。
M=0
x和ξ值未知
当ei>0.3h0时，可先按大偏压计算； 当ei≤0.3h0时，按小偏压计算。 当满足ei>0.3h0时，受截面配筋的影响，可能处于大偏心受 压，也可能处于小偏心受压。对于截面设计，我们先在 ei>0.3h0的情况下按大偏心受压求A’s和As，然后再计算x。此 时检查是否x≤xb，若不符合则按小偏心的情况重新计算。
1、截面设计
2、截面复核
四、对称配筋截面的承载力计算 对称配筋是指截面两侧采用规格相同、面积相等的钢筋， 有As’=As且fy=fy’。在实际工程中，偏心受压构件在不同 内力组合下截面上会有方向相反的弯矩，当两种方向的弯矩 相差不大时，应设计成对称配筋。当弯矩相差较大，但按照 对称配筋设计求得的纵向钢筋总用钢量比按照不对称配筋增 加不多时，宜采用对称配筋。装配式柱为避免吊装时发生错 误一般采用对称配筋。一般情况下，按照对称配筋设计求得 截面钢筋用量总比不对称配筋时大。
用 钢筋位置并与纵向钢筋组成整体骨架。
密布箍筋还能起约束核心混凝土改善混凝土变
形性能的作用。
为了有效地阻止纵向钢筋的压屈破坏和提高构件斜截面
抗剪能力，柱及其他受压构件中的周边箍筋应做成封闭式。
箍筋直径不应小于d/4，且不应小于6mm，d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大于3％ 时，箍筋直径不应小于8mm。箍筋末端应做成135°弯钩， 且弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直径的10倍；
Nb
1 fcbbh0
f
y
As
fy As
当N≤Nb时，为大偏心受压构件；当N>Nb时，为小偏心受压 构件。
2、小偏心受压构件
Nu
1 fcbx
f
' y
As'
s As
Nue
1
f cbx (h0
x) 2
f yAs(h0

as' )
Nue'
1
fcbx(
x 2
as' )
s As (h0
as' )
e'
小于50mm，最大间距不宜大于300mm。
在偏心受压柱中，垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向
受力钢筋以及轴心受压柱中各边的纵向受力钢筋，其中距不
宜大于300mm。当偏心受压柱的截面高度不小于600mm时， 在柱的侧面上应设置直径不小于10mm的纵向构造钢筋，并 相应设置复合箍筋或拉筋。
二、箍筋
作
为了防止纵向钢筋受压时压曲，同时固定纵向
h 2
as'
ei
当相对偏心距很小，A’s比As大得很多且N＞fcA时，可能 在离轴向力较远的一侧混凝土先发生破坏，称为反向破坏。
为了避免发生反向破坏，对于小偏心受压构件还应满足 下述条件：
Nue'
1 fcbh(h0'
h) 2
f
y
As
(
h0'
as )
e'
h 2
as'
e0
ea
二、非对称配筋截面的承载力计算 偏心受压类别： 首先我们要判断构件是大偏心受压还是小偏心受压，一 般来说根据截面混凝土受压区计算高度x（或ξ），可以判 别。当ξ≤ξb（或x≤xb），属大偏心受压；当ξ>ξb（或 x>xb），为小偏心受压。
不同配筋偏心受压理论界限破坏
二、长柱的受力性能与破坏特征 偏心受压短柱中，虽然偏心荷载作用将产生一定的侧向附
加挠度，但纵向弯曲很小，一般可以忽略不计。但对于长细比 较大的长柱，其纵向弯曲不能忽略。偏心受压长柱有两种破坏 类型：
长细比在一定范围内时，属“材料破坏”， 即截面材料强度耗尽的破坏
长细比较大时，构件由于纵向弯曲失去平衡， 即“失稳破坏”
短柱－发生剪切破坏
长柱－发生弯 曲破坏
n11
2.5.4 偏心受压柱的配筋计算
一、偏心受压的二阶效应 二阶效应泛指在产生了层间位移和挠曲变形的结构构件
中由轴向压力引起 的附加内力。本节主要介绍考虑如何确定 二阶效应后的控制截面弯矩设计值。
条件： 三个中任意一条
2.5.4 偏心受压柱的配筋计算
2.4.5 柱中钢筋的构造要求
一、纵筋
钢筋混凝土受压构件中纵向受力钢筋的作用：
与混凝土共同承担由外荷载引起的内力，提高构件的变 形能力，防止构件突然脆性破坏，减小混凝土不匀质性引起 的影响。
同时纵向钢筋还可以承受可能产生的偏心弯矩、混凝土 收缩及温度变化引起的拉应力等。
纵向受力钢筋的直径不宜小于12mm。矩形截面的钢筋根 数不应小于４根，圆柱中纵向钢筋不宜少于8根，不应少于6 根，且宜沿周边均匀布置。柱中纵向受力钢筋的净间距不应
按上式计算时，需要满足以下适用条件：
① 为了保证构件在破坏时，受拉钢筋应力能达到抗拉强度设
计值：
x xb
② 为了保证构件在破坏时，受压钢筋应力能达到抗压强度设
计值,a’s为纵向受压钢筋合力点至受压区边缘的距离：
当
x xb bh0
x 2as' 时，为大小偏心受压的界限状态。此时公式
式可变为界限情况下的轴向力的表达式：
（2）当轴向压力的偏心距很小时
构件截面可能全部受压，只不过近轴向力一侧压应变较大， 离轴向力远的一侧压应变较小，因此构件不会出现与轴线垂直 的裂缝。
破坏时一般近轴向力一侧的混凝土应变首先达到极限值， 混凝土压碎，接近纵向偏心力一侧的纵向钢筋只要强度不是过 高，其压应力一般都能达到屈服强度。远离轴向力一侧的钢筋 可能受拉，也可能受压，但都不屈服。
长细比在一定范围内
• 由于侧向附加挠度随荷载的增加而不断增大，实际荷载 偏心距随荷载的增大而呈非线性增加，长柱承载力比相 同截面的短柱有所减小，其破坏特征来说和短柱相同， 即构件仍然属“材料破坏”。
长细比较大
• 加荷至构件的最大承载力N2时，钢筋和混凝土的应变均 未达到材料破坏时的极限值，即柱达到最大承载力是发 生在其材料强度还未到达破坏强度时，但由于纵向弯曲 失去平衡，引起构件破坏，这就是“失稳破坏”。
2、考虑二阶效应后的控制截面弯矩设计值
2.5.4 偏心受压柱的配筋计算
二、基本公式 1、大偏心受压构件
Nu 1 fcbx fyAs fy As
Nue
1
fc
bx
h0
x 2
f
y
As
h0
as
e
ei
h 2
as
ei e0 ea
e0
M N
ea——附加偏心距，取值为偏心方向截面尺寸的1/30及 20mm两值中的较大者。
它具有与适筋受弯构件类似的受力特点，在靠近轴向力作用 点一侧受压，而较远一侧受拉，因此大偏心受压破坏也被称 作受拉破坏。
破坏特征
N
荷载不断增加到一定程度时，受拉边缘混凝土 将达到其极限拉应变，从而出现水平裂缝。
随着荷载的增大，这些裂缝将向受压一侧不断 发展，此时受拉钢筋承担裂缝截面中的全部拉力。
随着荷载进一步增大，受拉钢筋将达到屈服应 变。随着钢筋屈服后的塑性伸长，钢筋的变形大于混 凝土的变形，裂缝将明显加宽并进一步向受压一侧延 伸，中性轴向受压区移动，使混凝土受压区高度迅速 减小，受压边缘的压应变逐步增大。
最后当受压边混凝土达到其极限压应变时，出 现纵向裂缝，混凝土被压碎导致构件的最终破坏。
N
2、小偏心受压破坏（受压破坏） 轴向力Ｎ的偏心距距较小或很小，或虽然偏心距较大，但配 置过多的受拉钢筋
（1）当构件截面中轴向压力的偏心距较小，或虽然偏心距 较大，但配置过多的受拉钢筋时。
构件处于大部分截面受压而远离轴向力一侧受拉状态。 构件破坏时，受压边缘混凝土达到其极限压应变，受 压钢筋应力达到抗压屈服强度。 此时中和轴距受拉钢筋较近，钢筋中的拉应力较小， 因此受拉钢筋达不到屈服强度。 这种情况下破坏无明显预兆，压碎区的长度往往较大， 混凝土强度越强，破坏越突然。
箍筋间距不应大于400mm及构件截面的短边尺寸，且不 应大于15d。当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率大于3％时， 间距不应大于10d，且不应大于200mm。在配有螺旋式或焊 接环式间接钢筋的柱中，如在正截面受压承载力计算中考虑
间接钢筋的作用时，箍筋间距不应大于80mm及dcor/5，同 时为方便施工，箍筋间距不宜小于40mm。
当轴向压力的偏心距很小，远离轴向压力一侧的钢筋配置 得过少，而接近轴向压力一侧的钢筋配置较多时，远离轴向压 力一侧的混凝土的压应力反而更大，使得远离轴向压力一侧边 缘混凝土首先达到极限压应变，出现远离轴向压力混凝土被压 碎，最终构件破坏的现象。
破坏特征
N
构件的破坏是由受压区混凝土的压碎 所引起的。破坏时，近轴一侧受压钢筋的 压应力一般都能达到屈服强度，而另一侧 的钢筋有可能受拉也有可能受压，但应力 一般都达不到屈服强度。