第三章轴心受力构件承载力计算

筋将首先达到抗压屈服强度，随后钢筋承担的压力维持 不变，而继续增加荷载全部由混凝土承担，直到混凝土 压碎，在这类构件中，钢筋于混凝土的抗压强度都得到 充分的利用。对较高强度钢筋，在构件破坏时，可能达 不到屈服。钢筋的强度得不到充分的利用。
在轴心受压短柱中，不论受压钢筋在构件破坏时是否 屈服，构件的最终承载能力都由混凝土压碎来控制的。
性，即处于弹性阶段。
随着荷载的增加，混凝土的非弹性变形发 展，进入弹塑性阶段，但钢筋仍处与弹性阶段， 混凝土的应力增长的速度比钢筋的压应力增长 的速度慢，由与，故钢筋压应力与混凝土压应 力之比大于也就是钢筋于混凝土之间的应力重 分布。
在长期荷载作用下，混凝土的徐变发生，截面上引 起应力重分布。随着荷载的持续的时间的增加，混凝土 的压应力会逐见的减小，钢筋的应力将逐渐增加。钢筋 应力增加的多少，与截面纵向钢筋的配筋率有关，当配 筋率较大时，钢筋的应力增进阿的较大，当配筋率较低 时，钢筋的应力增加较小
特征：构件带裂缝工ห้องสมุดไป่ตู้。 在裂缝截面处，拉力全部由钢筋承担。在混凝土
开裂前和混凝土开裂后的瞬间，裂缝截面处的钢筋的 应力发生突变。
裂缝的间距和裂缝宽度的大小与纵向受力钢筋的配 筋率和直径布置等因素有关。
（3）破坏阶段 特征：纵向钢筋屈服，标志着构件破坏。破坏由纵
向钢筋起控制作用。
2 轴心受拉构件截面承载力计算
二、教学提示
展示轴心受力构件的教学模型，并提出如下 问题；
1 钢筋混凝土轴心受拉构件中混凝土的作用。 2 钢筋混凝土轴心受压构件中纵向钢筋和箍筋 的作用。
第二讲
一、内容
（2）截面承载力计算
( ) 1) 计算公式
N ≤ 0.9ϕ
f
` Y
As`
+
fc
A
2）计算方法
截面设计问题；截面校核问题
（3）构造要求
（4）减小混凝土的徐变。
轴心受压构件中箍筋作用
(1) 与纵向钢筋形成骨架； （2）可以防止纵向钢筋在混凝土压碎之前压屈； （3）保证纵筋与混凝土共同受力直到构件破坏； （4）对核心区混凝土的约束作用可以在一定程 度改善构件最终可能发生突然破坏的脆性性质。螺 旋形箍筋对混凝土有较强的环向约束，因而能够提 高构件承载力和延性。
1）截面尺寸
b > 250 mm
2）纵向受力钢筋
直径 d > 12mm
配筋率
最大 ρ max ≤ 5% 最小 每侧 ρmin ≤ 0.2%
全部 ρ min ≤ 0.6%
3）箍筋
形式 封闭式
间距 s ≤ 400mm 柱短边尺寸 15d。 d 纵向钢筋的最小直径。
直径 6mm、
d 纵向钢筋的最大直径。
截面承载力计算公式
N ≤ f y As
3 构造要求 （1）纵向受力钢筋
受力钢筋沿截面周边均匀对称布置，
并宜选用直径较细的钢筋。
构件每侧纵向受拉钢筋的配筋率
最小配筋率取 和 ρ min = 0.2%
ρ
=
As A
≥ ρ min
45
ft fy
最大者。
（2）箍筋
箍筋的直径宜般取4~6mm，间距一般不宜大于 200mm。
1 普通箍筋柱的轴心受压构件
（1）试验结果分析
1）短柱与长柱
对一般构件： l 0 ≤ 28
i
对矩形构件： l 0 ≤ 8
b
2）轴心受压柱受力特点
A 破坏的形式
对轴心受压短柱，在轴心压力作用下，整个截面 上的压应力基本上是均匀的。初始偏心对构件的承载 力无明显的影响，由于混凝土与钢筋之间存在着粘结 力，两者的应变相等，当达到极限荷载时，钢筋混凝 土极限应变大致与混凝土棱柱体受压破坏时的压应变 相同，若钢筋的屈服压变小于混凝土破坏时的压应变， 则钢
当
ρmax ≤ 3%
时，
d ≥ 8mm ≥1d
并且焊接成封闭环
4
s ≤ 200 mm
s ≤ 10 d
2 配有螺旋箍筋的轴心受压构件
（1）试验结果分析
1）螺旋箍筋可以约束混凝土横向变形，箍筋内 的混凝土处在三向约束的应力状态，所以间接的提 高混凝土的纵向抗压强度。
2）强度的提高与箍筋的直径、箍筋的间距有关。
（三）轴心受压构件承载力计算
轴心受压构件截面多为正方形，根据需要也可以做 成矩形、园形、环形多边形等多种形式。
由纵向受力钢筋和箍筋形成的钢筋骨架。根据箍筋 的配置方式不同，轴心受压构件可以分为配置普通箍筋 和螺旋箍筋两大类。后者又称为螺旋式或焊接式间接钢 筋。
轴心受压构件中纵向受力钢筋作用
（1）与混凝土共同承担压力； （2）承担由于初始偏心或其它偶然因素引起的附加弯 矩在构件中产生的附加拉力； （3）提高混凝土的变形能力；
A cco
=π
s
3）应注意的问题
A 为了防止混凝土保护层过早的脱落，计算的承载力应
( ) 小于1.5
f
` y
As
+
fc
A
B 在 l0 / d ≤12 中采用，且不考虑稳定系数。
C 在计算公式中考虑核心区混凝土的截面面积。当混凝
土保护层较厚时，计算处的承载力比按公式计算承载
力小，这时不考虑箍筋对混凝土的约束作用，按普通
柱计算公式计算。
（3）构造要求 箍筋的间距 s ≤ 80mm 且 d cor / 5 ，但同时也不于40mm.
4）例题 二、教学方法提示
展示配有螺旋箍筋的轴心受压构件的教学模型，并提 出如下问题；
螺旋箍筋在钢筋混凝土轴心受压构件中的作用？ 三、思考题及习题
见资料库
重点及难点 1 重点 （1）轴心受拉构件的受力特点和承载力计算 （2）轴心受压构件的受力特征和承载力计算 （3）轴心受拉、压构件的构造要求 2、难点
（二） 轴心受拉构件承载力计算
1 轴心受拉构件的受力特点
试验表明，当采用逐级加载对钢筋混凝土轴心 受拉构件进行试验时，从加载到破坏的受力过程可 分成三个阶段；
（1）混凝土开裂前 1）特征： 由于钢筋与混凝土之间存在着粘结 力，钢筋与混凝土共同工作。截面上各 点的应变值相等，
即 εs = εc
（2）混凝土开裂后
临近破坏时，短柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋间 的纵向钢筋发生压屈外鼓，呈灯笼状，以混凝土压碎而 告破坏。
对与轴心受压长柱，由于初始偏心矩，而附 加弯矩产生挠度又加大了原来的初始偏心距，这样 轴力和弯矩的共同作用下而发生破坏。破坏时受压 一侧往往产生较长的纵向裂缝，箍筋之间的纵向钢 筋向外压屈，混凝土压碎，另一侧的钢筋拉裂在构 件高度中部发生横向裂缝，这实际上是偏心受压构
配有螺旋箍筋柱的轴心受压构件承载力计算
（2）截面承载力计算
1）约束混凝土的轴心抗压强度 f c1
f c1 = f c + 4σ 2
σ2
=
2 f y A ss1 sd cor
f c1
=
fc
+ 8 f y A SS 1 sd cor
2）截面承载力计算公式
N≤ fcAcor+fy`AS`
N
≤
fc
Acor
+
f
` y
AS`
+
2
f
` y
Asso
件的破坏特征
试验表明，长柱的破坏荷载比相同条件下短
柱的破坏荷载低。规范采用一个降低系数 ϕ 来反
映这种承载力随长细比增大而降低的现象，该系 数与构件的长细比有关。
B 截面应力重分布
由截面混凝土与钢筋应力相等条件得 ；
σ
` s
σc
=
1
γ
α
E
在短期荷载作用下；当荷载 N 很小时，σ c 与σ c 之间是线
第三章 轴心受力构件承载力计算
教学要求 1.掌握轴心受拉构件的受力特性和承载力
计算方法。 2.掌握轴心受压构件的受力特性和承载力
计算计算方法。 3.掌握轴心受力构件的构造要求。
第一讲
一、内容 （一）概述
1 轴心受压构件的定义 当轴向作用线与构件截面形心重合时，即为轴
心受力构件。承受轴心压力的构件称为轴压构件； 承受轴心压力的构件称为轴心受压构件。 2 轴心受压和轴心受拉构件实际工程中的应用 轴拉构件：如圆形水池的池壁、桁架中的腹杆等。 轴压构件： 如桁架中腹杆等。