第三章 Microsoft PowerPoint 演示文稿

第三章 轴心受力构件的正截面承载力计算
当柱中全部纵向受力钢筋配筋百分率超过3%时，则箍 筋直径不宜小于8mm，且应焊接成封闭环式，其间距不 应大于10d ，且不应大于200mm。 被同一箍筋所箍的纵向钢筋根数，在构件的角边上应 不多于3根。若多于3根，则应设置附加箍筋 。
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Nlu / Nsu 。稳定系数 主要与柱的长细比l0/b 有关， l0为柱的计算长度，与柱两端的支承条件有关。
当l0/b≤8 或l0/i ≤28时，称为短柱，取 ≈1.0。
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5、普通箍筋轴心受压构件承载力计算方法 在轴心受压承载力极限状态下，根据 轴向力的平衡，混凝土轴心受压构件 的正截面承载力计算公式为：
在荷载作用下,由初始偏心距导致产生附加弯矩和相应 的弯曲变形,这样致使构件在应力未达到材料强度而发 生失稳破坏。
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（3）稳定系数：为考虑长柱承载力低于其他条件下的
短柱承载力，规范引入稳定性系数 来表示长柱承载力 的降低程度。
以 代表长柱承载力Nlu 与短柱承载力Nsu的比值 =
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3）纵筋的直径及配筋率
纵筋是钢筋骨架的主要组成部分，为方便施工和保证 骨架有足够刚度，纵筋直径不宜小于12mm。通常选用 16mm～28mm。纵筋要沿截面周边均匀布置，并不少于6 根（矩形）或8根（圆形）。全部受压钢筋的最小配筋 率为0.6%；最大一般不宜大于5%。纵筋的净距一般不 小于50mm，中距不得大于350mm。混凝土保护层厚度不 得小于30 mm。
6、螺旋箍筋的轴心受压构件
（1）受力分析和破坏特征： 柱在轴力作用下产生横向变形，螺
旋式箍筋对混凝土的横向变形有约
束作用，使柱芯部混凝土处于三向 受压状态，变形能力提高的同时，
也提高了混凝土的强度。螺旋式或
焊接环式箍筋承受混凝土环向压力 引起的拉应力。
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截面复核
已知：混凝土与钢筋强度等级，构件截面尺寸及配筋， 柱子计算长度。 求：截面轴心受压承载力。 解：根据长细比，查表求φ ，再按公式计算出承载力。
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轴心受压构件构造要求
1）材料选用 混凝土抗压强度较高，为了减小柱截面尺寸，节约钢 筋，应采用强度等级较高的混凝土，一般不宜低于 C20。 但不宜选用高强度钢筋，因为受混凝土压应变 的控制， 当混凝土被压碎时，高强度钢筋的强度得不到充分利 用，一般选用HPB235、HRB335、HRB400级钢 筋。
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3.2轴心受拉构件的正截面承载力计算
1、受力过程及破坏特征： 轴心受拉构件从受力到破坏分三阶段：
（1）第Ⅰ阶段：从加载到开裂前，钢筋和混凝土共同 承担拉力，应力应变成正比；N≤Ncr。
（2）第Ⅱ阶段：从开裂到纵向钢筋屈服，裂缝处混凝 土不再承担拉力，拉力均由纵向钢筋来承担。 Ncr < N <Ny; （3）第Ⅲ阶段：纵向钢筋屈服到构件破坏，N=Nu。
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令间接钢筋的换算截面面积为：
s 经整理，再加上可靠度的调整系数，就得到以下公式：
Asso
d cor Ass 1
) Nu 0.9( fc Acor 2f y Asso f y As
上式中右边第一项为核心混凝土在无侧向约束时所承 担的轴力，第二项为纵筋承担的轴力，第三项代表受 到螺旋筋约束后，核心混凝土所承担的轴力的提高部 分。
（2）螺旋箍筋对混凝土有较强的环向约束，因此能提 高构件的承载力和延性。
3、纵筋的作用：
（1）与混凝土共同承担压力；
（2）承担由于初始偏心或其他偶然因素引起的附加弯 矩在构件中产生的拉力。
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4、轴心受压普通箍筋柱正截面 受压承载力
（1）受力分析和破坏特征：
根据试验研究结果，轴心受压构 件可按长细比的不同分为短柱和 长柱。轴心受压构件所采用的试 件取材料强度、截面尺寸和配筋 均相同，但试件的长度不同，长 细比不同的轴心受压构件的破坏 特征是不同的。
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短柱（当l0/b≤8 或l0/i ≤28时，称为短柱）：
在荷载作用下，钢筋和混凝土共同受力、变形，随着荷 载的增大，柱中开始出现竖向裂缝，一般纵筋先屈服， 箍筋之间的纵筋向外凸出，混凝土保护层剥落，芯部 混凝土达极限压应变ε =0.002，柱压碎破坏。 长柱：长细比较大的柱子
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构造要求：
螺旋筋的约束效果与螺旋筋的截面面积Ass1 、 间距s有关。螺旋筋的间距s不应大于dcor /5，且不大 于80mm，为了便于施工也不小于40mm。 箍筋的直径不得小于d/4（d：纵金向钢筋直径），
且不小于6mm。
工程中的轴心受拉构件：承受节点荷载的屋架或托架的 受拉弦杆和腹杆、拱的拉杆、圆形水池池壁和圆形筒 仓壁的环向部分等。 3、轴心受压构件：把纵向压力作用线与构件截面形心 轴线重合的构件作为轴心受压构件。 工程中的轴心受压构件：普通框架结构内柱，屋架的受 压腹杆。
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3.1概述 1、轴心受力构件：纵向作用力和构件的形心重合的构 件，称轴心受力构件：
根据作用力的方向：可以分轴心受拉构件、轴心受压 构件。
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2、轴心受拉构件：把纵向拉力作用线与构件截面形心 轴线重合的构件作为轴心受拉构件。
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3）箍筋的直径与间距
箍筋与纵筋组成骨架，同时防止纵筋在构件破坏前压 屈，所以箍筋除沿构件截面周边设置外，还应保证纵
筋至少每隔一根位于箍筋的转角处，故有时还需设置 附加箍筋。
对于普通钢箍柱，箍筋间距应满足：不大于构件截面 的短边尺寸。不大于15d，d为纵筋的最小直径。
s1 fc 4s 2
根据隔离体平衡：
2 f y Ass1 s 2 dcor s
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s2
2 f y Ass1 s dcor
s1 fc
8 f y Ass1 s d cor
Nu s1 Acor f y As
f c Acor f y As 8 f y Ass1 s d cor Acor
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2）截面形式及尺寸模数
轴心受压构件一般采用正方形或矩形截面，只是在 建筑上有美观要求或桥梁结构中的桥墩多采用圆形截面。 为施工方便，截面尺寸一般不小于250mm×250mm,而且要 符合相应模数，800mm以下的采用50mm的模数，800mm以
上则采用100mm的模数。
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注意： ①按此式求出的受压承载力不应大于1.5倍按普通箍筋 计算的承载力。 ②对于长细比l0/d > 12 的柱不应采用螺旋钢箍，因为 这种柱的承载力将由于侧向挠度引起的附加偏心距而 降低，使螺旋筋的作用不能发挥。 ③要求螺旋筋的换算截面面积Asso 不应小于全部纵向 钢筋截面面积A‘s 的25%。 ④按此式求出的受压承载力不得小于按普通箍筋计算 的承载力。
（2）、螺旋箍筋轴心受压构件的正截面承载力计算 由于螺旋钢箍的套箍作用大，约束了核心混凝土的横 向变形，使核心混凝土的承载力提高。
(a) (b)
s2
s
(c)
dcor fyAss1
s fyAss1
s2
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根据圆柱体三向受压试验的结果知，受到径向压应 力σ 2 作用的约束混凝土纵向抗压强度σ 1，可按下 列公式计算：
3、构造要求： （1）、纵向受力钢筋： ①不得采用绑扎连接； ②一侧的受拉钢筋配筋率不得小于min(0.2%,0.45ft/fy); ③宜选直径较小的钢筋，并沿周遍均匀布置； （2）、箍筋的直径不得小于6mm,间距不得大于200mm。
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3.3轴心受力构件正截面设计计算
N u 0.9 f c A f y As
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公式应用
截面设计 已知：轴向压力设计值，混凝土与钢筋强度等级； 求：构件截面尺寸及配筋。 解：一般先假设配筋率为1.5%，φ =1， A’s=ρ A,带入公式，可以求出A,确定截面尺寸后，重 新计算稳定系数和配筋。
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2、轴心受拉构件的正截面承载力计算
轴心受拉构件正截面承载力计算基于受力的第Ⅲ阶段， 并不考虑混凝土承担拉力。
N f y As

式中 N——轴向拉力设计值 f y ——钢筋抗拉强度设计值； As——纵向受拉钢筋截面面积。
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1、轴心受压构件根据配置箍筋形式的不同，可以分成 配普通箍筋的受压构件和有螺旋箍筋的受压构件。
(a) (b)
s2
s
(c)
dcor fyAss1
s fyAss1
s2
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2、箍筋在轴心受压构件中的作用：
（1）固定纵筋位置，防止纵筋压屈鼓出，抵抗水平剪 力。