5.钢筋混凝土偏心受压构件

5.2 轴心受压柱正截面受压承载能力
二、轴心受压螺旋箍筋柱的正截面受压承截力计算
螺旋箍筋和焊接环筋柱
螺旋箍筋柱和焊接环筋柱 的配箍率高，而且不会像普通 箍筋那样容易“崩出”，因而 能约束核心混凝土在纵向受压 时产生的横向变形，从而提高 了混凝土抗压强度和变形能力， 这种受到约束的混凝土称为 “约束混凝土”。
1 杆端弯矩同号时的二阶效应 (1)控制截面的转移
杆端弯矩同号时的二阶效应(P-δ效应)
5.4 偏心受压构件二阶效应
(2)考虑二阶效应的条件
杆端弯矩同号时，发生控制截面转移的情况是不 普遍的，为了减少计算工作量，《混凝土结构设计 规范》规定，当只要满足下述三个条件中的一个条 件时，就要考虑二阶效应：
此外，在长期荷载作用下，由于混 凝土的徐变，侧向挠度将增大更多，从 而使长柱的承载力降低的更多，长期荷 载在全部荷载中所占的比例越多，其承 载力降低的越多。
5.2 轴心受压柱正截面受压承载能力
《混凝土结构设计规范》采用稳定系数φ来表示长柱承载力的降低 程度
5.2 轴心受压柱正截面受压承载能力
2 承载力计算公式
方形、矩形截面箍筋形式 I形、L形截面箍筋形式
5.2 轴心受压柱正截面受压承载能力
在实际工程结构中，由于混凝土材料的非匀质性，纵 向钢筋的不对称布置，荷载作用位置的不准确及施工时不 可避免的尺寸误差等原因，使得真正的轴心受压构件几乎 不存在。但在设计以承受恒荷载为主的多层房屋的内柱及 桁架的受压腹杆等构件时，可近似地按轴心受压构件计算。 另外，轴心受压构件正截面承载力计算还用于偏心受压构 件垂直弯矩平面的承载力验算。
Ass 0

dcor
s
Ass1
Nu ( fc r ) Acor f yAs
Nu


fc Acor 2
f y Ass0
f yAs
令2 / 2
Nu 0.9( fc Acor 2 f y Ass0 f yAs)
α称为间接钢筋对混凝土约束的折减系数，当混凝土强度等级不 超过C50时，取α＝1.0；当混凝土强度等级为C80时，取α＝0.85； 当混凝土强度等级在C50与C80之间时，按直线内插法确定。
在柱的横向采用螺旋箍筋或焊接环筋也能像直接配 置纵向钢筋那样起到提高承载力和变形能力的作用，故 把这种配筋方式称为“间接配筋”。
5.2 轴心受压柱正截面受压承载能力
混凝土径向压力示意图
r
2 f y Ass1 sdcor

2 f y Ass1dcor
4

4
dcor 2s

f y Ass0 2 Acor
情况那样理想、明确，这会在确定l0时遇 到困难。为此《混凝土结构设计规范》
对单层厂房排架柱、框架柱等的计算长
度作了具体规定，分别见中册第12、13 章。
5.2 轴心受压柱正截面受压承载能力
轴心受压构件在加载后荷载维持不变的条件下，由 于混凝土徐变，则随着荷载作用时间的增加，混凝土的 压应力逐渐变小，钢筋的压应力逐渐变大，一开始变化 较快，经过一定时间后趋于稳定。
5.1受压构件的构造要求
二、截面形式和尺寸
为便于制作模板，轴心受压构件截面一般采用方形 或矩形，有时也采用圆形或多边形。偏心受压构件一般 采用矩形截面，但为了节约混凝土和减轻柱的自重，特 别是在装配式柱中，较大尺寸的柱常常采用Ⅰ形截面。 拱结构的肋常做成T形截面。采用离心法制造的柱、桩、 电杆以及烟囱、水塔支筒等常采用环形截面。
①M1/M2＞0.9或 ②轴压比N/fcA＞0.9或 ③lc/i＞34-12(M1/M2)
5.4 偏心受压构件二阶效应
3)考虑二阶效应后控制截面的弯矩设计值
《混凝土结构设计规范》规定，除排架结构柱外，其他
偏心受压构件考虑轴向压力在挠曲杆件中产生的二阶效应后 控制截面的弯矩设计值，应按下列公式计算：
在“受拉破坏形态”与“受压破坏形态”之间存在着 一种界限破坏形态，称为“界限破坏”。它不仅有横向主 裂缝，而且比较明显。其主要特征是：在受拉钢筋应力达 到屈服强度的同时，受压区混凝土被压碎。界限破坏形态 也属于受拉破坏形态。
5.3 偏心受压构件的正截面受压破坏形态
二、偏心受压长柱的破坏类型
长柱实测N-f曲线
一般把钢筋混凝土柱按照箍筋的作用及配置方式的不 同分为两种：配有纵向钢筋和普通箍筋的柱，简称普通箍 筋柱；配有纵向钢筋和螺旋式或焊接环式箍筋的柱，统称 螺旋箍筋柱。
5.2 轴心受压柱正截面受压承载能力
一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算
1 受力分析和破坏形态
配有纵筋和箍筋的柱 应力-荷载曲线示意图 短柱的破坏
5.1受压构件的构造要求
对于I形截面，翼缘厚度不宜小于120mm，因为翼 缘太薄，会使构件过早出现裂缝，同时在靠近柱底处 的混凝土容易在车间生产过程中碰坏，影响柱的承载 力和使用年限。腹板厚度不宜小于100mm，地震区采 用I形截面柱时，其腹板宜再加厚些。
三、纵向钢筋
柱中纵向钢筋直径不宜小于12mm；全部纵向钢筋的配 筋率不宜大于5%(详见5.2.1节末)；
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,也不小于40mm。间接钢筋的直径按箍筋有 关规定采用。
5.3 偏心受压构件的正截面受压破坏形态
一、偏心受压短柱的破坏形态
试验表明，钢筋混凝土偏心受压短 柱的破坏形态有受拉破坏和受压破坏两 种破坏形态。
1 受拉破坏形态
Nu 0.9 ( fc A f y As )
普通箍筋柱正截面 受压承载力计算简图
构件计算长度与构件两端支承情况
有关，当两端铰支时，取l0=l(l是构件实 际长度)；当两端固定时，取l0= 0.5l；当 一端固定，一端铰支时，取l0= 0.7l；当 一端固定，一端自由时取l0= 2l。在实际 结构中，构件端部的连接不像上面几种
全部纵向钢筋配率不应小于附表4-5中给出的最小配筋 百分率ρmin(%)，且截面一侧纵向钢筋配筋率不应小于 0.2%。
5.1受压构件的构造要求
四、箍筋
为了能箍住纵筋，防止
纵筋压曲，柱及其他受压构 件中的周边箍筋应做成封闭 式；其间距在绑扎骨架中不 应大于15d(d为纵筋最小直 径)，且不应大于400mm,也 不大于构件横截面的短边尺 寸。 箍筋直径不应小于d/4(d为 纵筋最大直径)，且不应小 于6mm。
受拉破坏又称大偏心受压破坏，它 发生于轴向压力N的相对偏心距较大，且 受拉钢筋配置得不太多时。
受拉破坏形态的特点是受拉钢筋先达 到屈服强度，最终导致压区混凝土压碎截 面破坏。这种破坏形态与适筋梁的破坏形 态相似。
受拉破坏时的截面应 力和受拉破坏形态
(a)截面应力； (b) 受拉破坏形态
5.3 偏心受压构件的正截面受压破坏形态
第五章 钢筋混凝土受弯构件
5.1 受压构件的构造要求 5.2 轴心受压柱正截面受压承载能力 5.3 偏心受压构件的正截面受压破坏形态 5.4 偏心受压构件二阶效应 5.5 矩形截面偏压构件正截面承载力计算基本公式 5.6 矩形截面偏压构件非对称配筋正截面承载力 5.7 矩形截面偏压构件对称配筋正截面承载力 5.8 I形对称配筋偏压构件正截面承载力 5.9 偏心受压构件斜截面受剪承载力计算 5.10 偏压构件N-M相关曲线及应用
5.3 偏心受压构件的正截面受压破坏形态
不同长细比柱从加荷到破坏的N-M关系
5.3 偏心受压构件的正截面受压破坏形态
偏心受压长柱在纵向弯曲影响下，可能发生失稳破 坏和材料破坏两种破坏类型。长细比很大时，构件的 破坏不是由材料引起的，而是由于构件纵向弯曲失去 平衡引起的，称为“失稳破坏”。当柱长细比在一定 范围内时，虽然在承受偏心受压荷载后，偏心距由ei 增加到 ei+f，使柱的承载能力比同样截面的短柱减小， 但就其破坏特征来讲与短柱一样都属于“材料破坏”， 即因截面材料强度耗尽而产生破坏。
在荷载突然卸载时，构件回弹，由于混凝土徐变变形 的大部分不可恢复，故当荷载为零时，会使柱中钢筋受 压而混凝土受拉；若柱的配筋率过大，还可能将混凝土 拉裂，若柱中纵筋和混凝土之间有很强结应力时，则能 同时产生纵向裂缝，这种裂缝更为危险。为了防止出现 这种情况，故要控制柱中纵筋的配筋率，要求全部纵筋 配筋率不宜超过5%。
轴心 受压
偏心 受压
单向 偏心
双向 偏心
5.1受压构件的构造要求
轴心受压
单向偏心受压
双向偏心受压
5.1受压构件的构造要求
一、材料强度等级
混凝土强度等级对受压构件的承截能力影响较大。 为了减小构件的截面尺寸，节省钢材，宜采用较高强 度等级的混凝土。一般采用C30、C35、C40，对于高 层建筑的底层柱，必要时可采用高强度等级的混凝土。 纵向钢筋一般采用HRB400级、RRB400级和HRB500 级钢筋，不宜采用高强度钢筋，这是由于它与混凝土 共同受压时，不能充分发挥其高强度的作用。箍筋一 般 采 用 HRB400 级 、 HRB335 级 钢 筋 ， 也 可 采 用 HPB300级钢筋。
M CmnsM 2
Cm
0.7 0.3 M1 M2
0.7
c

0.5 fc N
A
ns
1 1300(M 2
1 /N

ea
)
/
h0

lc h
2

c
其中，当 Cmns 1.0 时取1.0
对剪力墙肢及核心筒墙肢类构件，取1.0
5.4 偏心受压构件二阶效应
2 杆载能力
长柱的破坏
试验表明，长柱的破坏荷载低于其
他条件相同的短柱破坏荷载，长细比越 大，承载能力降低越多。其原因在于， 长细比越大，由于各种偶然因素造成的 初始偏心距将越大，从而产生的附加弯 矩和相应的侧向挠度也越大。对于长细 比很大的细长柱，还可能发生失稳破坏 现象。
5.4 偏心受压构件二阶效应
轴向压力对偏心受压构件的侧移和挠曲产生附加弯 矩和附加曲率的荷载效应称为偏心受压构件的二阶荷 载效应，简称二阶效应。其中，由侧移产生的二阶效 应，习称P-Δ效应；由挠曲产生的二阶效应，习称P-δ 效应。
5.4 偏心受压构件二阶效应
一、由挠曲产生的二阶效应(P-δ)效应
5.1受压构件的构造要求
一、受压构件
工程结构中，以承受纵向压力为主的构件称为受压构件， 最常见的受压构件为钢筋混凝土柱，此外屋架的受压弦杆、腹 杆、桥梁中的桥墩，高层建筑中的剪力墙均属受压构件 。
二、受压构件的分类----从与轴线的位置来看
根据纵 向压力 的作用 位置分
轴向压力与 构件轴线重合
轴向压力与构 件轴线不重合
2 受压破坏形态
受压破坏形态又称小偏心受压破坏，截面破坏是从受压 区开始的。
受压破坏形态或 称小偏心受压破坏形 态的特点是混凝土先 被压碎，远侧钢筋可 能受拉也可能受压， 但基本上都不屈服， 属于脆性破坏类型。
(a)、(b) 截面应力； (c) 受压破坏形态
5.3 偏心受压构件的正截面受压破坏形态
5.2 轴心受压柱正截面受压承载能力
为使间接钢筋外面的混凝土保护层对抵抗脱落有足够的安全，按 式(5-9)算得的构件承载力不应比按式(5-4)算得的大50％。
凡属下列情况之一者，不考虑间接钢筋的影响而按式(5-4)计算构 件的承载力：
(1)当l0/d＞12时，此时因长细比较大，有可能因纵向弯曲引起螺旋 筋不起作用； (2)当按式(5-9)算得受压承载力小于按式(5-4)算得的受压承载力时； (3)当间接钢筋换算截面面积Ass0小于纵筋全部截面面积的25％时， 可以认为间接钢筋配置得太少，套箍作用的效果不明显。
方形柱的截面尺寸不宜小于250mm×250mm。为了避 免矩形截面轴心受压构件长细比过大，承载力降低过多， 常取l0/b ≤30, l0/h ≤25。此处l0为柱的计算长度，b为矩形 截面短边边长，h为长边边长。此外，为了施工支模方 便 ， 柱 截 面 尺 寸 宜 采 用 整 数 ， 800mm 及 以 下 的 ， 宜 取 50mm的倍数，800mm以上的，可取100mm的倍数。
杆端弯矩异号时的二阶效应(P-δ效应)
虽然轴向压力对杆件长度中部的截面将产生附加弯矩，增大其 弯矩值，但弯矩增大后还是比不过端节点截面的弯矩值，即不会 发生控制截面转移的情况，故不必考虑二阶效应。
5.4 偏心受压构件二阶效应