第八章 柱的结构形式及破坏类型

• 发生强度破坏时，柱 四周出现明显的纵向 裂缝，箍筋间的纵筋 屈服并外鼓，最终混 凝土被压碎。
• 两种材料均可发挥作用。
图8-9 钢筋砼柱轴心受压破坏形态
图8-10钢筋砼柱截面应变
1.受拉破坏
• 当偏心距较大，且受拉钢筋配置不多时，先出 现横向裂缝，随着荷载的增大，形成主裂缝， 受拉混凝土退出工作，受拉钢筋屈服，而后受 压混凝土达极限压应变 u 而破坏。
• 一般受压钢筋 As' 都会屈服，只是当 As 过少时 可能使 As' 达不到屈服状态。受拉破坏属于延 性破坏性质。
2.受压破坏
• 当偏心距较小，或虽然偏心距较大，但所配受拉钢 筋 过多时，As 截面全部或大部分受压，受压混凝土 出现纵向裂缝并先达到极限压应变 u 而破坏。
• 此时，钢筋 As 受压或受拉，但尚未屈服。受压破坏 属脆性破坏性质。
第三篇 柱的承载力设计
• 第8章 柱的结构形式及破坏类型 • 8.1工程结构中的轴向受力构件go • 8.2按轴向力作用的位置分类go • 8.3 轴向受力构件的材料选用及截面形式go • 8.4柱的主要破坏类型go
(a)梯形桁架； (b)拱形桁架； (c)剪力墙结构； (d)框架结构； (e)连续桁架桥；
图8-2轴向受力构件截面应力分布 a)轴心受拉；b)单向偏心受拉；c)双向偏心受拉； d)轴心受压；e)单向偏心受压；f)双向偏心受拉.return
轴心受压和偏心受压(压弯)构件，习称“柱”。
8.3 轴向受力构件的材料选用及截面形式
• 一.轴向受拉构件的材料及截面形式 • 轴向受拉构件，应优先采用钢结构 • 选用热轧型钢和冷弯薄壁型钢(图8-3a)，当
(f)圆水池； (g)斜拉桥； (h)悬索桥； (i)平板网架； (j)桁架转换层高层结构； (k)塔桅结构.
• 受拉、受压，或者是既受拉又受弯、既受 压又受弯的杆件，这些杆件的轴向力N的作
用线与构件截面相垂直，可统称为轴向受 力构件。return
• 轴向力有拉力和压力两种，因此，可将轴向受力构件 分为两大类，即轴向受拉构件和轴向受压构件.
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此称为“二阶效应”
p
图8-15偏心受压柱
• 发生失稳时，材料没有或尚未完全破坏。 在钢柱中，达临界压力及相应弯矩时，截 面尚未达到全塑性状态；
• 在钢筋混凝土柱截面上，受压混凝土尚未 压碎，甚或受拉侧或受压较小侧的钢筋尚 未屈服。
• 失稳破坏不只是未能充分利用材料，更主 要的是破坏突然，后果严重。
受力较大时，可选用由型钢和钢板组成的实 腹式、格构式截面形式截面形式。
图
8-3 轴 向
二.轴向受压(压弯)构件的材料及截面形式
• (一)钢柱 • 型钢 • 钢板焊接组合截面 • 型钢与型钢组合截面 • 型钢与钢板组合截面 • 常采用格构式截面
图8-4钢柱(压弯构件)截面形式 型钢(b)钢板焊接(c)型钢与型钢组合(d)型钢与钢板组合(e)格构式截面
• 4)竖向灰缝内砂浆不饱满，块体内存在横向 拉应力和剪应力集中现象。
图8-12 砌体柱破坏过程 加荷初期 (b)个别块体裂缝(1) (c)贯通裂缝，形成小柱(2)
图8-13偏心受压砌体柱截面应力分布 全截面工作时应力分布 (b)剩余截面上的应力分布
二.失稳破坏
• 构件截面上出现压应力就有可能出现稳定 问题。整体失稳破坏是各种材料柱的主要 破坏形式。对钢柱，由于部分板件受压， 与梁一样存在局部失稳破坏，不予重复。
• 无筋砌体柱的受压工作与匀质的整体结构 构件有较大的差别，砌体内的块体抗压强 度虽很高，但因下列原因处于复杂应力状 态。
• 1)灰缝的厚度和密实性不均；
• 2)块体处于弹性“地基” 上，该“地基” 的弹性模量相对较小，又使块体产生弯剪 应力；
• 3)砌体受压发生横向变形时，块体与砂浆的 弹性模量和横向变形系数不同，引起块体 出现拉应力；
思考题：
• 1.简述柱的破坏形式。 • 2.何谓“界限破坏”？ • 3.何谓“p ”效应？出现后有什么后果？
(四)钢-混凝土组合柱
• 采用较多的是钢管混凝土柱及型钢混凝土柱。
图8-7钢-混凝土组合柱return 钢管混凝土单肢柱；(b)、(c)、(d)、钢管混凝土格构柱； (e)、(f)I字形钢管混凝土柱；(g)十字形钢骨混凝土柱；(h)箱形钢骨混凝土柱。
8.4柱的主要破坏类型
• 主要有强度破坏和失稳破坏等破坏类型，只是 因材料性能及截面形式等的不同，存在着一定 的差别。
• (一)轴心受压柱的整体失稳
cr
2E 2
2E( i )2
H0
图8-14 轴心受压柱整体失稳的形态 (a)钢柱弯曲失稳(b)钢柱弯扭失稳(c)钢柱扭转失稳(d)钢筋混凝土柱弯曲失稳
(二)偏心受压柱的整体失稳
• 单向偏心受压柱的整 体失稳可分为弯矩作 用平面内和平面外两 种情况。
e0 (M Ne0 )
(二)钢筋混凝土柱
• 在工程结构中，广泛采用钢筋混凝土柱.
(三)砌体柱
• 在砌体结构中，砌体柱是最主要的、也是应用 最广泛的构件。
• 常与墙体结合，形成T形截面柱 .
• 作为偏心受压柱，可以作成图8-6所示的配筋砌 体柱。
图8-6配筋砌体柱 (a)(b)(c)组合砌体柱 (d)横向配筋砌体柱 (e)组合砌体墙
• 在受拉破坏与受压破坏之间存在着一种界限状态， 称“界限破坏”，此时，受拉钢筋屈服的同时，受 压混凝土达极限压应变而破坏。“界限破坏”可用 以判别两种破坏的型式。
(三)无筋砌体柱
• 砌体的受压强度比受拉强度高很多，适宜 于作轴心受压柱，以及偏心不大的偏压柱。 荷载及偏心距较大时宜做成配筋砌体柱。
• 一.截面强度破坏go • 二.失稳破坏
(一)钢柱
• 轴心受压钢柱的截面 如无削弱，一般不会 发生强度破坏。整体 失稳或局部失稳总是 发生在强度破坏之前。
• 截面上的应变一部分 或全部达到甚至超过 钢材屈服点时，都属 强度破坏。
图8-8钢柱截面应变
(二)钢筋混凝土柱
• 轴心受压时，截面上 的钢筋与混凝土应变 相同，且均匀分布。