钢筋混凝土小偏压柱破坏机理及设计方法研究

钢筋混凝土小偏压柱破坏机理及设计方法研究

【摘要】：本文在现有研究成果的基础上，通过大量阅读文献，

对钢筋混凝土小偏压柱的破坏机理进行了深入的探讨，并对原有设计方法进行了简化，可用于工程实际。

【关键词】：钢筋混凝土；柱；小偏心；破坏机理

abstract: this article on the basis of existing research results through a lot of reading literature, the failure mechanism of reinforced concrete columns by in-depth discussion, and the original design has been simplified, can be used in engineering practice.

key words: reinforced concrete; column; small eccentricity; failure mechanism

中图分类号: tu318文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）

0 引言

钢筋混凝土结构由于其良好的工作性能成为使用最广泛的建筑

结构之一。钢筋混凝土柱是这一结构的主要受力构件。建筑行话“梁坏坏一根，柱坏坏一堆”，梁的破坏不会引发建筑物全部倒塌。而

建筑物中若竖向承重构件发生脆性破坏，则会导致灾难性后果。失本文针对钢筋混凝土小偏压柱的破坏机理进行研究，并提出一种简化的设计方法。

1 破坏机理研究

钢筋混凝土小偏压柱破坏呈脆性，且破坏前无明显预兆，并且混凝土强度等级越高破坏越突然；相反钢筋混凝土轴压和大偏压柱则以延性形式破坏，破坏前有明显的预兆[1]。nu随偏心距增大逐渐减小，偏心距为零时，nu达到最大值。随偏心距的增大，破坏时柱截面应变分布的一组曲线。当偏心距为零时（即轴心受压）截面左右两侧钢筋均达到屈服，＝0.0022，全截面混凝土被压碎，与小偏压、大偏压相比，此时其截面应变延截面高度分布是最均匀的，故破坏时该截面及整个柱子耗散能量最多。同时通过构件的荷载－挠度曲线（见图3）我们也可看出，nu越大，构件破坏过程中所耗散的能量就越大。

当偏心距约为0.166h时，混凝土应变为零，钢筋应变近似为零，右侧钢筋应变略小于0.0033，混凝土被压碎，此时破坏时该截面及整个柱子耗散能量是最少的。

当偏心距大于0.3h时，受荷后柱所产生的附加偏心距也随之增大，这使得截面应变延柱长分布不均匀，因为此时左侧混凝土拉裂，右侧混凝土被压碎，受拉、压钢筋均达到屈服（超出0.0033）。由此可以看出，偏心距为0.3h是大小偏心的一个临界值。那么钢筋混凝土偏压柱何时发生脆性破坏，何时发生延性破坏，钢筋混凝土柱脆性破坏判别式[2]：

脆性破坏

延性破坏

2 计算方法

2.1 基本公式及常规解法

普通钢筋混凝土矩形截面偏心受压构件。现行混凝土结构设计规范对此构件提出如下计算式：

（1）

（2）

对于小偏心受压构件，即，钢筋应力按下式计算：

（3）

式中各符号见规范所述。根据上述三个公式，对矩形截面小偏心受压构件可进行配筋计算。如图4所示，对重心处取矩，并取n=nu，列出平衡方程(或将式(l)代入式(2))，可得：

式中为轴向力作用点至重心处之间的距离(见图4)。

取混凝土受压区相对高度，并将式(3)代入上式，整理后为：

＝0(4)

常规配筋计算的方法是，先取某一值(如按最小配筋率配置)，然后利用式(4)求出值，再求出x值，代入式(2)后可求出值。显然求解比较麻烦，且易出错。笔者对(4)式作一些适当简化，可得出的近似表达式。

2.2的简化公式及其应用

设配筋率，将及代入式(4)，并取可得：