混凝土结构1620第六章受压构件

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● 对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。 ◆ 螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距s有关,为保证 由一定约束效果,《规范》规定:
● 螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋A's 面积的25% ● 螺旋箍筋的间距s不应大于dcor/5,且不大于80mm,同时 为方便施工,s也不应小于40mm。
N M
当 ≤b时 —受拉破坏(大偏心受压)
Nu fcbx f yAs f y As
Mu
fcbx(
h 2
x) 2
h f y As ( 2
a)
f
y
As
(
h 2
a)
fyAs
f'yA's
N M
当 >b时 —受压破坏(小偏心受压)
Nu fcbx f yAs s As
Mu
f
cbx(
h 2
x 2
)
第六章 受压构件
e0b Mb 0.5[fcbb (h bh0 ) ( f yAs f y As )(h0 a) / h0 ]
h0 Nbh0
fcb bh0 f yAs f y As
◆ 进一步分析,当截面尺寸和材料强度给定时,界限相对偏心 距e0b/h0随As和A's的减小而减小。
◆ 故当As和A's分别取最小配筋率时,可得e0b/h0的最小值。 ◆ 受拉钢筋As按构件全截面面积计算的最小配筋率为0.45ft /fy。 ◆ 受压钢筋按构件全截面面积计算的最小配筋率为0.002。
N
N
M
fyAs
f'yA's
fyAs
f'yA's
M较大,N较小
偏心距e0较大
As配筋合适
第六章 受压构件
一、破坏特征
N
偏心受压构件的破坏形态与偏心距e0和纵 向钢筋配筋率有关
1、受拉破坏 tensile failure
fyAs
f'yA's
◆ 截面受拉侧混凝土较早出现裂缝,As的应力首先达到屈服。
◆ 此后,裂缝迅速开展,受压区高度减小。
普通钢箍柱
螺旋钢箍柱
普通钢箍柱:箍筋的作用?
纵筋的作用?
螺旋钢箍柱:箍筋的形状 为圆形,且间距较密,其 作用?
第六章 受压构件
纵筋的作用: ◆ 协助混凝土受压 ◆ 承担弯矩作用 ◆ 减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。 实验表明,收缩和徐变能把柱截面中的压力由混凝 土向钢筋转移,从而使钢筋压应力不断增长。压应 力的增长幅度随配筋率的减小而增大。如果不给配 筋率规定一个下限,钢筋中的压应力就可能在持续 使用荷载下增长到屈服应力水准。
x=b xn s=Eses
s
Ese
c
u
(
x
b es
/ h0
1)
Ese
cu
(
b ecu
1)
h0
为避免采用上式出现 x 的三次方程
考虑:当 =b,s=fy;
xnb
ey
ecu
h0
第六章 受压构件
‘受拉侧’钢筋应力s
xn
es ecu
h0 xn xn
x=b xn s=Eses
s
Ese
c
u
(
x
b es
/ h0
dcor Ass1
sHale Waihona Puke Baidu
fyAss1
2
fyAss1
Nu fc Acor f yAs 2 f y Ass0
达到极限状态时(保护层已剥落,不考虑)
Nu
1 Acor
f yAs
fc Acor
f
yAs
8 f y Ass1 s dcor
Acor
第六章 受压构件
(a)
(b)
2
dcor Ass1 s Ass0
◆ 近似取h=1.05h0,a=0.05h0,代入上式可得。
最小相对界限偏心距 e0b,min/h0
混凝土 钢筋
Ⅱ级 Ⅲ级
C20
0.303 0.321
C30
0.294 0.312
C40
0.288 0.306
C50
0.284 0.302
C60
0.291 0.308
C70
0.298 0.315
C80
0.306 0.322
N
sAs
f'yA's
◆ 截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大。 ◆ 而受拉侧钢筋应力较小。 ◆ 当相对偏心距e0/h0很小时,‘受拉侧’还可能出现受压情况。 ◆ 截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏。 ◆ 承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋,破坏时受压区高度较大,
受拉侧钢筋未达到受拉屈服,破坏具有脆性性质。 ◆ 第二种情况在设计应予避免,因此受压破坏一般为偏心距较小的情况,
2、受压破坏compressive failure
产生受压破坏的条件有两种情况: ⑴当相对偏心距e0/h0较小 ⑵或虽然相对偏心距e0/h0较大,但受拉侧纵向钢筋配置较多时
N
N
As 太

sAs
f'yA's
sAs
f'yA's
第六章 受压构件
N
2、受压破坏compressive failure
产生受压破坏的条件A有s 两种情况: ⑴当相对偏心距e0/h太多0较小。 ⑵或虽然相对偏心距e0/shAs0较大, f'yA's 但受拉侧纵向钢筋配置较多时。
第六章 受压构件
一、普通箍筋柱
轴心受压短柱 Nus fc A f yAs
轴心受压长柱
N
l u
N
s u
稳定系数
N
l u
Nus
稳定系数 主要与柱的长细
比l0/b有关
N Nu 0.9 ( fc A f yAs)
折减系数 0.9是考虑初始偏心的影响,以及主要承受恒载作用 的轴压受压柱的可靠性。
第六章 受压构件
1)
Ese
cu
(
b ecu
1)
h0
为避免采用上式出现 x 的三次方程
考虑:当 =b,s=fy;
当 =b,s=0
ey
s
fy
b
b b
xnb
ecu
h0
第六章 受压构件
三、相对界限偏心距e0b/h0
偏心受压构件的设计计算中,需要判
Nb Mb
别大小偏压情况,以便采用相应的计
算公式。
=b时为界限情况,取x=bh0代入大
◆ 最后受压侧钢筋A's 受压屈服,压区混凝土压碎而达到破坏。 ◆ 这种破坏具有明显预兆,变形能力较大,破坏特征与配有受
压钢筋的适筋梁相似,承载力主要取决于受拉侧钢筋。
◆ 形成这种破坏的条件是:偏心距e0较大,且受拉侧纵向钢筋 配筋率合适,通常称为大偏心受压。
8.2 轴心受压构件的承载力计算
第六章 受压构件
s
(c)
dcor
Ass 0
dcor Ass1
s
fyAss1
s
2
fyAss1
Nu fc Acor f yAs 2 f y Ass0
N Nu 0.9( fc Acor f yAs f y Ass0 )
螺旋箍筋对承载力的影响系数,当fcu,k≤50N/mm2时,取 = 2.0;当fcu,k=80N/mm2时,取 =1.7,其间直线插值。
第六章 受压构件
6.2 压力和弯矩共同作用下的截面受力性能
Behaviors under flexure and axial load
N M=N e0
e0 N
a
a'
As
As? = As
As?
As
As?
b
压弯构件
h0
偏心受压构件
第六章 受压构件
6.2 压力和弯矩共同作用下的截面受力性能
Behaviors under flexure and axial load
第六章 受压构件
e0b Mb 0.5[fcbb (h bh0 ) ( f yAs f y As )(h0 a) / h0 ]
h0 Nbh0
fcb bh0 f yAs f y As
相对界限偏心距的最小值e0b,min/h0=0.284~0.322 近似取平均值e0b,min/h0=0.3 当偏心距e0< 0.3h0 时,按小偏心受压计算 当偏心距e0≥0.3h0时,先按大偏心受压计算
s
As
(
h 2
a)
f
y
As
(
h 2
a)
sAs
f'yA's
第六章 受压构件
‘受拉侧’钢筋应力s
由平截面假定可得
es
xn
ecu
h0
es ecu
h0 xn xn
x=b xn s=Eses
s
Ese
cu
(
x
b
/ h0
1)
Ese
c
u
(
b
1)
第六章 受压构件
‘受拉侧’钢筋应力s
xn
es ecu
h0 xn xn
第六章 受压构件
采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。 ◆ 如螺旋箍筋配置过多,极限承载力提高过大,则会在远未 达到极限承载力之前保护层产生剥落,从而影响正常使用。 《规范》规定:
● 按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载 力的50%。 ◆ 对长细比过大柱,由于纵向弯曲变形较大,截面不是全部 受压,螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。《规范》规定:
二、螺旋箍筋柱
第六章 受压构件
混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度
1 fc 4 2
第六章 受压构件
(a)
s
(b)
2
(c)
s
dcor fyAss1
2
fyAss1
第六章 受压构件
(a)
(b)
s
(c)
s
1 fc 4 2
2
dcor
2
fyAss1
2sd cor 2 f y Ass1
2
2 f y Ass1 s dcor
第六章 受压构件
四、Nu-Mu相关曲线 interaction relation of N and M
对于给定的截面、材料强度和配筋,达到正截面承载力极限 状态时,其压力和弯矩是相互关联的,可用一条Nu-Mu相关曲 线表示。根据正截面承载力的计算假定,可以直接采用以下方 法求得Nu-Mu相关曲线:
N M=N e0
e0 N
a
a'
As
As? = As
As?
As
As?
b
压弯构件
h0
偏心受压构件
偏心距e0=0时 当e0→∞时,即N=0 偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于轴心受压构件和受弯
构件。
第六章 受压构件
一、破坏特征
偏心受压构件的破坏形态与偏心距e0和纵向钢筋配筋率有关
1、受拉破坏 tensile failure
材料强度要求 混凝土:一般采用C25、C30、C35、C40。纵向钢筋一
般采用 HRB400级、 HRB335级和RRB400级,箍筋一般采 用HPB235级、HRB335级钢筋,也可采用HRB400级钢筋。
纵 筋: 轴心受压构件、偏心受压构件全部纵筋的配筋率 不应小于0.6%;同时,一侧钢筋的配筋率不应小于0.2%。全 部纵筋配筋率不宜超过5%。
偏心受压的计算公式,并取a=a',可
xb
fc
得界限破坏时的轴力Nb和弯矩Mb,
fyAs
f'yA's
Nb fcb bh0 f yAs f y As
Mb 0.5[fcbbh0 (h bh0 ) ( f yAs f y As )(h0 a)]
e0b Mb 0.5[fcbb (h bh0 ) ( f yAs f y As )(h0 a) / h0 ]
h0 Nbh0
fcb bh0 f yAs f y As
第六章 受压构件
e0b Mb 0.5[fcbb (h bh0 ) ( f yAs f y As )(h0 a) / h0 ]
h0 Nbh0
fcb bh0 f yAs f y As
对于给定截面尺寸、材料强度以及截面配筋As和A's , 界限相对偏心距e0b/h0为定值。 当偏心距e0≥e0b时,为大偏心受压情况; 当偏心距e0<e0b时,为小偏心受压情况。
故常称为小偏心受压。
第六章 受压构件
受拉破坏 受压破坏
第六章 受压构件
二、正截面承载力计算
◆ 偏心受压正截面受力分析方法与受弯情况是相同的, 即仍采用以平截面假定为基础的计算理论。
◆ 根据混凝土和钢筋的应力-应变关系,即可分析截面 在压力和弯矩共同作用下受力全过程。
◆ 对于正截面承载力的计算,同样可按受弯情况,对 受压区混凝土采用等效矩形应力图。
第六章 受压构件
6.1 轴心受压构件的承载力计算
◆ 在实际结构中,理想的轴心受压构件几乎是不存在的。 ◆ 通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不 均匀性等原因,往往存在一定的初始偏心距。 ◆ 但有些构件,如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的 受压腹杆等,主要承受轴向压力,可近似按轴心受压构件计算。
第六章 受压构件
第六章 受压构件 Compressive Element or Column
(a)轴心受压
(b)单向偏心受压 (c) 双向偏心受压
受压构件(柱)往往在结构中具有重要作用,一旦产生破 坏,往往导致整个结构的损坏,甚至倒塌。
第六章 受压构件
第六章 受压构件
第六章 受压构件
截面形式:
fyAss1
1
fc
8 f y Ass1 s dcor
达到极限状态时(保护层已剥落,不考虑)
Nu
1 Acor
f yAs
fc Acor
f
yAs
8 f y Ass1 s dcor
Acor
第六章 受压构件
(a)
(b)
s
(c)
s
1 fc 4 2
2
dcor Ass1 s Ass0
dcor
Ass 0
◆ 等效矩形应力图的强度为 fc,等效矩形应力图的高 度与中和轴高度的比值为b 。
第六章 受压构件
受拉破坏和受压破坏的界限
◆ 即受拉钢筋屈服与受压区混凝土边缘极限压应变ecu
同时达到。 ◆ 与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。 ◆ 因此,相对界限受压区高度仍为。
b
1
b
fy
e cu Es
第六章 受压构件
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