钢筋混凝土受压构件承载力.ppt
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1、11 钢筋混凝土受压构钢筋混凝土受压构件承载力件承载力受压构件(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。个结构的损坏,甚至倒塌。受压构件:以承受压力为主的构件。受压构件:以承受压力为主的构件。按其受力情况可分为:轴心受压构件、单向偏心受压构件、双向偏心受压构件按其受力情况可分为:轴心受压构件、单向偏心受压构件、双向偏心受压构件 对于单一匀质材料的受压构件,构件截面的真实形心轴沿构件纵向与截面几何对于单一匀质材料的受压构件,构件截面的真实形心轴沿构件纵向与截面几何形心重合,当纵向压力的作用线与构
2、件截面形心轴线重合时为轴心受压,不重合形心重合,当纵向压力的作用线与构件截面形心轴线重合时为轴心受压,不重合时为偏心受压。钢筋混凝土受压构件由两种材料组成,混凝土为非匀质材料,而时为偏心受压。钢筋混凝土受压构件由两种材料组成,混凝土为非匀质材料,而钢筋还可以不对称布置,因此构件截面的真实形心轴沿构件纵向并不与截面几何钢筋还可以不对称布置,因此构件截面的真实形心轴沿构件纵向并不与截面几何形心重合,所以实际工程中,真正的轴心受压构件是不存在的。但是为了方便,形心重合,所以实际工程中,真正的轴心受压构件是不存在的。但是为了方便,忽略混凝土的不均匀性与不对称配筋的影响,近似的用轴向压力的作用点与截面忽
3、略混凝土的不均匀性与不对称配筋的影响,近似的用轴向压力的作用点与截面几何形心的相对位置来划分受压构件的类型。在工程中,以恒载为主的多层建筑几何形心的相对位置来划分受压构件的类型。在工程中,以恒载为主的多层建筑的内柱和屋架的受压腹杆等少数构件,常近似的按轴心受压构件进行设计,而框的内柱和屋架的受压腹杆等少数构件,常近似的按轴心受压构件进行设计,而框架结构柱、单层工业厂房柱、承受节间荷载的屋架上弦杆、拱等大量构件,一般架结构柱、单层工业厂房柱、承受节间荷载的屋架上弦杆、拱等大量构件,一般按偏心受压构件进行设计。按偏心受压构件进行设计。1 受压构件一般构造要求受压构件一般构造要求1.1 材料强度要求
4、材料强度要求混凝土混凝土:受压构件的承载力主要取决于混凝土强度,一般应采用强度等级较高:受压构件的承载力主要取决于混凝土强度,一般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C25C40,在高层建,在高层建筑中,筑中,C50C60级混凝土也经常使用。级混凝土也经常使用。钢筋钢筋:通常采用:通常采用级和级和级钢筋,不宜过高。级钢筋,不宜过高。截面形状和尺寸截面形状和尺寸:采用矩形截面,单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。采用矩形截面,单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。圆形截面
5、主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。柱的截面尺寸不宜过小,一般应控制在柱的截面尺寸不宜过小,一般应控制在l0/b30及及l0/d25。圆形柱的直径一般不宜小于圆形柱的直径一般不宜小于350mm,直径在,直径在600mm以下时,宜取以下时,宜取50mm的倍数,直的倍数,直径在径在600mm以上时,宜取以上时,宜取100mm的倍数;方形柱的截面尺寸一般不宜小于的倍数;方形柱的截面尺寸一般不宜小于250mm250mm;当柱截面的边长在当柱截面的边长在800mm以下时,一般以以下时,一般以50mm为模数,边长在为模数,边长在800mm以上时,以以上时,以100mm为模数。为模数。1.3 纵筋的作用纵筋的
6、作用协助混凝土受压协助混凝土受压受压钢筋最小配筋率:受压钢筋最小配筋率:0.4%(单侧单侧0.2%)承担弯矩作用承担弯矩作用 减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。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。定一个下限,钢筋中的压应力就可能在持续使用荷载下增
7、长到屈服应力水准。纵向钢筋配筋率过小时,纵筋对柱的承载力影响很小,接近于素混凝土柱,纵纵向钢筋配筋率过小时,纵筋对柱的承载力影响很小,接近于素混凝土柱,纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲作用。同时考虑到实际结构中存在偶筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲作用。同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用(垂直于弯矩作用平面),以及收缩和温度变化产生的拉应力,然附加弯矩的作用(垂直于弯矩作用平面),以及收缩和温度变化产生的拉应力,规定了受压钢筋的最小配筋率。规定了受压钢筋的最小配筋率。规范规范规定,轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于规定,轴心受压构件、偏心受压构件全部纵
8、向钢筋的配筋率不应小于0.6%;当混凝土强度等级大于;当混凝土强度等级大于C50时不应小于时不应小于0.7%;一侧受压钢筋的配筋率不应;一侧受压钢筋的配筋率不应小于小于0.2%,受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。,受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。另一方面,考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量,全部纵筋配筋率另一方面,考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量,全部纵筋配筋率不宜超过不宜超过5%。全部纵向钢筋的配筋率按全部纵向钢筋的配筋率按=(As+As)/A计算,一侧受压钢筋的配筋率按计算,一侧受压钢筋的配筋率按=As/A计算,其中计算,其中A为构件全截面面积。为构件全截面面积。配
9、筋构造:配筋构造:柱中纵向受力钢筋的的直径柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于不宜小于12mm,且选配钢筋时宜根数少而粗,但对矩,且选配钢筋时宜根数少而粗,但对矩形截面根数不得少于形截面根数不得少于4根,圆形截面根数不宜少于根,圆形截面根数不宜少于8根,且应沿周边均匀布置。根,且应沿周边均匀布置。纵向钢筋的保护层厚度要求见附表纵向钢筋的保护层厚度要求见附表3-2,且不小于钢筋直径,且不小于钢筋直径d。当柱为竖向浇筑混凝土时,纵筋的净距不小于当柱为竖向浇筑混凝土时,纵筋的净距不小于50mm。对水平浇筑的预制柱,其纵向钢筋的最小应按梁的规定取值。对水平浇筑的预制柱,其纵向钢筋的最小应按梁的规定取值。
10、截面各边纵筋的中距不应大于截面各边纵筋的中距不应大于300mm。当。当h600mm时,在柱侧面应设置直径时,在柱侧面应设置直径1016mm的纵向构造钢筋,并相应设置附加箍筋或拉筋。的纵向构造钢筋,并相应设置附加箍筋或拉筋。1.4 箍箍 筋筋:受压构件中箍筋应采用封闭式,其直径不应小于受压构件中箍筋应采用封闭式,其直径不应小于d/4,且不小于,且不小于6mm,此处,此处d为为纵筋的最大直径。纵筋的最大直径。箍筋间距对绑扎钢筋骨架,箍筋间距不应大于箍筋间距对绑扎钢筋骨架,箍筋间距不应大于15d;对焊接钢筋骨架不应大于;对焊接钢筋骨架不应大于20d(d为纵筋的最小直径)且不应大于为纵筋的最小直径)且
11、不应大于400mm,也不应大于截面短边尺寸,也不应大于截面短边尺寸.当柱中全部纵筋的配筋率超过当柱中全部纵筋的配筋率超过3%,箍筋直径不宜小于,箍筋直径不宜小于8mm,且箍筋末端应作,且箍筋末端应作成成135的弯钩,弯钩末端平直段长度不应小于的弯钩,弯钩末端平直段长度不应小于10倍箍筋直径,或焊成封闭式;箍倍箍筋直径,或焊成封闭式;箍筋间距不应大于筋间距不应大于10倍纵筋最小直径,也不应大于倍纵筋最小直径,也不应大于200mm。当柱截面短边大于当柱截面短边大于400mm,且各边纵筋配置根数超过,且各边纵筋配置根数超过3根时,或当柱截面短边根时,或当柱截面短边不大于不大于400mm,但各边纵筋配
12、置根数超过,但各边纵筋配置根数超过4根时,应设置复合箍筋。根时,应设置复合箍筋。对截面形状复杂的柱,不得采用具有内折角的箍筋,以避免箍筋受拉时产生向对截面形状复杂的柱,不得采用具有内折角的箍筋,以避免箍筋受拉时产生向外的拉力,使折角处混凝土破损。外的拉力,使折角处混凝土破损。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、荷载作用位置的不确定性、混凝土质量的不均匀性等原因,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。2 轴心受压构件的承载力计算轴心受压构件的承载力计算螺旋钢箍柱螺
13、旋钢箍柱:箍筋的形状为圆形,且间距:箍筋的形状为圆形,且间距较密较密2.12.1受力过程和破坏特征受力过程和破坏特征受力过程和破坏特征受力过程和破坏特征轴心受压短柱轴心受压短柱取0=0.002 400MPa 随着荷载的继续增加随着荷载的继续增加,柱中开始出现微细裂缝,在临近破坏柱中开始出现微细裂缝,在临近破坏荷载时,柱四周出现明显的纵向裂缝,箍筋间的纵筋发生压屈,荷载时,柱四周出现明显的纵向裂缝,箍筋间的纵筋发生压屈,向外凸出,向外凸出,混凝土被压碎混凝土被压碎混凝土被压碎混凝土被压碎,柱子即告破坏,柱子即告破坏,轴心受压长柱轴心受压长柱 破坏时,首先在凹侧出现纵向裂缝,随后混凝土被压碎,纵筋
14、被压屈向外凸出;凸侧混凝土出现横向裂缝,侧向挠度不断增加,柱子破坏。表现为“材料破坏材料破坏”和和“失稳破坏失稳破坏”。破坏特征破坏特征 短柱为材料强度破坏,设其轴心受压承载力短柱为材料强度破坏,设其轴心受压承载力 为为 ;长柱为非完全材料强度破坏,与其稳定性有长柱为非完全材料强度破坏,与其稳定性有 关,其轴心受压承载力为关,其轴心受压承载力为 问题问题为什么砼轴心受压构件要配钢筋?为什么砼轴心受压构件要配钢筋?稳定系数 矩形截面柱2.22.2普通箍柱轴心受压正截面承载力普通箍柱轴心受压正截面承载力普通箍柱轴心受压正截面承载力普通箍柱轴心受压正截面承载力计算公式计算公式问题问题为何要规定受压构
15、件的最小配筋率和为何要规定受压构件的最小配筋率和最大配筋率?最大配筋率?规定最小配筋率的目的是改善砼受压构件的脆性特征,避免砼突然压溃,并使受压构件具有必要的刚度和抗偶然偏心作用的能力。规定最大配筋率的目的是:为了不使截面配筋过于拥挤,便于施工;经济性考虑;对于仓库、贮仓、料斗等,避免长期贮料突然卸载引起柱中砼受拉开裂。【例例11.1】钢筋混凝土框架柱的截面尺寸为钢筋混凝土框架柱的截面尺寸为400mm400mm,承受轴向压力设计值,承受轴向压力设计值=2500kN,柱的计算长度,柱的计算长度=5.0m,混凝土强度等级为,混凝土强度等级为C30,钢筋采用,钢筋采用HRB335级。要级。要求确定纵
16、筋数量。求确定纵筋数量。解:根据选用材料,查表可知解:根据选用材料,查表可知 查表得:=0.9425【例11.2】某建筑门厅处有现浇柱四根,截面尺寸为250mm 250mm。由两端支承条件确定其计算高度为l=3.2m;柱内配置4根直径20mm的HRB400级钢筋(As=1256mm2),混凝土强度等级C30。柱的轴向压力设计值。验算截面是否安全。解:规范强制性条文规定,计算现浇钢筋混凝土轴心受压及偏心受压构件时,如截面的长边或直径小于300mm,则混凝土的强度设计值应乘以系数0.8;当构件质量(如混凝土成型、截面和轴线尺寸等)确有保证时,可不受此限制。本题乘以系数0.8。混凝土圆柱体三向受压状
17、态的纵向抗压强度混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度达到极限状态时(保护层已剥落,不考虑)达到极限状态时(保护层已剥落,不考虑)第十一章 受压构件的截面承载力达到极限状态时(保护层已剥落,不考虑)达到极限状态时(保护层已剥落,不考虑)第十一章 受压构件的截面承载力螺旋箍筋对承载力的影响系数螺旋箍筋对承载力的影响系数a a,当,当fcu,k50N/mm2时,取时,取a a=1.0;当;当fcu,k=80N/mm2时,取时,取a a=0.85,其间直线插值。,其间直线插值。第十一章 受压构件的截面承载力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
18、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: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,为保证有一定约束效果,规范规定:螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋As 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。【例例11.3】某商住楼底层门厅采用现浇钢筋混凝土柱,承受轴向压力某商住楼底层门厅采用
19、现浇钢筋混凝土柱,承受轴向压力设计值设计值4800kN,计算长度,计算长度l0=5m,混凝土强度等级为,混凝土强度等级为C30,纵筋采,纵筋采用用HRB400级,箍筋采用级,箍筋采用HPB335级。建筑要求柱截面为圆形,直径级。建筑要求柱截面为圆形,直径为为 d=450mm。要求进行柱的受压承载力计算。要求进行柱的受压承载力计算。解:先按普通箍筋柱计算。解:先按普通箍筋柱计算。若混凝土强度等级不再提高,显然配筋率太高。由于若混凝土强度等级不再提高,显然配筋率太高。由于l0/d 12,可以考虑采用,可以考虑采用螺旋箍筋柱。螺旋箍筋柱。4916.97kN11.3偏心受压构件正截面受力性能偏心受压构
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