第七章 軸心受壓構(gòu)件承載力計算

1、 第七章第七章 軸心受壓構(gòu)件承載力計算軸心受壓構(gòu)件承載力計算 本章主要內(nèi)容 1 1配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)、配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)、承載力計算；承載力計算； 2 2配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)、配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構(gòu)件的破壞形態(tài)、承載力計算；承載力計算； 3 3穩(wěn)定系數(shù)的概念及其影響因素；穩(wěn)定系數(shù)的概念及其影響因素； 4 4核心混凝土強度分析及強度計算；核心混凝土強度分析及強度計算； 5 5普通箍筋柱、螺旋箍筋柱的配筋特點和構(gòu)造要求。普通箍筋柱、螺旋箍筋柱的配筋特點和構(gòu)造要求。6.1 配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)

2、件一、鋼筋混凝土柱的分類一、鋼筋混凝土柱的分類 普通箍筋柱：配有縱筋和箍筋的柱普通箍筋柱：配有縱筋和箍筋的柱 ,(,(圖圖6-1a)6-1a)。 螺旋箍筋柱：配有縱筋和螺旋筋或焊接環(huán)筋的柱螺旋箍筋柱：配有縱筋和螺旋筋或焊接環(huán)筋的柱,(,(圖圖6-1b)6-1b)。 其中：縱筋幫助受壓、承擔彎距、防止脆性破壞。其中：縱筋幫助受壓、承擔彎距、防止脆性破壞。 螺旋筋提高構(gòu)件的強度和延性。螺旋筋提高構(gòu)件的強度和延性。縱向鋼筋縱向鋼筋箍筋螺旋箍筋圖圖6-1 兩種鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件兩種鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件 a)普通箍筋柱普通箍筋柱 b)螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱6.1 配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件

3、縱向鋼筋作用縱向鋼筋作用:幫助混凝土承擔壓力防止混凝土幫助混凝土承擔壓力防止混凝土出現(xiàn)突然的脆性破壞，并承受由出現(xiàn)突然的脆性破壞，并承受由于荷載的偏心引起的彎矩于荷載的偏心引起的彎矩箍箍 筋筋 作作 用用:與縱筋組成空間骨架，避免縱筋與縱筋組成空間骨架，避免縱筋過早的壓屈而降低柱的承載力過早的壓屈而降低柱的承載力二、破壞形態(tài)二、破壞形態(tài)1.1.影響因素：影響因素： （1 1）徐變：）徐變： 使鋼筋應力突然增大，砼應力減小（應力重分布）使鋼筋應力突然增大，砼應力減小（應力重分布） 突然卸載砼會產(chǎn)生拉應力。突然卸載砼會產(chǎn)生拉應力。 （2 2）長細比：）長細比：(l(l0 0/b) /b) 2 2普

4、通箍筋柱的破壞特征普通箍筋柱的破壞特征 （1 1）短柱破壞短柱破壞材料破壞。材料破壞。 破壞特征破壞特征: :縱向裂縫、縱筋鼓起、砼崩裂?？v向裂縫、縱筋鼓起、砼崩裂。 6.1 6.1 配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件|ssdcSAfAfP承載能力承載能力（2）長柱破壞）長柱破壞失穩(wěn)破壞失穩(wěn)破壞 破壞特征：破壞特征：凹側(cè)砼先被壓碎，凹側(cè)砼先被壓碎，砼表面有縱向裂縫；凸側(cè)則由受壓突然砼表面有縱向裂縫；凸側(cè)則由受壓突然轉(zhuǎn)為受拉，出現(xiàn)橫向裂縫；破壞前，橫轉(zhuǎn)為受拉，出現(xiàn)橫向裂縫；破壞前，橫向撓度增加很快，破壞來得比較突然，向撓度增加很快，破壞來得比較突然，導致失穩(wěn)

5、破壞。導致失穩(wěn)破壞。承載能力要小于同截面、承載能力要小于同截面、配筋、材料的短柱。配筋、材料的短柱。 |SlPP承載能力承載能力三、縱向穩(wěn)定系數(shù)三、縱向穩(wěn)定系數(shù) 1.1.定義：定義：考慮構(gòu)件長細比增大的附加效應使構(gòu)件承載力降低考慮構(gòu)件長細比增大的附加效應使構(gòu)件承載力降低的計算系數(shù)。的計算系數(shù)。 2.2.計算：計算： = =p pl l/ /p ps s 3.3. 影響因素影響因素: :長細比、柱的初始撓度、豎向力的偏心有關(guān)，長細比、柱的初始撓度、豎向力的偏心有關(guān)，混凝土強度等級、鋼筋強度等級及配筋率對其影響較小?；炷翉姸鹊燃?、鋼筋強度等級及配筋率對其影響較小。 短柱壓壞時的軸心力）穩(wěn)破壞時的

6、臨界承載力歐拉公式）也即長柱失(202ssslAffcAplEIp2121ccdsdEff 6.1 配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件短柱：1.0長柱： l0/i (或l0/b) 查表AI=il0 構(gòu)件的計算長度，與構(gòu)件端部的支承條件有關(guān)。兩端鉸兩端鉸一端固定，一端鉸支一端固定，一端鉸支兩端固定兩端固定一端固定，一端自由一端固定，一端自由實際結(jié)構(gòu)按規(guī)范規(guī)定取值1.0l0.7l0.5l2.0l四、四、 正截面承載力計算正截面承載力計算 公路橋規(guī)公路橋規(guī)規(guī)定配有縱向受力鋼筋和普通箍規(guī)定配有縱向受力鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算式為筋的軸心受壓構(gòu)件正截面承載力計算式為 軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)

7、定系數(shù)軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù) 普通箍筋柱的正截面承載力計算分普通箍筋柱的正截面承載力計算分截面設(shè)計截面設(shè)計和強度復核和強度復核兩種情況。兩種情況。 dN09 . 0ssdcduAfAfN6.1 配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件Ac 構(gòu)件毛構(gòu)件毛截面面積：截面面積：當當 0.03時時Ac=AA s1）截面設(shè)計）截面設(shè)計 已知截面尺寸，計算長度已知截面尺寸，計算長度l0，混凝土軸心抗壓強度和，混凝土軸心抗壓強度和鋼筋抗壓強度設(shè)計值，軸向壓力組合設(shè)計值，求縱向鋼筋鋼筋抗壓強度設(shè)計值，軸向壓力組合設(shè)計值，求縱向鋼筋所需面積。所需面積。 2）截面復核）截面復核 已知截面尺寸，計算長度已知截面尺寸，計算

8、長度l0，全部縱向鋼筋的截面面，全部縱向鋼筋的截面面積，混凝土軸心抗壓強度和鋼筋抗壓強度設(shè)計值，軸向力積，混凝土軸心抗壓強度和鋼筋抗壓強度設(shè)計值，軸向力組合設(shè)計值，求截面承載力。組合設(shè)計值，求截面承載力。)9 . 0(10AfNrfAcddsds 五、構(gòu)造要求五、構(gòu)造要求 1.1.混凝土混凝土 一般多采用一般多采用C25C25C40C40級混凝土。級混凝土。 2 2截面尺寸截面尺寸 尺寸模數(shù)化：尺寸模數(shù)化： 250250，300300，350350, ,不宜小于不宜小于250mm250mm。 3 3縱向鋼筋縱向鋼筋 直徑：直徑：121232mm32mm ，根為，根為4 4 ，縱筋之間凈距，縱筋

9、之間凈距50mm50mm， 凈保護層：凈保護層：25mm25mm30/blomm2502506.1 配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件最小配筋率最小配筋率:全截面全截面0.5,一側(cè)一側(cè)0.2,。4.4.箍筋箍筋 箍筋直徑：箍筋直徑：應不小于縱向鋼筋直徑的應不小于縱向鋼筋直徑的1/41/4, ,且不小于且不小于8mm8mm; ; 箍筋間距箍筋間距：不應大于縱向鋼筋直徑的：不應大于縱向鋼筋直徑的1515倍，且不大于倍，且不大于構(gòu)件截面的較小尺寸（圓形截面用構(gòu)件截面的較小尺寸（圓形截面用0.80.8倍倍直徑），并不大于直徑），并不大于400mm400mm; ;在縱向鋼筋截面積超過混凝土計算截面積的

10、在縱向鋼筋截面積超過混凝土計算截面積的3%3%時，箍時，箍筋的間距應不大于縱向鋼筋直徑的筋的間距應不大于縱向鋼筋直徑的1010倍，且不大倍，且不大200mm200mm。 復合箍筋復合箍筋: :沿箍筋設(shè)置的縱向鋼筋離角筋間距大于沿箍筋設(shè)置的縱向鋼筋離角筋間距大于150mm150mm或或1515倍箍筋直徑（取較大者）范圍，則應設(shè)置復合箍倍箍筋直徑（取較大者）范圍，則應設(shè)置復合箍筋。筋。6.1 配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構(gòu)件復合箍筋的布設(shè)復合箍筋的布設(shè)1600KN6.2 配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構(gòu)件一、受力分析及破壞特征受力分析及破壞特征 1 1、受力分析、受力分析 螺旋箍筋或焊接圓環(huán)

11、箍筋能約束混凝土在軸向壓力作螺旋箍筋或焊接圓環(huán)箍筋能約束混凝土在軸向壓力作用下所產(chǎn)生的側(cè)向變形，對混凝土產(chǎn)生間接的用下所產(chǎn)生的側(cè)向變形，對混凝土產(chǎn)生間接的被動側(cè)向壓力被動側(cè)向壓力，從而提高混凝土的抗壓強度和變形能力。從而提高混凝土的抗壓強度和變形能力。 箍筋則產(chǎn)生箍筋則產(chǎn)生環(huán)向拉力環(huán)向拉力。當箍筋外部的混凝土被壓壞并。當箍筋外部的混凝土被壓壞并剝落后，箍筋以內(nèi)即核心部分的混凝土仍能繼續(xù)承受荷載，剝落后，箍筋以內(nèi)即核心部分的混凝土仍能繼續(xù)承受荷載，當箍筋達到抗拉屈服強度而失去約束砼側(cè)向變形的能力時，當箍筋達到抗拉屈服強度而失去約束砼側(cè)向變形的能力時，核心砼才會被壓碎而導致整個構(gòu)件破壞，其破壞形態(tài)

12、如圖核心砼才會被壓碎而導致整個構(gòu)件破壞，其破壞形態(tài)如圖6 62 2所示。所示。 2 2、破壞特征、破壞特征 當承受軸向壓力時，螺當承受軸向壓力時，螺旋箍筋阻止砼的橫向變形，使旋箍筋阻止砼的橫向變形，使砼處于砼處于三向受力狀態(tài)，三向受力狀態(tài)，軸向力軸向力增大到一定數(shù)值，砼保護增大到一定數(shù)值，砼保護層開層開始剝落始剝落，隨著軸向力增大，螺，隨著軸向力增大，螺旋箍筋應力也增大，最后達到旋箍筋應力也增大，最后達到屈服強度屈服強度，失去核心砼的約束，失去核心砼的約束作用，使砼壓碎而破壞。作用，使砼壓碎而破壞。 圖圖6-2螺旋箍筋柱軸心受壓構(gòu)件破壞情況螺旋箍筋柱軸心受壓構(gòu)件破壞情況6.2 配有縱向鋼筋和螺

13、旋箍筋的軸心受壓構(gòu)件二、適用條件和強度提高原理二、適用條件和強度提高原理 1 1適用條件：適用條件： ； 尺寸受到限制。尺寸受到限制。 注意：螺旋箍筋柱不如普遍箍筋柱經(jīng)濟，一般不宜采用。注意：螺旋箍筋柱不如普遍箍筋柱經(jīng)濟，一般不宜采用。 2 2強度提高原理強度提高原理 螺旋箍筋對其核心混凝土的約束作用，使混凝土抗壓螺旋箍筋對其核心混凝土的約束作用，使混凝土抗壓強度提高，根據(jù)圓柱體三向受壓試驗結(jié)果，約束混凝土的強度提高，根據(jù)圓柱體三向受壓試驗結(jié)果，約束混凝土的軸心抗壓強度近似表達式：軸心抗壓強度近似表達式： 式中式中 為作用于核心混凝土的徑向壓應力值。為作用于核心混凝土的徑向壓應力值。)(127

14、/短柱dl2kffccc26.2 配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構(gòu)件三、承載力計算三、承載力計算 螺旋箍筋柱正截面承載力的計算式并應滿足螺旋箍筋柱正截面承載力的計算式并應滿足 dN009 . 0ssdssdcorcduAfAkfAfN 螺旋筋僅螺旋筋僅能間接地提高強度，對柱的穩(wěn)定性問題能間接地提高強度，對柱的穩(wěn)定性問題毫無幫助，毫無幫助，因此長柱和中長柱應按著通箍筋柱計算，因此長柱和中長柱應按著通箍筋柱計算，不考慮螺旋筋作用。不考慮螺旋筋作用。6.2 配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構(gòu)件四、與按普通箍筋柱強度計算值的比較四、與按普通箍筋柱強度計算值的比較 1 1螺旋箍筋柱的強度不會小于普通箍

15、筋柱的強度，即螺旋箍筋柱的強度不會小于普通箍筋柱的強度，即 這種情況在砼保護層面積相對較大時發(fā)生。這種情況在砼保護層面積相對較大時發(fā)生。 2 2螺旋箍筋配量過小，作用不顯著，不計其作用，即螺旋箍筋配量過小，作用不顯著，不計其作用，即 如果如果 那么那么 3 3螺旋筋不能提高強度過多，否則會導致混凝土保護層螺旋筋不能提高強度過多，否則會導致混凝土保護層剝落，即剝落，即),max(普螺NNNj普NNj)(35. 15 . 1ssdcdAfAfNN普螺0sA25. 0sA 6.2 配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構(gòu)件五、構(gòu)造要求五、構(gòu)造要求 1 1、螺旋箍筋柱的、螺旋箍筋柱的縱向鋼筋應沿圓周均勻分布

16、縱向鋼筋應沿圓周均勻分布，其截面積，其截面積應不小于箍筋圈內(nèi)核心截面積的應不小于箍筋圈內(nèi)核心截面積的0.5%0.5%。常用的配筋率在。常用的配筋率在0.8%0.8% 1.2%1.2%之間。之間。 2 2、構(gòu)件、構(gòu)件核心截面積核心截面積應不小于構(gòu)件整個截面面積的應不小于構(gòu)件整個截面面積的2/32/3。 3 3、螺旋箍筋的直徑不應小于縱向鋼筋直徑的、螺旋箍筋的直徑不應小于縱向鋼筋直徑的1/41/4，且不小，且不小于于8mm8mm，一般采用（一般采用（8 81212）mmmm。為了保證螺旋箍筋的作用，。為了保證螺旋箍筋的作用，螺旋箍筋的間距螺旋箍筋的間距S S應滿足：應滿足： S S應不大于核心直徑應不大于核心直徑 的的1/51/5，即，即S S ； S S應不大于應不大于80mm8