第06章受壓構(gòu)件1-12年

1、第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力1第六章第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力受壓構(gòu)件的截面承載力學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容軸心受壓構(gòu)件正截面承載力軸心受壓構(gòu)件正截面承載力偏心受壓構(gòu)件正截面承載力偏心受壓構(gòu)件正截面承載力偏心受壓構(gòu)件斜截面承載力偏心受壓構(gòu)件斜截面承載力受壓構(gòu)件的一般構(gòu)造要求受壓構(gòu)件的一般構(gòu)造要求第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力2受壓構(gòu)件（柱）受壓構(gòu)件（柱）在結(jié)構(gòu)中具有重要作用，一旦產(chǎn)生破壞，在結(jié)構(gòu)中具有重要作用，一旦產(chǎn)生破壞，往往導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的損壞，甚至倒塌。往往導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的損壞，甚至倒塌。(a)軸心受壓 (b)單向偏心受壓 (c)雙向偏心受壓受壓構(gòu)件Compressive Element or Col

2、umn第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力3第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力4第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力5第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力6材料強(qiáng)度：材料強(qiáng)度：混凝土混凝土：受壓構(gòu)件的承載力主要取決于混凝土強(qiáng)度，一般應(yīng)采用強(qiáng)度：受壓構(gòu)件的承載力主要取決于混凝土強(qiáng)度，一般應(yīng)采用強(qiáng)度等級較高的混凝土。目前我國一般結(jié)構(gòu)中柱的混凝土強(qiáng)度等級常用等級較高的混凝土。目前我國一般結(jié)構(gòu)中柱的混凝土強(qiáng)度等級常用C30C40，在高層建筑中，在高層建筑中，C50C60級混凝土也經(jīng)常使用。級混凝土也經(jīng)常使用。鋼筋：鋼筋：通常采用通常采用級和級和級鋼筋，不宜過高。級鋼筋，不宜過高。截面形狀和尺寸：截面形狀和尺寸：采用矩形截面，單層工

3、業(yè)廠房的預(yù)制柱常采用工字形截面。采用矩形截面，單層工業(yè)廠房的預(yù)制柱常采用工字形截面。圓形截面主要用于橋墩、樁和公共建筑中的柱。圓形截面主要用于橋墩、樁和公共建筑中的柱。柱的截面尺寸不宜過小，一般應(yīng)控制在柱的截面尺寸不宜過小，一般應(yīng)控制在l0/b30及及l(fā)0/h25。當(dāng)柱截面的邊長在當(dāng)柱截面的邊長在800mm以下時，一般以以下時，一般以50mm為模數(shù)，邊長為模數(shù)，邊長在在800mm以上時，以以上時，以100mm為模數(shù)。為模數(shù)。6.1 6.1 受壓構(gòu)件的一般構(gòu)造要求受壓構(gòu)件的一般構(gòu)造要求第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力7縱向鋼筋：縱向鋼筋：縱向鋼筋配筋率過小時，縱筋對柱的承載力影響很小，接近于素混縱向

4、鋼筋配筋率過小時，縱筋對柱的承載力影響很小，接近于素混凝土柱，縱筋不能起到防止混凝土受壓脆性破壞的緩沖作用。同時考凝土柱，縱筋不能起到防止混凝土受壓脆性破壞的緩沖作用。同時考慮到實際結(jié)構(gòu)中存在偶然附加彎矩的作用（垂直于彎矩作用平面），慮到實際結(jié)構(gòu)中存在偶然附加彎矩的作用（垂直于彎矩作用平面），以及收縮和溫度變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力，規(guī)定了受壓鋼筋的最小配筋率。以及收縮和溫度變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力，規(guī)定了受壓鋼筋的最小配筋率。另一方面，考慮到施工布筋不致過多影響混凝土的澆筑質(zhì)量，另一方面，考慮到施工布筋不致過多影響混凝土的澆筑質(zhì)量，全部全部縱筋配筋率不宜超過縱筋配筋率不宜超過5%。全部縱向鋼筋的配筋率按全部縱

5、向鋼筋的配筋率按r r =(As+As)/A計算，一側(cè)受壓鋼筋的配筋計算，一側(cè)受壓鋼筋的配筋率按率按r r =As/A計算，其中計算，其中A為構(gòu)件全截面面積。為構(gòu)件全截面面積。第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力8第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力9配筋構(gòu)造：配筋構(gòu)造： 柱中縱向受力鋼筋的的直徑柱中縱向受力鋼筋的的直徑d不宜小于不宜小于12mm，且選配鋼筋時，且選配鋼筋時宜根數(shù)少而粗，但對矩形截面根數(shù)不得少于宜根數(shù)少而粗，但對矩形截面根數(shù)不得少于4根，圓形截面根根，圓形截面根數(shù)不宜少于數(shù)不宜少于8根，不應(yīng)小于根，不應(yīng)小于6根，且應(yīng)沿周邊均勻布置。根，且應(yīng)沿周邊均勻布置?？v向鋼筋的保護(hù)層厚度要求見表，且不小于

6、鋼筋直徑縱向鋼筋的保護(hù)層厚度要求見表，且不小于鋼筋直徑d。當(dāng)柱為豎向澆筑混凝土?xí)r，縱筋的凈距不應(yīng)小于當(dāng)柱為豎向澆筑混凝土?xí)r，縱筋的凈距不應(yīng)小于50mm ,不宜不宜大于大于300mm 。對水平澆筑的預(yù)制柱，其縱向鋼筋的最小對水平澆筑的預(yù)制柱，其縱向鋼筋的最小凈距凈距應(yīng)按梁的規(guī)定應(yīng)按梁的規(guī)定取值。取值。截面各邊縱筋的中距不應(yīng)大于截面各邊縱筋的中距不應(yīng)大于300mm。偏心受壓柱當(dāng)。偏心受壓柱當(dāng)h600mm時，在柱側(cè)面應(yīng)設(shè)置直徑不小于時，在柱側(cè)面應(yīng)設(shè)置直徑不小于10mm(1016mm)的縱向構(gòu)造鋼筋，并相應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋或拉筋。的縱向構(gòu)造鋼筋，并相應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋或拉筋。第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力10箍

7、箍 筋筋受壓構(gòu)件中箍筋應(yīng)采用封閉式，其直徑不應(yīng)小于受壓構(gòu)件中箍筋應(yīng)采用封閉式，其直徑不應(yīng)小于d/4，且不應(yīng)小于，且不應(yīng)小于6mm，d為縱筋的為縱筋的最大最大直徑。直徑。 箍筋間距不應(yīng)大于箍筋間距不應(yīng)大于400mm，也不應(yīng)大于截面短邊尺寸，也不應(yīng)大于截面短邊尺寸,且不應(yīng)大于且不應(yīng)大于15d；對焊接鋼筋骨架不應(yīng)大于對焊接鋼筋骨架不應(yīng)大于20d。d為縱筋的為縱筋的最小最小直徑。直徑。當(dāng)柱中全部縱筋的配筋率超過當(dāng)柱中全部縱筋的配筋率超過3%，箍筋直徑不應(yīng)小于，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm，且箍筋末，且箍筋末端應(yīng)作成端應(yīng)作成135的彎鉤，彎鉤末端平直段長度不應(yīng)小于的彎鉤，彎鉤末端平直段長度不應(yīng)小于10箍筋直徑

8、，或箍筋直徑，或焊成封閉式；箍筋間距不應(yīng)大于焊成封閉式；箍筋間距不應(yīng)大于10倍縱筋最小直徑，也不應(yīng)大于倍縱筋最小直徑，也不應(yīng)大于200mm。當(dāng)柱截面短邊大于當(dāng)柱截面短邊大于400mm，且各邊縱筋配置根數(shù)超過多于，且各邊縱筋配置根數(shù)超過多于3根時，或當(dāng)根時，或當(dāng)柱截面短邊不大于柱截面短邊不大于400mm，但各邊縱筋配置根數(shù)超過多于，但各邊縱筋配置根數(shù)超過多于4根時，應(yīng)設(shè)根時，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋。置復(fù)合箍筋。對截面形狀復(fù)雜的柱，不得采用具有內(nèi)折角的箍筋，以避免箍筋受拉時對截面形狀復(fù)雜的柱，不得采用具有內(nèi)折角的箍筋，以避免箍筋受拉時使折角處混凝土破損。使折角處混凝土破損。第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力11

9、第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力12復(fù)雜截面的箍筋形式第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力136.2 6.2 軸心受壓構(gòu)件的承載力計算軸心受壓構(gòu)件的承載力計算在實際結(jié)構(gòu)中，理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎是不存在的。在實際結(jié)構(gòu)中，理想的軸心受壓構(gòu)件幾乎是不存在的。通常由于施工制造的誤差、荷載作用位置的偏差、混凝土的不均勻通常由于施工制造的誤差、荷載作用位置的偏差、混凝土的不均勻 性等原因，往往存在一定的初始偏心距。性等原因，往往存在一定的初始偏心距。但有些構(gòu)件，如以恒載為主的等跨多層房屋的內(nèi)柱、桁架中的受壓但有些構(gòu)件，如以恒載為主的等跨多層房屋的內(nèi)柱、桁架中的受壓 腹桿等，主要承受軸向壓力，可近似按軸心受壓構(gòu)件計算

10、。腹桿等，主要承受軸向壓力，可近似按軸心受壓構(gòu)件計算。屋架中的受壓腹桿等跨框架的中柱第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力14軸壓構(gòu)件根據(jù)配筋方式的不同分為軸壓構(gòu)件根據(jù)配筋方式的不同分為1 1、配有縱筋和箍筋的柱、配有縱筋和箍筋的柱2 2、配有縱筋和螺旋箍筋的柱、配有縱筋和螺旋箍筋的柱 普通鋼箍柱螺旋鋼箍柱螺旋鋼箍柱螺旋鋼箍柱：箍筋的形狀：箍筋的形狀為圓形，且間距較密，其為圓形，且間距較密，其作用作用？普通鋼箍柱普通鋼箍柱：箍筋箍筋的作用的作用？ 縱筋縱筋的作用的作用？第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力15縱筋的作用：縱筋的作用：1、協(xié)助砼受壓、協(xié)助砼受壓減小截面尺寸，提高正截面受壓承減小截面尺寸，提高正截面

11、受壓承 載力；載力；2、承受可能產(chǎn)生的較小彎矩；、承受可能產(chǎn)生的較小彎矩；3、防止構(gòu)件突然的脆性破壞，提高其變形能力；、防止構(gòu)件突然的脆性破壞，提高其變形能力；4、減少砼的徐變變形。、減少砼的徐變變形。箍筋的作用：箍筋的作用：1、防止縱筋受力后壓屈，并與縱筋組成鋼筋骨架；、防止縱筋受力后壓屈，并與縱筋組成鋼筋骨架；2、約束混凝土。如采用螺旋箍筋時，能約束核心內(nèi)的混凝、約束混凝土。如采用螺旋箍筋時，能約束核心內(nèi)的混凝土橫向變形，提高構(gòu)件的承載力及變形能力。土橫向變形，提高構(gòu)件的承載力及變形能力。第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力16N一、普通鋼箍柱一、普通鋼箍柱（一）短柱在短期荷載下的應(yīng)力分布及破壞特

12、征短柱在短期荷載下的應(yīng)力分布及破壞特征第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力17試驗結(jié)果：試驗結(jié)果：u當(dāng)荷載較小時，軸壓力與壓縮當(dāng)荷載較小時，軸壓力與壓縮量基本成正比增長；量基本成正比增長；u當(dāng)荷載較大時，變形比荷載增當(dāng)荷載較大時，變形比荷載增加得快；加得快； u最后，柱四周出現(xiàn)縱向裂縫，最后，柱四周出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土保護(hù)層剝落，縱筋向外混凝土保護(hù)層剝落，縱筋向外屈折，混凝土被壓碎。屈折，混凝土被壓碎。第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力18第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力19 第第階段（階段（0y）：）： 荷載較小時荷載較小時彈性階段；彈性階段； 荷載較大時荷載較大時彈塑性階段；彈塑性階段； 鋼筋壓應(yīng)力比混凝土

13、的壓應(yīng)力增長快；鋼筋壓應(yīng)力比混凝土的壓應(yīng)力增長快； 第第階段（階段（ y 0）：）： 破壞時，縱筋先達(dá)到屈服，此時可繼破壞時，縱筋先達(dá)到屈服，此時可繼 續(xù)增加一些荷載，最后砼達(dá)到最大應(yīng)續(xù)增加一些荷載，最后砼達(dá)到最大應(yīng) 力值；力值；軸壓構(gòu)件極限強(qiáng)度的計算依據(jù)。軸壓構(gòu)件極限強(qiáng)度的計算依據(jù)。 此時縱筋應(yīng)力可達(dá)到：此時縱筋應(yīng)力可達(dá)到：250/400002. 0102mmNEfsy第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力20 即柱子若采用高強(qiáng)鋼筋，則砼被壓碎時，鋼筋還未達(dá)到即柱子若采用高強(qiáng)鋼筋，則砼被壓碎時，鋼筋還未達(dá)到屈服強(qiáng)度，鋼筋強(qiáng)度沒有得到充分利用。屈服強(qiáng)度，鋼筋強(qiáng)度沒有得到充分利用。第第階段（階段（ 0 u

14、）：）： 柱四周出現(xiàn)的縱向裂縫繼續(xù)發(fā)展，縱筋向外屈折，混凝柱四周出現(xiàn)的縱向裂縫繼續(xù)發(fā)展，縱筋向外屈折，混凝土被壓碎而整個構(gòu)件破壞。土被壓碎而整個構(gòu)件破壞。 鋼筋的受壓強(qiáng)度 0yysyyffEf時，MPa400 00sysyyEfEf時，第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力21（二）徐變對軸心受壓構(gòu)件的影響（二）徐變對軸心受壓構(gòu)件的影響由于混凝土徐變的影響（壓縮），鋼筋和混凝土之間會進(jìn)一步發(fā)生由于混凝土徐變的影響（壓縮），鋼筋和混凝土之間會進(jìn)一步發(fā)生應(yīng)力重分布現(xiàn)象應(yīng)力重分布現(xiàn)象鋼筋壓應(yīng)力逐步增大，而混凝土壓應(yīng)力逐步降低鋼筋壓應(yīng)力逐步增大，而混凝土壓應(yīng)力逐步降低即徐變對混凝即徐變對混凝土起著卸荷作用土起著

15、卸荷作用. .第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力22 由于徐變是不可恢復(fù)的變形，當(dāng)卸荷時，鋼筋回彈，二者由于徐變是不可恢復(fù)的變形，當(dāng)卸荷時，鋼筋回彈，二者變形差異，使混凝土受拉力；變形差異，使混凝土受拉力；(開裂開裂,不利影響不利影響) 若縱筋配筋率過大，混凝土受到的拉力將會超若縱筋配筋率過大，混凝土受到的拉力將會超 過混凝土的過混凝土的抗拉強(qiáng)度而出現(xiàn)裂縫；故抗拉強(qiáng)度而出現(xiàn)裂縫；故規(guī)范規(guī)范要求要求 ，設(shè)計，設(shè)計時一般取時一般取 0.52%。%5r（三）長細(xì)比的影響（三）長細(xì)比的影響 由于有初始偏心距產(chǎn)生的附加彎矩，附加彎矩又增大了由于有初始偏心距產(chǎn)生的附加彎矩，附加彎矩又增大了側(cè)向的撓度，這樣相互影

16、響將導(dǎo)致長柱最終在彎矩和軸力共側(cè)向的撓度，這樣相互影響將導(dǎo)致長柱最終在彎矩和軸力共同作用下發(fā)生破壞。若柱的長細(xì)比很大時，還可能發(fā)生失穩(wěn)同作用下發(fā)生破壞。若柱的長細(xì)比很大時，還可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。破壞。第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力23試驗表明：長柱承載力試驗表明：長柱承載力 短柱承載力短柱承載力用穩(wěn)定系數(shù)用穩(wěn)定系數(shù)表示長柱承載力降低的程度表示長柱承載力降低的程度 與構(gòu)件長細(xì)比有關(guān)，見表與構(gòu)件長細(xì)比有關(guān)，見表第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力24（四）（四）承載力承載力計算公式計算公式可靠度調(diào)整系數(shù)可靠度調(diào)整系數(shù))AfAf(.NNsycu90第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力25截面設(shè)計截面設(shè)計 ： 已知：構(gòu)件

17、截面尺寸已知：構(gòu)件截面尺寸b bh h，軸向力設(shè)計值，軸向力設(shè)計值N N， 構(gòu)件的計算長度構(gòu)件的計算長度L L0 0，材料強(qiáng)度等級，材料強(qiáng)度等級f fc c f fy y求：求： 縱筋截面面積縱筋截面面積A As s截面復(fù)核截面復(fù)核 : : 已知：柱截面尺寸已知：柱截面尺寸b bh h，計算長度，計算長度L L0 0，縱筋數(shù)量，縱筋數(shù)量A As s以及級別以及級別f fy y，混凝土強(qiáng)度等級，混凝土強(qiáng)度等級f fc c 求求 ： 柱的受壓承載力柱的受壓承載力N Nu u， 或已知軸向力設(shè)計值或已知軸向力設(shè)計值，判斷是否安全，判斷是否安全 第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力26二、螺旋箍筋柱二、螺旋箍

18、筋柱（一）螺旋筋柱的配筋形式（一）螺旋筋柱的配筋形式第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力27（二）螺旋筋柱的受力特點（二）螺旋筋柱的受力特點第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力28第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力29混凝土圓柱體三向受壓狀態(tài)的縱向抗壓強(qiáng)度混凝土圓柱體三向受壓狀態(tài)的縱向抗壓強(qiáng)度214cf第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力302 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力312 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)122ssycorAfsdcorssydsAf122達(dá)到極限狀態(tài)時（保護(hù)層已剝落，不考慮）達(dá)到極限狀態(tài)時（保護(hù)層已剝落，不考慮）s

19、ycoruAfAN1corcorssysycorcAdsAfAfAf18214cf間接鋼筋達(dá)屈服強(qiáng)度時間接鋼筋達(dá)屈服強(qiáng)度時 核心砼受到的徑向壓應(yīng)力核心砼受到的徑向壓應(yīng)力第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力322 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)sAdAsscorss1002ssysycorcuAfAfAfN214cf間接鋼筋換算截面面積間接鋼筋換算截面面積corssycorcorsslycorsslyAAfsddAfsdAf24422022第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力3302ssysycorcuAfAfAfN)AfAfAf(.NNssysycorcu0290 間接鋼筋對混凝土約束的折減系數(shù)間接鋼筋對混凝土約束的折減系數(shù) 當(dāng)當(dāng)C50時，取時，取 = 1.0； 當(dāng)當(dāng)=C80時，取時，取 =0.85，其間直線插值。其間直線插值。第六章 受壓構(gòu)件的截面承載力34采用螺旋箍筋可有效提高柱的軸心受壓承載力采用螺旋箍筋可有效提高柱的軸心受壓承載力如螺旋箍筋配置過多，極限承載力提高過大，則會在遠(yuǎn)未達(dá)到極限承如螺旋箍筋配置過多，極限承載力提高過大，則會在遠(yuǎn)未達(dá)到極限承載力之前保護(hù)層產(chǎn)生剝落，從而影響