08.123 受壓概述性能1

1、第八章 受壓構件8.1 軸心受壓構件的承載力計算受壓構件（柱）往往在結構中具有重要作用，一旦產(chǎn)生破壞，往往導致整個結構的損壞，甚至倒塌。第八章 受壓構件Compressive Element or Column123第八章 受壓構件8.1 軸心受壓構件的承載力計算軸心受壓承載力是正截面受壓承載力 的上限。先討論軸心受壓構件的承載力計算，然后重點討論單向偏心受壓的正截面承載力計算。第八章 受壓構件Compressive Element or Column4第八章 受壓構件8.1 軸心受壓構件的承載力計算8.1 軸心受壓構件的承載力計算 在實際結構中，理想的軸心受壓構件幾乎是不存在的。 通常由于施

2、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。 但有些構件，如以恒載為主的等跨多層房屋的內柱、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件計算。普通鋼箍柱：箍筋的作用？縱筋的作用？螺旋鋼箍柱：箍筋的形狀為圓形，且間距較密，其作用？56縱筋的作用： 協(xié)助混凝土受壓受壓鋼筋最小配筋率：0.4% (單側0.2%),經(jīng)濟配筋率取0.8%2%; 承擔彎矩作用 減小持續(xù)壓應力下混凝土收縮和徐變的影響。實驗表明，收縮和徐變能把柱截面中的壓力由混凝土向鋼筋轉移，從而使鋼筋壓應力不斷增長。壓應力的增長幅度隨配筋率的減小而增大。如果不給配筋率規(guī)定一個下限，鋼筋中

3、的壓應力就可能在持續(xù)使用荷載下增長到屈服應力水準。第八章 受壓構件8.1 軸心受壓構件的承載力計算7第八章 受壓構件8.1 軸心受壓構件的承載力計算一、普通鋼箍柱軸心受壓短柱軸心受壓長柱穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)j 主要與柱的長細比l0/b有關折減系數(shù) 0.9是考慮初始偏心的影響，以及主要承受恒載作用的軸壓受壓柱的可靠性。8構造要求（1）材料 混凝土強度對受壓構件的承載力影響較大，故應采用強度等級較高的混凝土，如C25，C30，C40等。在高層建筑和重要結構，應選強度等級更高的混凝土。 鋼筋和混凝土共同受壓時，若鋼筋強度過高（如高于0.002Es )，則不能發(fā)揮其作用，故不宜用高強度鋼筋作為受壓鋼筋。同

4、時，也不能用冷拉鋼筋做受壓鋼筋。（2）截面形式 軸心受壓構件以方形為主，根據(jù)需要也可采用矩形截面、圓形截面或正多邊形截面。截面最小邊長不宜小于250mm，構件長細比一般為15，不宜大于30。（3）縱向鋼筋 縱向鋼筋的直徑不宜小于12，為便于施工宜選用較大直徑的鋼筋，以減少縱向彎曲，并防止在臨近破壞時鋼筋過早壓屈。圓柱中縱向鋼筋的根數(shù)不宜少于8根，且不應少于6根。 全部縱向鋼筋的配筋率不宜超過5% 縱向鋼筋沿截面周邊均勻布置，鋼筋凈間距不應小于50mm，鋼筋的中距不應大于350mm，混凝土的保護層厚度一般為25mm9 當鋼筋的直徑小于等于32mm，可采用搭接接頭，但接頭位置應設在受力較小處（4）

5、箍筋 應當采用封閉箍筋，以保證鋼筋骨架的整體剛度，并保證構件在破壞階段箍筋對混凝土和縱向鋼筋的側向約束作用。 箍筋的間距不應大于橫截面短邊尺寸，且不大于400mm。同時不大于15d（d 為縱向鋼筋的最小直徑）。 箍筋采用熱軋鋼筋時，其直徑不應小于6mm，且不應小于d/4；采用冷拔低碳鋼絲時應小于5mm 和d/5( d 為縱向鋼筋的最大直徑)。 當柱每邊的縱向受力鋼筋不多于3根時（或當柱短邊尺寸小于等于400mm而縱筋不多余4根）時，可采用單個箍筋；否則，應設置復合箍筋。 當柱中全部縱筋配筋率超過3%時，箍筋的直徑不宜小于8mm，且應焊成封閉環(huán)式 在受壓縱筋搭接長度范圍內箍筋直徑不應小于搭接鋼筋

6、直徑的0.25 倍，間距不應小于10d ，切不應大于200mm（d為受力鋼筋的最小直徑）。10第八章 受壓構件8.1 軸心受壓構件的承載力計算二、螺旋箍筋柱1112第八章 受壓構件8.1 軸心受壓構件的承載力計算混凝土圓柱體三向受壓狀態(tài)的縱向抗壓強度13第八章 受壓構件8.1 軸心受壓構件的承載力計算14第八章 受壓構件8.1 軸心受壓構件的承載力計算達到極限狀態(tài)時（保護層已剝落，不考慮）15第八章 受壓構件8.1 軸心受壓構件的承載力計算達到極限狀態(tài)時（保護層已剝落，不考慮）16第八章 受壓構件8.1 軸心受壓構件的承載力計算螺旋箍筋對承載力的影響系數(shù)a，當fcu,k50N/mm2時，取a

7、= 2.0；當fcu,k=80N/mm2時，取a =1.7，其間直線插值。17第八章 受壓構件8.1 軸心受壓構件的承載力計算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，則會在遠未達到極限承載力之前保護層產(chǎn)生剝落，從而影響正常使用。 規(guī)范規(guī)定： 按螺旋箍筋計算的承載力不應大于按普通箍筋柱受壓承載力的50%。 對長細比過大柱，由于縱向彎曲變形較大，截面不是全部受壓，螺旋箍筋的約束作用得不到有效發(fā)揮。規(guī)范規(guī)定： 對長細比l0/d大于12的柱不考慮螺旋箍筋的約束作用。 螺旋箍筋的約束效果與其截面面積Ass1和間距s有關，為保證由一定約束效果，規(guī)范規(guī)定： 螺旋箍

8、筋的換算面積Ass0不得小于全部縱筋As 面積的25% 螺旋箍筋的間距s不應大于dcor/5，且不大于80mm，同時為方便施工，s也不應小于40mm。188.2 壓力和彎矩共同作用下的截面受力性能 Behaviors under flexure and axial load壓彎構件 偏心受壓構件第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算198.2 壓力和彎矩共同作用下的截面受力性能 Behaviors under flexure and axial load壓彎構件 偏心受壓構件偏心距e0=0時，彎矩M0，軸心受壓構件；當N=0，受彎構件；偏心受壓構件的受力性能和破壞形態(tài)界于軸心受壓構件

9、和受彎構件。第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算20一、破壞特征偏心受壓構件的破壞形態(tài)與偏心距e0和縱向鋼筋配筋率有關1、受拉破壞 tensile failure第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算M較大，N較小偏心距e0較大As配筋合適21一、破壞特征偏心受壓構件的破壞形態(tài)與偏心距e0和縱向鋼筋配筋率有關1、受拉破壞 tensile failure第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算 截面受拉側混凝土較早出現(xiàn)裂縫，As的應力隨荷載增加發(fā)展較快，首先達到屈服。 此后，裂縫迅速開展，受壓區(qū)高度減小。 最后受壓側鋼筋As 受壓屈服，壓區(qū)混凝土壓碎而達到破壞。 這

10、種破壞具有明顯預兆，變形能力較大，破壞特征與配有受壓鋼筋的適筋梁相似，承載力主要取決于受拉側鋼筋。 形成這種破壞的條件是：偏心距e0較大，且受拉側縱向鋼筋配筋率合適，通常稱為大偏心受壓。222、受壓破壞compressive failure產(chǎn)生受壓破壞的條件有兩種情況： 當相對偏心距e0/h0較小第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算或雖然相對偏心距e0/h0較大，但受拉側縱向鋼筋配置較多時As太多23第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算 截面受壓側混凝土和鋼筋的受力較大。 而受拉側鋼筋應力較小。 當相對偏心距e0/h0很小時，受拉側還可能出現(xiàn)受壓情況。 截面最后是由于受

11、壓區(qū)混凝土首先壓碎而達到破壞。 承載力主要取決于壓區(qū)混凝土和受壓側鋼筋，破壞時受壓區(qū)高度較大，受拉側鋼筋未達到受拉屈服，破壞具有脆性性質。 第二種情況在設計應予避免，因此受壓破壞一般為偏心距較小的情況，故常稱為小偏心受壓。2、受壓破壞compressive failure產(chǎn)生受壓破壞的條件有兩種情況：當相對偏心距e0/h0較小?；螂m然相對偏心距e0/h0較大，但受拉側縱向鋼筋配置較多時。As太多24第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算25二、正截面承載力計算 偏心受壓正截面受力分析方法與受彎情況是相同的，即仍采用以平截面假定為基礎的計算理論。 根據(jù)混凝土和鋼筋的應力-應變關系，即可

12、分析截面在壓力和彎矩共同作用下受力全過程。 對于正截面承載力的計算，同樣可按受彎情況，對受壓區(qū)混凝土采用等效矩形應力圖。 等效矩形應力圖的強度為a fc，等效矩形應力圖的高度與中和軸高度的比值為b 。第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算26受拉破壞和受壓破壞的界限 即受拉鋼筋屈服與受壓區(qū)混凝土邊緣極限壓應變ecu同時達到。 與適筋梁和超筋梁的界限情況類似。 因此，相對界限受壓區(qū)高度仍為。第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算27當x xb時當x xb時第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算受拉破壞(大偏心受壓)受壓破壞(小偏心受壓)28受拉側鋼筋應力ss由平截面

13、假定可得第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算x=b xnss=Eses29受拉側鋼筋應力ssx=b xnss=Eses為避免采用上式出現(xiàn) x 的三次方程ecueyxnbh0考慮：當x =xb，ss=fy；第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算30受拉側鋼筋應力ssx=b xnss=Eses為避免采用上式出現(xiàn) x 的三次方程考慮：當x =xb，ss=fy；第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算當x =b，ss=031第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算32三、相對界限偏心距e0b/h0偏心受壓構件的設計計算中，需要判別大小偏壓情況，以便采用相應的計算公

14、式。第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算x =xb時為界限情況，取x=xbh0代入大偏心受壓的計算公式，并取a=a，可得界限破壞時的軸力Nb和彎矩Mb，33第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算 對于給定截面尺寸、材料強度以及截面配筋As和As ，界限相對偏心距e0b/h0為定值。當偏心距e0e0b時，為大偏心受壓情況；當偏心距e0e0b時，為小偏心受壓情況。34 進一步分析，當截面尺寸和材料強度給定時，界限相對偏心距e0b/h0隨As和As的減小而減小。 故當As和As分別取最小配筋率時，可得e0b/h0的最小值。 受拉鋼筋As按構件全截面面積計算的最小配筋率為0.45

15、ft /fy。 受壓鋼筋按構件全截面面積計算的最小配筋率為0.002。 近似取h=1.05h0，a=0.05h0，代入上式可得。第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算35相對界限偏心距的最小值e0b,min/h0=0.2840.322近似取平均值e0b,min/h0=0.3當偏心距e0Nb）為受壓破壞。40對于對稱配筋截面，達到界限破壞時的軸力Nb與配筋率無關，而Mb隨著配筋率的增加而增大。第八章 受壓構件8.2 軸心受壓構件的承載力計算如截面尺寸和材料強度保持不變，Nu-Mu相關曲線隨配筋率的增加而向外側增大。41第八章 受壓構件8.3 附加偏心距和偏心距增大系數(shù)8.3 附加偏心距

16、和偏心距增大系數(shù) 由于施工誤差、計算偏差及材料的不均勻等原因，實際工程中不存在理想的軸心受壓構件。為考慮這些因素的不利影響，引入附加偏心距ea(accidental eccentricity)，即在正截面壓彎承載力計算中，偏心距取計算偏心距e0=M/N與附加偏心距ea之和，稱為初始偏心距ei (initial eccentricity)參考以往工程經(jīng)驗和國外規(guī)范，附加偏心距ea取20mm與h/30 兩者中的較大值，此處h是指偏心方向的截面尺寸。一、附加偏心距42二、偏心距增大系數(shù) 由于側向撓曲變形，軸向力將產(chǎn)生二階效應，引起附加彎矩。 對于長細比較大的構件，二階效應引起附加彎矩不能忽略。 圖示

17、典型偏心受壓柱，跨中側向撓度為 f 。 對跨中截面，軸力N的偏心距為ei + f ，即跨中截面的彎矩為 M =N ( ei + f )。 在截面和初始偏心距相同的情況下，柱的長細比l0/h不同，側向撓度 f 的大小不同，影響程度會有很大差別，將產(chǎn)生不同的破壞類型。第八章 受壓構件8.3 附加偏心距和偏心距增大系數(shù)43 對于長細比l0/h8的短柱。 側向撓度 f 與初始偏心距ei相比很小。 柱跨中彎矩M=N(ei+f ) 隨軸力N的增加基本呈線性增長。 直至達到截面承載力極限狀態(tài)產(chǎn)生破壞。 對短柱可忽略撓度f影響。第八章 受壓構件8.3 附加偏心距和偏心距增大系數(shù)44 長細比l0/h =830的

18、中長柱。 f 與ei相比已不能忽略。 f 隨軸力增大而增大，柱跨中彎矩M = N ( ei + f ) 的增長速度大于軸力N的增長速度。 即M隨N 的增加呈明顯的非線性增長。 雖然最終在M和N的共同作用下達到截面承載力極限狀態(tài)，但軸向承載力明顯低于同樣截面和初始偏心距情況下的短柱。 因此，對于中長柱，在設計中應考慮附加撓度 f 對彎矩增大的影響。第八章 受壓構件8.3 附加偏心距和偏心距增大系數(shù)45第八章 受壓構件8.3 附加偏心距和偏心距增大系數(shù)長細比l0/h 30的長柱側向撓度 f 的影響已很大在未達到截面承載力極限狀態(tài)之前，側向撓度 f 已呈不穩(wěn)定發(fā)展即柱的軸向荷載最大值發(fā)生在荷載增長曲線與截面承載力Nu-Mu相關曲線相交之前這種破壞為失穩(wěn)破壞，應進行專門計算46偏心距增大系數(shù)，取h=1.1h0第八章 受壓構件8.3 附加偏心距和偏心距增大系數(shù)l047偏心距增大系數(shù)，取h=1.1h0第八章 受壓構件8.3 附加偏心距和偏心距增大系數(shù)l048第八章 受壓構件8.3 附加偏心距和偏心距增大系數(shù) 有側移結構，其