混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理-受壓構(gòu)件

第5章受壓構(gòu)件正截面的性能與設(shè)計(jì)

Columns（Compressionmembers）軸心受壓偏心受壓承受以軸向壓力為主的構(gòu)件稱(chēng)受壓構(gòu)件，或稱(chēng)柱，如橋墩

軸心受壓構(gòu)件——縱向力作用線通過(guò)截面形心。在實(shí)際中，理想的軸壓受壓構(gòu)件很難找到，對(duì)荷載偏心較小時(shí)，忽略偏心的影響，按軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.1軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算軸心受壓構(gòu)件根據(jù)其配筋形式可分為普通箍筋柱

螺旋箍筋柱

輕軌大坪車(chē)站設(shè)計(jì)單位：重慶交通科研設(shè)計(jì)院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：陳思甜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：陳思甜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：陳思甜5.1.1軸心受壓普通箍筋柱1．破壞特征短柱

長(zhǎng)柱（1）.短柱P→彈性階段→砼彈塑性→縱向微裂→裂縫擴(kuò)展保護(hù)層剝落→縱筋壓屈（中等強(qiáng)度鋼筋屈服）→砼壓碎（）。屬材料強(qiáng)度破壞

極限承載力

（2）.長(zhǎng)柱長(zhǎng)柱通常在軸心壓力及彎矩的共同作用下發(fā)生破壞，可能發(fā)生失穩(wěn)破壞。

長(zhǎng)柱的歐拉臨界力

與材料的強(qiáng)度無(wú)關(guān)

引入折減系數(shù)（穩(wěn)定系數(shù)）2．受壓承載力計(jì)算公式

——縱向彎曲穩(wěn)定系數(shù)

——全部縱向鋼筋的截面面積

A——構(gòu)件毛截面面積，當(dāng)縱筋配筋率大于3%時(shí)，改用

近似公式對(duì)于任意截面對(duì)于圓形截面拱圈計(jì)算長(zhǎng)度：三鉸拱0.58La雙鉸拱0.54La無(wú)鉸拱0.36LaLa為拱軸線長(zhǎng)度。3．構(gòu)造要點(diǎn)材料：混凝土一般為C25~40鋼筋HRB335、HRB400截面:方形、矩形、圓形、工形、T形、空心（箱形）短邊宜大于250mm，宜

縱筋直徑，凈距不應(yīng)小于50mm，中距不宜大于300mm，任一受力縱筋離角筋中心距離不大于150mm或15倍箍筋直徑，否則應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋。全部縱向鋼筋的配筋率不宜大于5%。箍筋直徑大于1/4縱筋直徑，且mm。間距不應(yīng)大于15d，不大于構(gòu)件短邊尺寸，并不大于400mm。當(dāng)縱筋配筋率超過(guò)3%時(shí)，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm，間距不應(yīng)大于10d，并不大于200mm。

例5-1例5-25.1.2軸心受壓螺旋箍筋柱

1．受力特點(diǎn)

配有螺旋箍筋的短柱，核芯混凝土處于三向受壓，試驗(yàn)結(jié)果表明，極限承載力和極限變形能力都有較大提高。具有較好的延性。

螺旋箍筋柱，被約束的混凝土軸心抗壓強(qiáng)度要提高定義螺旋箍筋換算面積(間接鋼筋面積)

2．規(guī)范計(jì)算公式為間接鋼筋對(duì)混凝土約束的折減系數(shù)混凝土?xí)r，混凝土?xí)r，按螺旋箍筋柱算得的承載力不應(yīng)大于按普通箍筋柱承載力的1.5倍下列情況之一，不應(yīng)考慮間接鋼筋的作用：1）時(shí)；2）小于按普通箍筋柱計(jì)算的承載力時(shí)；3）時(shí)。例5-35.2偏心受壓構(gòu)件正截面受力性能分析5.2.1破壞形態(tài)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，將偏心受壓分為兩類(lèi)：

受拉破壞——大偏心受壓LargeEccentricity

受壓破壞——小偏心受壓SmallEccentricity1、受拉破壞——大偏心受壓破壞

破壞過(guò)程：屈服

裂縫及側(cè)向撓度急劇發(fā)展

受壓區(qū)混凝土壓碎,屈服。屬延性破壞。類(lèi)似適筋受彎件破壞特征。2、受壓破壞——小偏壓

屬脆性破壞,類(lèi)似超筋梁

受拉破壞及受壓破壞，截面平均應(yīng)變近似符合平截面假定。受壓邊緣混凝土極限壓應(yīng)變

5.2.2界限破壞受拉鋼筋屈服的同時(shí)，受壓混凝土即達(dá)到其極限壓應(yīng)變

大偏壓

小偏壓

5.2.3偏壓構(gòu)件M——N相關(guān)曲線及長(zhǎng)細(xì)比影響

a點(diǎn)：受彎構(gòu)件承載力b點(diǎn)：界限破壞，構(gòu)件承擔(dān)的彎矩最大c點(diǎn)：軸心受壓構(gòu)件承載力小偏壓軸力N越大，承擔(dān)的彎矩M越小大偏壓

軸力N越大，承擔(dān)的彎矩M越大

5.2.4附加偏心距，初始偏心距工程中實(shí)際存在著：荷載作用位置的不確定性混凝土質(zhì)量的不均勻性施工偏差等可能產(chǎn)生附加彎矩取較大值M應(yīng)計(jì)入二階效應(yīng)影響5.2.5偏心受壓長(zhǎng)柱的二階彎矩

1）兩端彎矩相等5.2.6重力二階效應(yīng)的考慮

二階效應(yīng)又稱(chēng)P-δ效應(yīng)偏心受壓構(gòu)件中由軸向壓力在產(chǎn)生了撓曲變形的桿件內(nèi)引起的曲率和彎矩增量。不考慮P-δ效應(yīng)的條件：對(duì)于長(zhǎng)細(xì)比滿(mǎn)足時(shí)同一主軸方向的桿端彎矩比由彈性穩(wěn)定理論分析結(jié)果彎矩二階效應(yīng)增大值與桿件兩端彎矩相對(duì)值有關(guān)，考慮混凝土的非彈性性能偏壓構(gòu)件截面曲率修正系數(shù)5.3矩形截面非對(duì)稱(chēng)配筋偏心受壓構(gòu)件

5.3.1基本公式及適用條件1．基本假定平截面假定；不考慮拉區(qū)混凝土的作用；

受壓混凝土的極限壓應(yīng)變:C50以下

C50~C80混凝土壓應(yīng)力簡(jiǎn)化為等效矩形圖形。

2．基本公式（1）受拉破壞

AsNasaieeexh0bsAsAAs(2)受壓破壞

根據(jù)平截面假定推得：

近似公式

適用條件

AsNasaseh0bsAsAAseeix工程中，過(guò)小，且較小時(shí)，全截面受壓，受壓屈服，不屈服。

對(duì)合力點(diǎn)取矩

AsNasash0sAsAAseeieh物理形心b計(jì)算表明，當(dāng)時(shí)才需按上式進(jìn)行驗(yàn)算5.3.3．矩形截面非對(duì)稱(chēng)配筋截面設(shè)計(jì)

（1）1.大偏心受壓例題5-4(2)例題5-52.小偏心受壓按兩種情形計(jì)算a.為了使混凝土和鋼筋充分發(fā)揮作用，總用鋼量較小整理得出：

解出

（，）式中

(2)例題5-75.3.4矩形截面非對(duì)稱(chēng)配筋截面承載力復(fù)核1．彎矩作用平面內(nèi)

初判按大偏心受壓計(jì)算

按小偏心受壓計(jì)算

（1）大偏壓對(duì)N作用點(diǎn)取矩解出x

當(dāng)（2）小偏壓

N作用在以外對(duì)N作用點(diǎn)取矩解出

N作用在與之間

解出

當(dāng),部分截面受壓

當(dāng),全截面受壓，取

偏心距過(guò)小的情況

按教材計(jì)算臨界偏心距，取代入大偏壓基本公式2．垂直于彎矩作用平面

按軸心受壓構(gòu)件驗(yàn)算例題5-85.4矩形截面對(duì)稱(chēng)配筋偏壓構(gòu)件

在實(shí)際工程中，構(gòu)件可能承受異號(hào)彎矩，在兩者數(shù)值相差不大時(shí)，為了構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，宜采用對(duì)稱(chēng)配筋。

1、大偏壓

可得

屬大偏壓

代入

若

2、小偏壓

代入下列基本公式

解得，

取

代入上式計(jì)算例5-9例5-10例5-11矩形截面對(duì)稱(chēng)配筋偏壓構(gòu)件計(jì)算曲線5.5工字形截面偏心受壓構(gòu)件

一．大偏壓時(shí)時(shí)，按矩形截面偏壓構(gòu)件計(jì)算。

對(duì)稱(chēng)配筋

適用條件：

適用條件：

二．小偏壓

對(duì)于過(guò)小

對(duì)合力點(diǎn)取矩

適用條件：

對(duì)稱(chēng)配筋時(shí)

例5-12例5-13圓形截面

對(duì)于圓形截面偏壓構(gòu)件，鋼筋沿周邊均勻布置，一般至少6根。

等效鋼環(huán)