砌體結構構件的承載力受壓構

1、二、受壓構件,受壓構件是砌體結構中應用最為廣泛的構件，如墻、柱等構件。 按軸向壓力在截面上作用位置的不同，受壓構件分為軸心受壓、偏心受壓；按墻柱高厚比的不同，分為受壓短柱、受壓長柱。 受壓構件承載力計算公式系半經驗半理論公式，其形式非常簡潔： N=fA 其中系數稱為承載力影響系數，由實驗統(tǒng)計資料得到，是受壓構件承載力計算的關鍵。 本節(jié)將著重對e、0、進行分析。,1.偏壓短柱的承載力分析,(1)試驗研究 軸心受壓短柱的受力性能與破壞機理在第一章已作討論，對于偏壓短柱，其受力機理有以下特點： 1)隨偏心距e的增大，截面上的應力分布不斷發(fā)生變化。 e較小時，如eh/6，截面上出現拉應力，當拉應力達到

2、沿通縫的彎曲抗拉強度ftm時，出現水平裂縫。 (P27圖3.3b) 隨e的進一步增大，水平裂縫不斷開展，受壓面積不斷減小，邊緣壓應力與壓應變迅速增大。當壓應變達到極限值時，砌體受壓破壞。 (P27圖3.3c),1.偏壓短柱的承載力分析(1)試驗研究,2)偏壓砌體截面上的應力呈曲線形分布。當砌體受壓接近破壞時，由于砌體的塑性性質，截面應力出現了重分布。因此砌體偏壓時，不能采用材料力學公式進行計算。 3)偏壓對砌體的承載力具有不利和有利雙重影響，其影響因素目前尚不能分別予以確定，而采用一個綜合性系數，即砌體偏心影響系數e加以考慮。 不利影響：砌體開裂后，截面受壓區(qū)面積減小，截面上應力分布的不均勻等

3、，都會對砌體的承載力產生不利的影響。 有利影響：另一方面，由于受壓區(qū)截面面積的形心與荷載作用線之間的距離減小，以及局部受壓面積上砌體抗壓強度有所提高，這些都會對砌體的承載力產生有利的影響。,1.偏壓短柱的承載力分析(1)試驗研究,4)以軸心受壓時的應力分布為基礎，考慮偏心影響系數的不利影響后，可以得出砌體偏壓短柱承載力的基本計算公式： NeAf,Nl,e Nl,e Nl,e Nl,fmfm,1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數e,1)我國試驗統(tǒng)計回歸公式(四川省建筑科學研究院),e,h,b,N,1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數e,2) 按材料力學概念，壓應力圖形呈直線分布 從理

4、論上來說，如果已知截面上的應力分布及應力-應變關系，偏心影響系數e是可以直接推求的。對于彈性范圍內的砌體偏心受壓，受壓區(qū)應力分布可假定為直線分布，由材料力學公式得：,=fm,1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數e按材料力學概念,a.當e較小時(eh/6)，全截面受壓，邊緣最大壓應力為,y,h,e Nl,1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數e按材料力學概念,b.當e較大時(eh/6)，受拉區(qū)開裂，部分截面退出工作，假設不計截面的拉應力(拉應力很小)，按力的平衡條件(矩形截面)可得：,h,h,e N,1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數e按材料力學概念b.當e較大時,若將受壓區(qū)視

5、為軸心受壓，應力圖形為矩形(如圖)，對于截面為矩形的偏壓構件，根據力的平衡可得: 此即前蘇聯規(guī)范(CHII-22-81)所采用,N e0 y-e0,1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數e壓應力圖形按曲線分布,3)湖南大學公式適合于矩形截面 砌體的應力-應變關系為 忽略砌體抗拉強度，根據平截面假定，可以推得偏心受壓構件截面的應力圖形為曲線分布。根據內外力平衡條件可求得： 進行修正后，近似有,1.偏壓短柱的承載力分析(2)偏心影響系數e,4)公式的比較 材料力學公式所得e曲線最低，并且需要分當e較小及當e較大兩種情況，公式不連續(xù)，其壓應力圖形呈直線分布也只是一種假設，并沒有考慮當受拉區(qū)應力退

6、出工作，受壓區(qū)應力的重分布。 前蘇聯規(guī)范公式所得e曲線其次。 規(guī)范公式及湖大公式與試驗值吻合較好，但是湖大公式僅適用于矩形截面，而規(guī)范公式則是符合各種截面形狀試驗結果的試驗公式。,2.軸心受壓長柱的承載力分析,(1)試驗研究 細長柱與高薄墻承受軸心壓力時，由于偶然偏心的影響，往往會產生側向變形(撓度)，并導致構件產生縱向彎曲(以附加偏心距ei考慮)，而降低其承載力。 引起偶然偏心的因素： 幾何偏心：軸向力作用點與截面形心不完全對中 物理偏心：由于構件材料性質不均勻而導致的幾何偏心 偶然偏心側向變形縱向彎曲附加偏心距ei考慮,2.軸心受壓長柱的承載力分析 (1)試驗研究,以高厚比反映構件長細比

7、構件高厚比: =H0/h，=H0/t，=H0/Ht 構件長細比： = H0/i 對矩形截面有：i2=I/A=h2/12 故有：= H0/i=12(H0/h)2=122 試驗表明： 3時，應考慮縱向彎曲； ，縱向彎曲影響越顯著； 12，肉眼可見側向變形的存在,ei,N,H0,2.軸心受壓長柱的承載力分析 (1)試驗研究,縱向彎曲對砌體結構的影響較混凝土結構大 塊材與灰縫勻質性差，整體性較差，附加偏心距ei產生的幾率大； E砂漿E塊材 規(guī)范以穩(wěn)定系數0來考慮縱向彎曲對軸心受壓承載力的影響。并以附加偏心距ei加以考慮。,2.軸心受壓長柱的承載力分析 (2)軸心受壓穩(wěn)定系數0,2.軸心受壓長柱的承載力

8、分析 (2)軸心受壓穩(wěn)定系數0,3.偏心受壓長柱的承載力分析,對于偏壓長柱，需要考慮偏心距e對承載力的影響(偏心影響系數e)；另外還需要考慮縱向彎曲產生的附加偏心距ei的影響(軸壓穩(wěn)定系數0)，計算中以考慮。 在符合試驗結果的前提下，國內提出了一些偏壓長柱的理論分析和計算公式，主要有： 試驗統(tǒng)計法 相關公式法(通過壓彎構件材料力學公式導出) 附加偏心距法(88規(guī)范方法),ei,e0 N,H0,H0/2,e0 N,3.偏心受壓長柱的承載力分析 的確定附加偏心距法,的考慮因素：e0和ei(同時考慮偏心與縱向彎曲) 如果長柱破壞取與偏壓短柱相同的截面應力圖形，則長柱僅僅是較短柱增加了一個附加偏心距，

9、所以可以直接由短柱的計算公式過渡到長柱。 由短柱偏壓影響系數規(guī)范公式： 在長柱的情況下，應以(e0+ei)代替式中的e0，則,3.偏心受壓長柱的承載力分析 (1)的確定采用附加偏心距法導出,長柱的偏壓承載力按下式計算： 附加偏心距ei可以根據下列邊界條件確定，即e0=0時，=0，0即為軸心受壓的縱向彎曲系數。以e0=0代入上式：,3.偏心受壓長柱的承載力分析 (1)的確定采用附加偏心距法導出,3.偏心受壓長柱的承載力分析 (2)的確定計算公式的修正,由于ei隨e0的增大而加大，且試驗表明的計算公式在e0.3h時符合較好，而當e0.3h時，計算值偏高，故需修正： 而新規(guī)范規(guī)定偏心距 e00.6y

10、=0.3h(矩形截面)，因此修正系數就沒有必要乘，從而簡化了計算。,3.偏心受壓長柱的承載力分析 (3)的確定計算公式涵蓋了e和0,當為軸壓時，e=0，=0 當為短柱時，ei=0，=e 當為偏壓長柱時，包涵了e和0 另需指出，值與f2、e有關(P29表等),4. 受壓構件承載力的計算,4. 受壓構件承載力的計算,h,b,N,4. 受壓構件承載力的計算,(4)軸向力偏心距e的確定及其限值 e=M/N0.6y 由標準值該為設計值后，承載力的降低不超過6%，可靠指標的降低不超過5.5%。并且新規(guī)范可靠度水平已經提高，偏心距限值更嚴(e0.6y)，所以新規(guī)范該為設計值計算以減少工作量。,5.雙向偏壓構

11、件,為新規(guī)范新增內容，是工程上可能遇到的受力型式。 湖南大學(施楚賢、劉桂秋)根據試驗結果，分析了偏心距對砌體受力性能和破壞特征的影響，并提出了承載力計算公式。,(1)受力性能和破壞特征,試驗表明，偏心距eh、eb的大小(如圖)，對砌體豎向裂縫與水平裂縫的出現、發(fā)展及破壞形態(tài)有著不同的影響。,y,x,x,y,b,x,eb,eh,y,h,雙向偏壓示意圖,N,續(xù)： (1)受力性能和破壞特征,當兩個方向的偏心距均很小時，即偏心率eh/h0.2、eb/b0.2時，砌體從受力、開裂以至破壞，均類似于軸心受壓構件的三個受力階段。 當一個方向的偏心距很大(偏心率達0.4)，一個方向的偏心距很小(偏心率小于0.1)時，砌體的受力性能與單向偏心受壓構件類似。 當兩個方向的偏心率達0.20.3時，砌體內的水平裂縫和豎向裂縫幾乎同時出現。 當兩個方向的偏心率達0.30.4時，砌體內的水平裂縫較豎向裂縫出現早。 試驗結果還表明，砌體接近破壞時，截面四個邊緣