6-受压构件的受力性能与设计

第6 章受压构件的截面承载力思考题6.1 轴心受压普通钢筋短柱与长柱的破坏形态有何不同？轴心受压长柱的稳定系数? 如何确定？轴心受压普通箍筋短柱的破坏形态是随着荷载的增加，柱中开始出现微细裂缝，在临近破坏荷载时，柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋间的纵筋发生压屈，向外凸出，混凝土被压碎，柱子即告破坏。

而长柱破坏时，首先在凹侧出现纵向裂缝，随后混凝土被压碎，纵筋被压屈向外凸出；凸侧混凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏。

l s l s 《混凝土结构设计规范》采用稳定系数? 来表示长柱承载力的降低程度，即? ＝N u / N u ，N u 和N u 分别为长柱和短柱的承载力。

根据试验结果及数理统计可得? 的经验计算公式：当l0／b＝8～34 时，? ＝1.177－0.021l0／b；当l0／b＝35～50 时，? ＝0.87－0.012l0／b。

《混凝土结构设计规范》中，对于长细比l0／b 较大的构件，考虑到荷载初始偏心和长期荷载作用对构件承载力的不利影响较大，的? 取值比按经验公式所得到的? 值还要降低一些，以保证安全。

对于长细比l0／b 小于20 的构件，考虑到过去使用经验，? 的取值略微抬高一些，以使计算用钢量不致增加过多。

6.2 简述偏心受压短柱的破坏形态。

偏心受压构件如何分类？钢筋混凝土偏心受压短柱的破坏形态有受拉破坏和受压破坏两种情况。

受拉破坏形态又称大偏心受压破坏，它发生于轴向力N 的相对偏心距较大，且受拉钢筋配置得不太多时。

随着荷载的增加，首先在受拉区产生横向裂缝；荷载再增加，拉区的裂缝随之不断地开裂，在破坏前主裂缝逐渐明显，受拉钢筋的应力达到屈服强度，进入流幅阶段，受拉变形的发展大于受压变形，中和轴上升，使混凝土压区高度迅速减小，最后压区边缘混凝土达到极限压应变值，出现纵向裂缝而混凝土被压碎，构件即告破坏，破坏时压区的纵筋也能达到受压屈服强度，这种破坏属于延性破坏类型，其特点是受拉钢筋先达到屈服强度，导致压区混凝土压碎。

《混凝土结构设计原理》课程教学大纲课程编号：20311011总学时数：72（理论68、实验4） 总学分数：4.5课程性质：必修课程 适用专业：土木工程一、课程的任务和基本要求： 课程任务：通过本课程的学习，使学生掌握混凝土结构的基本理论和基本知识，为继续学习《混凝土结构设计》等后续课程以及毕业后从事混凝土结构的科研、设计和施工等打下基础。

课程基本要求：掌握混凝土结构的一般概念及特点；掌握混凝土结构材料的物理、力学性能；掌握混凝土基本构件的力学性能、计算方法及构造要求；能正确应用《混凝土结构设计规范》GB50010-2002（建工方向）或《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004（道桥方向）进行混凝土基本构件的设计。

二、基本内容和要求： （一）绪论 内容：1、混凝土结构的一般概念 （1）混凝土结构的分类；（2）配筋的作用与要求；（3）混凝土结构的主要优、缺点2、混凝土结构的发展与应用概况 （1）发展概况；（2）在土木工程中的应用；（3）展望3、学习本课程要注意的问题及其本课程的学习方法。

基本要求：1、掌握混凝土结构的一般概念及特点。

2、了解混凝土结构在国内外土木工程中的发展与应用概况。

3、了解本课程的主要内容、要求和学习方法。

重点：1、配筋的作用与要求。

2、混凝土与钢筋共同工作的条件。

（二）混凝土结构材料的物理力学性能 内容： 1、钢筋（1）钢筋的品种与级别；（2）钢筋的强度与变形；（3）钢筋的应力与应变关系的数学模型；（4）钢筋的疲劳性能；（5）混凝土结构对钢筋的要求。

2、混凝土（1）混凝土的基本强度指标（'cu f 、c f 、t f ）、单轴向受压时的应力与应变关系、混凝土的变形模量、轴向受拉时的应力与应变关系； （2）复合应力状态下混凝土的强度与变形（简述）； （3）混凝土的疲劳性能； （4）混凝土的徐变；（5）混凝土的收缩与膨胀；（6）高强度、高性能混凝土的主要物理、力学性能简介 3、混凝土与钢筋的粘结 （1）粘结的定义与重要性；（2）粘结力的组成；（3）保证可靠粘结的构造措施基本要求：1、钢筋（1）熟悉钢筋的品种和级别。

6钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算钢筋混凝土偏心受力构件是一种常用的结构形式，常见于各种建筑和桥梁工程中。

在设计和施工过程中，对其承载力进行准确计算是十分重要的。

本文将介绍钢筋混凝土偏心受力构件的承载力计算方法，包括偏心受压构件和偏心受拉构件的计算。

首先，我们来介绍偏心受压构件的承载力计算方法。

偏心受压构件是指受压钢筋与截面重心之间有一个偏心距的构件。

其计算工作主要分为两个步骤：截面计算和偏心距计算。

1.截面计算：确定混凝土和钢筋的受力状态。

首先，计算构件的受拉区和受压区的面积，分别记为A_s和A_c。

其次，计算出受拉区的应力，记为σ_s。

然后，计算出受拉区的抗拉钢筋面积As'，使得其能够承受施加在构件上的最大拉力。

最后，通过平衡条件，计算出混凝土的受压区的应力σ_c。

2.偏心距计算：确定偏心距的大小。

偏心距的计算与混凝土和钢筋的受力状态有关。

在受力状态已知的情况下，可以通过拉力平衡方程计算出偏心距的大小，即：e=(α*As'*σ_s-As*σ_c)/b*f_c其中，e为偏心距，α为抗拉钢筋的应力分配系数，As为受压区的钢筋面积，b为构件宽度，f_c为混凝土的抗压强度。

偏心距的计算对于后续的承载力计算非常重要。

当偏心距大于受压区最大尺寸的一半时，构件发生弯曲破坏；当偏心距小于受压区最大尺寸的一半时，构件发生压碎破坏。

下面，我们来介绍偏心受拉构件的承载力计算方法。

偏心受拉构件是指受拉钢筋与截面重心之间有一个偏心距的构件。

其计算工作同样分为两个步骤：截面计算和偏心距计算。

1.截面计算：确定混凝土和钢筋的受力状态。

首先，计算构件中混凝土的受拉面积A_c，然后计算受拉区的应力σ_c。

其次，计算出能够承受施加在构件上的最大拉力的钢筋面积A_s'。

最后，通过平衡条件，计算出抗拉钢筋的应力σ_s。

2.偏心距计算：确定偏心距的大小。

偏心距的计算方法同样适用于偏心受拉构件，即使用拉力平衡方程计算出偏心距e，公式如下：e=(A_s*σ_s-A_c*σ_c)/(b*f_c)在计算偏心受拉构件的承载力时，需要注意偏心距的大小。

《结构设计原理》教案第六章钢筋混凝⼟受压构件承载能⼒计算精品1、轴⼼受压构件在实际⼯程中⼏乎没有。

如果荷载偏⼼距很⼩，所产⽣的弯矩与其轴⼒相⽐甚⼩，可略去不计时，则视为轴⼼受压构件。

其计算⽅法简单，但应重视它的构造要求，并注意细长⽐对失稳的重要影响。

螺旋箍盘柱施⼯较复杂，只有当柱⼦受⼒很⼤时，才考虑采⽤它。

2、矩形、I形偏⼼受压构件必须确定是⼤偏⼼还是⼩偏⼼，因为两者在计算上有本质的差别。

3、偏⼼受压构件可以看成是轴⼼压⼒N和弯矩M=N·e0 的共同作⽤。

由于M的作⽤将使构件产⽣挠曲变形f⼜和轴⼼压⼒N组成附加弯矩，从⽽使其计算复杂化。

附加弯矩的⼤⼩与N、e0和f 有关，⽽f⼜与截⾯尺⼨、配筋多少、混凝⼟强度等级、钢筋种类等因素有关。

4、学习时要注意⼤⼩偏⼼⼆种情况的计算公式、分界条件、适⽤条件等。

5、⼤偏⼼受压构件的受⼒和变形特点，与受弯构件双筋梁相类似；⼩偏受压构件的受⼒和变形特点与轴⼼受压构件相类似。

学习时可与受弯构件和轴⼼受压构件结合起来学习，以加深理解。

6、圆形截⾯偏⼼受压构件不分⼤⼩偏⼼，重点掌握实⽤计算法。

第⼀节轴⼼受压构件的强度计算⼀、普通箍筋柱⼆、螺旋箍筋柱以承受轴向压⼒为主的构件称为受压构件。

凡荷载的合⼒通过截⾯形⼼的受压构件称之为轴⼼受压构件(compression members with axial load at zero eccentricity)。

若纵向荷载的合⼒作⽤线偏离构件形⼼的构件称之为偏⼼受压构件。

受压构件（柱）往往在结构中具有重要作⽤，⼀旦产⽣破坏，往往导致整个结构的损坏，甚⾄倒塌。

按箍筋作⽤的不同，钢筋混凝⼟轴⼼受压构件可分为两种基本类型：⼀种为配有纵向钢筋及普通箍筋的构件，称为普通箍筋柱(tied columns),如图；另⼀种为配有纵向钢筋及螺旋箍筋或焊环形箍筋的螺旋箍筋柱(spirally reinforced columns)，如图。

1.1钢筋混凝土梁破坏时都有哪些特点？钢筋和混凝土是如何共同工作的？钢筋混凝土梁破坏时的特点是：受拉钢筋屈服，受压区混凝土被压碎，破坏前变形较大，有明显预兆，属于延性破坏类型。

在钢筋混凝土结构中，利用混凝土的抗压能力较强而抗拉能力很弱，钢筋的抗拉能力很强的特点，用混凝土主要承受梁中和轴以上受压区的压力，钢筋主要承受中和轴以下受拉区的拉力，即使受拉区的混凝土开裂后梁还能继续承受相当大的荷载，直到受拉钢筋达到屈服强度以后，荷载再略有增加，受压区混凝土被压碎，梁才破坏。

由于混凝土硬化后钢筋与混凝土之间产生了良好的粘结力，且钢筋与混凝土两种材料的温度线膨胀系数十分接近，当温度变化时，不致产生较大的温度应力而破坏二者之间的粘结，从而保证了钢筋和混凝土的协同工作。

1.2结构由哪些功能要求？简述承载能力极限状态正常使用极限状态的概念？建筑结构应该满足安全性、适用性和耐久性的功能要求。

承载能力极限状态，即结构或构件达到最大承载能力或者达到不适于继续承载的变形状态。

正常使用极限状态，即结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限值的状态。

2.1混凝土的强度等级是根据什么确定的？混凝土的强度等级是根据立方体抗压强度标准值确定的。

我国新《规范》规定的混凝土强度等级有C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75和C80，共14个等级。

2.2根据约束原理如何加固该柱？根据约束原理，要提高混凝土的抗压强度，就要对混凝土的横向变形加以约束，从而限制混凝土内部微裂缝的发展。

因此，工程上通常采用沿方形钢筋混凝土短柱高度方向环向设置密排矩形箍筋的方法来约束混凝土，然后沿柱四周支模板，浇筑混凝土保护层，以此改善钢筋混凝土短柱的受力性能，达到提高混凝土的抗压强度和延性的目的。

2.3混凝土的徐变？影响？因素？如何减小？结构或材料承受的荷载或应力不变，而应变或变形随时间增长的现象称为徐变。

《混凝土结构设计原理》第六章受压构件正截面承载力计算课堂笔记♦主要内容受压构件的构造要求轴心受压构件承载力的计算偏心受压构件正截面的两种破坏形态及英判别偏心受压构件的N厂血关系曲线偏心受压构件正截面受压承载力的计算偏心受压构件斜截面受剪承载力的汁算♦学习要求1.深入理解轴心受压短柱在受力过程中，截而应力重分布的概念以及螺旋箍筋柱间接配筋的概念。

2.深入理解偏心受压构件正截而的两种破坏形式并熟练掌握其判别方法。

3.深入理解偏心受压构件的Nu-Mu关系曲线。

4.熟练掌握对称配筋和不对称配筋矩形截而偏心受压构件受压承载力的计算方法。

5.掌握受压构件的主要构造要求和规定。

♦重点难点偏心受压构件正截而的破坏形态及其判别；偏心受压构件正截面承载力的计算理论：对称配筋和不对称配筋矩形截面偏心受压构件受压承载力的计算方法：偏心受压构件的Nu-Mu关系曲线；偏心受压构件斜截面抗剪承载力的计算。

6.1受压构件的一般构造要求结构中常用的柱子是典型的受压构件。

6.1.1材料强度混凝上：受压构件的承载力主要取决于混凝丄强度，一般应采用强度等级较髙的混凝上，目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C30-C40,在髙层建筑中，C50-C60级混凝上也经常使用。

6.1.2截面形状和尺寸柱常见截面形式有圆形、环形和方形和矩形。

单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。

圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。

柱的截面尺寸不宜过小,一般应控制在lo/b^30及l°/hW25°当柱截面的边长在800mm以下时，一般以50mm为模数，边长在800mm以上时，以100mm为模数。

6.1.3纵向钢筋构造纵向钢筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝上受压脆性破坏的缓冲作用。

同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用（垂直于弯矩作用平面），以及收缩和温度变化产生的拉应力，规定了受压钢筋的最小配筋率。

6钢筋混凝土受压构件承载力计算6.1 受压构件的基本构造要求6.1.1 受压构件的分类常见的受压构件如框架柱、墙、拱、桩、桥墩、烟囱、桁架压杆、水塔筒壁等。

钢筋混凝土受压构件在其截面上一般作用有轴力、弯矩和剪力。

分类：(1)轴心受压构件(2)偏心受压构件：单向偏心受压构件，双向偏心受压构件在实际设计中，屋架（桁架）的受压腹杆、承受恒载为主的等跨框架的中柱等因弯矩很小而忽略不计，可近似地当作轴心受压构件。

单层厂房柱、一般框架柱、屋架上弦杆、拱等都属于偏心受压构件。

框架结构的角柱则属于双向偏心受压构件。

6.1.2 截面形式及尺寸轴心受压构件的截面形式一般为正方形或边长接近的矩形。

建筑上有特殊要求时，可选择圆形或多边形。

偏心受压构件的截面形式一般多采用长宽比不超过1.5的矩形截面。

承受较大荷载的装配式受压构件也常采用工字形截面。

为避免房间内柱子突出墙面而影响美观与使用，常采用T形、L形、十形等异形截面柱。

对于方形和矩形独立柱的截面尺寸，不宜小于250mm×250mm，框架柱不宜小于300mm×400mm。

对于工字形截面，翼缘厚度不宜小于120mm；腹板厚度不宜小于100mm。

柱截面尺寸还受到长细比的控制。

对方形、矩形截面，l0/b≤30，l0/h≤25；对圆形截面，l0/d≤25。

柱截面尺寸还应符合模数化的要求，柱截面边长在800mm以下时，宜取50mm为模数，在800mm以上时，可取100mm为模数。

6.1.3 材料强度等级受压构件宜采用较高强度等级的混凝土，一般设计中常用的混凝土强度等级为C25~C50。

在受压构件中，采用高强度钢材不能充分发挥其作用。

因此，一般设计中常采用HRB335和HRB400或RRB400级钢筋做为纵向受力钢筋，采用HPB235级钢筋做为箍筋，也可采用HRB335级和HRB400级钢筋做为箍筋。

6.1.4 纵向钢筋作用：与混凝土共同承担由外荷载引起的纵向压力，防止构件突然脆裂破坏及增强构件的延性，减小混凝土不匀质引起的不利影响；同时，纵向钢筋还可以承担构件失稳破坏时凸出面出现的拉力以及由于荷载的初始偏心、混凝土收缩、徐变、温度应变等因素引起的拉力等。

第6章受压构件的截面承载力概述钢筋混凝土柱是典型的受压构件，不论是排架柱，还是框架柱（图6-1）在荷载作用下其截面上一般作用有轴力、弯矩和剪力。

图6-1 钢筋混凝土结构框架柱内力受压构件可分为两种：轴心受压构件与偏心受压构件，如图6-2所示。

(a) 轴心受压(b) 单向偏心受压(c) 双向偏心受压图6-2 轴心受压与偏心受压图实际工程中有没有真正的轴心受压构件？实际工程中真正的轴心受压构件是不存在的，因为在施工中很难保证轴向压力正好作用在柱截面的形心上，构件本身还可能存在尺寸偏差。

即使压力作用在截面的几何重心上，由于混凝土材料的不均匀性和钢筋位置的偏差也很难保证几何中心和物理中心相重合。

尽管如此，我国现行《混凝土规范》仍保留了轴心受压构件正截面承载力计算公式，对于框架的中柱、桁架的压杆，当其承受的弯矩很小时，可以略去不计，近似简化为轴心受压构件来计算。

偏心受压构件的三种情况：当弯矩和轴力共同作用于构件上，可看成具有偏心距e0 = M / N的轴向压力的作用，或当轴向力作用线与构件截面重心轴不重合时，称为偏心受压构件。

当轴向力作用线与截面的重心轴平行且沿某一主轴偏离重心时，称为单向偏心受压构件。

就是图6-2b这种情况。

当轴向力作用线与截面的重心轴平行且偏离两个主轴时，称为双向偏心受压构件。

就是图6-2c 这种情况。

§6.1受压构件的一般构造要求6.1.1截面形式及尺寸6.1.2材料强度要求6.1.3纵筋的构造要求6.1.4箍筋的构造要求本节内容较容易，主要是混凝土结构设计规范的一些相关规定，请同学自学掌握。

§6.2轴心受压构件的正截面承载力计算为了减小构件截面尺寸，防止柱子突然断裂破坏，增强柱截面的延性和减小混凝土的变形，柱截面配有纵筋和箍筋，当纵筋和箍筋形成骨架后，还可以防止纵筋受压失稳外凸，当采用密排箍筋时还可以约束核心混凝土，提高混凝土的延性、强度和抗压变形能力。

轴心受压构件根据配筋方式的不同，可分为两种基本形式：①配有纵向钢筋和普通箍筋的柱，简称普通箍筋柱，如图6-5（a）所示；②配有纵向钢筋和间接钢筋的柱，简称螺旋式箍筋柱，如图6-5（b）所示（或焊接环式箍筋柱），如图6-5（c）所示。