第七章 偏心受压构件的正承载力计算
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第7章偏心受压构件的正截面承载力计算当轴向压力N的作用线偏离受压构件的轴线时[图7-1a)],称为偏心受压构件。
压力N的作用点离构件截面形心的距离e称为偏心距。
截面上同时承受轴心压力和弯矩的构件[图7-1b)],称为压弯构件。
根据力的平移法则,截面承受偏心距为e的偏心压力N相当于承受轴心压力N和弯矩M(=Ne)的共同作用,故压弯构件与偏心受压构件的基本受力特性是一致的。
β)图7-1 偏心受压构件与压弯构件a)偏心受压构件b)压弯构件钢筋混凝土偏心受压(或压弯)构件是实际工程中应用较广泛的受力构件之一,例如,拱桥的钢筋混凝土拱肋,桁架的上弦杆、刚架的立柱、柱式墩(台)的墩(台)柱等均属偏心受压构件,在荷载作用下,构件截面上同时存在轴心压力和弯矩。
钢筋混凝土偏心受压构件的截面型式如图7-2所示。
矩形截面为最常用的截面型式,截面高度h大于600mm的偏心受压构件多采用工字形或箱形截面。
圆形截面主要用于柱式墩台、桩基础中。
图7-2 偏心受压构件截面型式a)矩形截面b)工字形截面c)箱形截面d)圆形截面在钢筋混凝土偏心受压构件的截面上,布置有纵向受力钢筋和箍筋。
纵向受力钢筋在截面中最常见的配置方式是将纵向钢筋集中放置在偏心方向的两对面[图7-3a)],其数量通过正截面承载力计算确定。
对于圆形截面,则采用沿截面周边均匀配筋的方式[图7-3b)]。
箍筋的作用与轴心受压构件中普通箍筋的作用基本相同。
此外,偏心受压构件中还存在着一定的剪力,可由箍筋负担。
但因剪力的数值一般较小,故一般不予计算。
箍筋数量及间距按普通箍筋柱的构造要求确定。
图7-3 偏心受压构件截面钢筋布置形式a)纵筋集中配筋布置b)纵筋沿截面周边均匀布置7.1 偏心受压构件正截面受力特点和破坏形态钢筋混凝土偏心受压构件也有短柱和长柱之分。
本节以矩形截面的偏心受压短柱的试验结果,介绍截面集中配筋情况下偏心受压构件的受力特点和破坏形态。
7.1.1 偏心受压构件的破坏形态钢筋混凝土偏心受压构件随着偏心距的大小及纵向钢筋配筋情况不同,有以下两种主要破坏形态。
第七章 偏心受力构件承载力的计算西安交通大学土木工程系 杨 政第七章 偏心受力构件承载力的计算结构构件的截面受到轴力N和弯矩M共同作用,只在截 面上产生正应力,可以等效为一个偏心(偏心距 e0=M/N ) 作用的轴力N。
因此,截面上受到轴力和弯矩共同作用的结 构构件称为偏心受力构件。
N NM N(a )N N M(b )N(c )(d )(e )(f)第七章 偏心受力构件承载力的计算显然,轴心受力( e0=0 )和受弯( e0=∞)构件为其特 例。
当轴向力为压力时,称为偏心受压;当轴向力为拉力 时,称为偏心受拉。
偏心受压构件多采用矩形截面,工业建筑中尺寸较大的 预制柱也采用工字形和箱形截面,桥墩、桩及公共建筑中的 柱等多采用圆形截面;而偏心受拉构件多采用矩形截面。
e0=0 轴心受拉 偏心受拉 大偏心 e0=∞ 纯弯 偏心受压 小偏心 e0=0 轴心受压小偏心大偏心第七章 偏心受力构件承载力的计算7.1 偏心受压构件正截面承载力计算7.1.1 偏心受压构件的破坏形态偏心受压构件是工程中使用量最大 的结构构件,其受力性能随偏心距、配 筋率和长细比( l0/h )等主要因素而变 化。
与轴心受压构件类似,根据构件的 长细比,偏心受压柱也有长柱和短柱之 分。
此外,其他一些重要因素,例如混 凝土和钢筋材料的种类和强度等级、构 件的截面形状、钢筋的构造、荷载的施 加途径等,都对构件的受力性能和破坏 形态产生影响。
第七章 偏心受力构件承载力的计算受压(小偏心受压)破坏 偏心受压构件破坏类型 受拉(大偏心受压)破坏7.1 偏心受压构件正截面承载力计算第七章 偏心受力构件承载力的计算受压(小偏心受压)破坏 受压应力较大一侧的应变首先达到混凝土的极限压应变 而破坏,同侧的纵向钢筋也受压屈服;而另一侧纵向钢筋可 能受压也可能受拉,如果受压可能达到受压屈服,但如果受 拉,则不可能达到受拉屈服。
构件的承载力主要取决于受压混凝土和受压纵向钢筋。
轴心受压构件承载力计算一、偏心受压构件破坏特征偏心受压构件在承受轴向力N和弯矩M 的共同作用时,等效于承受一个偏心距为e0=M/N的偏心力N的作用,当弯矩M相对较小时,e0就很小,构件接近于轴心受压,相反当N相对较小时,e0就很大,构件接近于受弯,因此,随着e0 的改变,偏心受压构件的受力性能和破坏形态介于轴心受压和受弯之间。
按照轴向力的偏心距和配筋情况的不同,偏心受压构件的破坏可分为受拉破坏和受压破坏两种情况。
1.受拉破坏当轴向压力偏心距e0 较大,且受拉钢筋配置不太多时,构件发生受拉破坏。
在这种情况下,构件受轴向压力N后,离N较远一侧的截面受拉,另一侧截面受压。
当N增加到一定程度,首先在受拉区出现横向裂缝,随着荷载的增加,裂缝不断发展和加宽,裂缝截面处的拉力全部由钢筋承担。
荷载继续加大,受拉钢筋首先达到屈服,并形成一条明显的主裂缝,随后主裂缝明显加宽并向受压一侧延伸,受压区高度迅速减小。
最后,受压区边缘出现纵向裂缝,受压区混凝土被压碎而导致构件破坏(图4.3.1)。
此时,受压钢筋一般也能屈服。
由于受拉破坏通常在轴向压力偏心距e0 较大发生,故习惯上也称为大偏心受压破坏。
受拉破坏有明显预兆,属于延性破坏。
2.受压破坏当构件的轴向压力的偏心距e0 较小,或偏心距e0 虽然较大但配置的受拉钢筋过多时,就发生这种类型的破坏。
加荷后整个截面全部受压或大部份受压,靠近轴向压力一侧的混凝土压应力较高,远离轴向压力一侧压应力较小甚至受拉。
随着荷载逐渐增加,靠近轴一侧混凝土出现纵向裂缝,进而混凝土达到极限应变εcu 被压碎,受压钢筋的应力也达到f y′,远离一侧的钢筋可能受压,也可能受拉,但因本身截面应力太小,或因配筋过多,都达不到屈服强度(图4.3.2)。
由于受压破坏通常在轴向压力偏心距e0 较小时发生,故习惯上也称为小偏心受压破坏。
受压破坏无明显预兆,属脆性破坏。
3.受拉破坏与受压破坏的界限综上可知,受拉破坏和受压破坏都属于材料破坏”。
第7章 受压构件正截面受压承载力知识点1.配有纵筋和箍筋的轴心受压柱的受力全过程及其破坏特征;2.配有纵筋和箍筋的轴心受压柱的承载力计算;3.配有纵筋和螺旋筋的轴心受压柱的承载力及计算公式;4.偏心受压构件的破坏形态及其分类,界限破坏,纵向弯曲(二阶弯矩)的影响;5.矩形、工字形截面偏心受压构件的正截面承载力计算,矩形截面不对称和对称配筋的计算方法;6.偏心受压构件斜截面受剪承载力计算;7.双向偏心受压矩形正截面承载力的简化计算方法;8.受压构件的构造要求;9.偏心受压构件的截面延性的特点。
要点1.螺旋箍筋柱较普通箍筋柱承载力提高的原因是螺旋筋约束了混凝土的横向变形。
2.轴心受压构件,配置纵筋的作用是帮助混凝土承受压力,减力构件截面尺寸。
3.《混凝土结构设计规范》规定,配有螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载能力不能高于配有普通箍筋柱承载能力的50%。
4.偏心受压构件界限破坏的特点:偏心受压构件界限破坏时远离轴向力一侧的钢筋屈服与受压区混凝土压碎同时发生。
5.如何确定大偏心受压构件:计算偏心受压构件,当b ξξ≤时,构件确定属于大偏心受压构件。
6.偏心受压构件的破坏形态有大偏心受压和小偏心受压两种情况。
7.轴心受压承载力的计算公式:N =0.9φ(f c A +f ′′y A ′s )。
8.偏心受压构件斜截面受剪承载力计算公式是在受弯构件斜截面受剪承载力公式基础上多了一项0.07N ,同时要求当轴向力N>0.3f c A 时,取A f N c 3.0=。
9.《混凝土结构设计规范》采用稳定系数ϕ表示长柱承载能力的降低程度,所以,ϕ为长柱的承载力)(l u N 与短柱的承载力)(su N 之比。
<0.55h 0 >2a ′10.轴心受压构件中,配置纵筋的作用是帮助混凝土承受压力,减小构件截面尺寸。
11.偏心受压构件的破坏特征:大偏心受压破坏,属延性破坏;破坏特点是受拉钢筋先达到屈服强度,导致压区混凝土压碎。