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第六章 轴向受力构件承载力

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第6章 轴向受力构件承载力

第6章 轴向受力构件承载力

34.5 36.5 139 146
0.52 0.48 0.44 0.40 0.36 0.32 0.29 0.26 0.23 0.21 0.19
b为矩形截面短边尺寸; d为圆形截面直径; i为回转半径。
6.2.2 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算 (3) 承载力计算公式
N
轴心受压柱截面承载力计算简图， 见图。轴心受压柱的正截面承载力计 算公式为：
6.2.2 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算 (2) 轴心受压长柱的破坏形态 钢筋混凝土受压构件的稳定系数
l0/b ≤8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
l0/d
l0/i
≤7
≤28
8.5
35
10.5
42
12
48
14
55
15.5
62
17
69
19
76
21
83
22.5
箍筋：侧向约束 纵筋、抗剪
纵筋
6.2.2 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算 根据轴压构件长细比（l0/i）的不同，轴压构件分为短 柱（l0/i≤28，i为任意截面的回转半径；对矩形而言等价于 l0/b≤8）和长柱。
6.2.2 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算 (1) 轴心受压短柱的应力分布及破坏形态 对短柱，试验表明，在轴心荷载作用下，整个截面的 应变基本上是均匀分布的，当荷载较小时，混凝土和钢筋都处 于弹性阶段，柱子压缩变形的增加与荷载的增长成正比，但荷 载稍大后，由于混凝土塑性变形的发展，压缩变形增加的速度 快于荷载的增长速度。 混凝土压碎 钢筋屈服 随着荷载继续增加，柱 Nc 中开始出现细微的纵向裂缝， 在临近破坏荷载时，纵向裂 缝变得更明显，箍筋间的纵 筋发生压屈，向外凸出，呈 灯笼状，混凝土被压碎，而 整个柱破坏，破坏是以混凝 o 土被压碎为标志的（初偏心 无影响），见图。

轴心受压构件正截面承载力计算

轴心受压构件正截面承载力计算
公路规范公式：
0 Nd Nu 0.9( fcd Acor kfsd As0 As fsd )
k —— 间接钢筋的影响系数，混凝土强度C50
及以下时，k=2.0；C50-C80取k=2.0-1.7,中 间直线插入取值。
混凝土 强度
k
≤C50 2.0
C55 C60 C65 C70 C75 C80 1.95 1.90 1.85 1.80 1.75 1.70
例题2：圆形截面轴心受压构件，直径为450mm， 计算长度2.25m, 轴向压力设计组合值Nd=2580kN， 纵筋用HRB335级，箍筋用R235级，混凝土强度等 级为C25。I类环境条件，安全等级二级，试进行构 件的配筋设计。
2.25512 1%
0.45
As1%4 4520 15m 902m
A co r45 420 30 119 m3 2m 99
f s d —— 间接钢筋的强度；
Acor —— 构件的核心截面面积；
A s 0 —— 间接钢筋的换算面积，As0
dcor As01
S
；
A s 0 1 —— 单根间接钢筋的截面面积；
S —— 间接钢筋的间距；
轴心受压构件正截面承载力计算
6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件 四、 螺旋箍筋轴压构件正截面承载力计算
轴心受压构件正截面承载力计算
6.1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件 五、正截面承载力计算 2.截面设计之二（尺寸未知）：
如果尺寸未知，则 先假设一个ρ′，令稳定系数φ＝1； 求出截面面积A，取整； 重新计算φ，求As′.
例题略。
轴心受压构件正截面承载力计算
6.1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件
主要和构件的长细比有关，长细比越大，稳定 系数 越小。

第 6 章 受压构件的截面承载力

第 6 章 受压构件的截面承载力

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。

第六章轴向受力构件2—偏心受压柱

第六章轴向受力构件2—偏心受压柱

6.3.4 偏心受压长柱的纵向弯曲影响
6.3.4.1 偏心距增大系数—二阶效应
③ 过于细长的偏压柱（长细比l0/h >30 细长柱）： ◆ 侧向挠度 f 的影响已很大； ◆ 在未达到截面承载力极限状态之前，侧向挠度 f 已呈不 稳定发展； ◆ 柱的轴向荷载最大值发生在荷载增长曲线与截面承载力 Nu-Mu相关曲线相交之前； ◆ 这种破坏为失稳破坏。在E点的承载力以达到最大，但 此时截面内钢筋应力并未达到屈服强度，混凝土也未压碎， 应避免这种破坏发生。所以只对②考虑二阶效应。 由图可见，这三个柱虽然具有相同的外荷载偏心距ei值，其 承受纵向力N值的能力是不同的，其值分别为Nus、Num、Nul， 即由于长细比加大降低了构件的承载力。
6.3 偏心受压构件正截面承载力计算
6.3.1 偏心受压构件正截面破坏形态
ÊÜ À­ Æ »µ ÊÜ Ñ¹ Æ »µ
6.3.2 两种偏心受压破坏形态的界限
大、小偏心受压破坏形态的根本区别是破坏时远离纵 向力一侧的纵向钢筋是否达到受拉屈服。
6.3.3 附加偏心距ea和初始偏心距ei
考虑到工程中实际存在着竖向荷载作用位置的不确定性、 混凝土质量的不均匀性、配筋的不对称性以及施工偏差等因 素，规范在偏心受压构件受压承载力计算中，规定必须计入 轴向压力在偏心方向的附加偏心距ea。参考国外规范的经验， 规范把ea取为20mm和偏心方向尺寸的1/30两者中的较大值。 因此，轴向压力的计算初始偏心距ei应为：
6.3.4 偏心受压长柱的纵向弯曲影响
6.3.4.1 偏心距增大系数—二阶效应 N
N0
Nus Num
Nusei Numei
Nul Nul ei
Num fm Nul fl
M0

第六章受压构件

第六章受压构件

§ 6.1 轴心受压构件承载力计算
Strength of Axially Loaded Members
6.1.1 轴心受压构件的破坏特征
按照长细比（the slenderness）l０／ｂ的大小，轴心受
压柱可分为短柱和长柱两类。对方形和矩形柱，当 l０／ｂ ≤ 8 时属于短柱，否则为长柱。其中l０为柱的计算长度，
（4）验算配筋率
As ' 1677 =1.86% A 300 300 min＞ =0.6%，且＜3% ，满足最小配筋率要求，且勿
'
需重算。
纵筋选用4 如图。
25（As′=1964mm2），箍筋配置φ8@300，
Φ8@300
300
4 25
300
【习题2】某现浇底层钢筋混凝土轴心受压柱，截面尺寸

1 1 =0.869 1 0.002 (l 0 / b 8) 2 1 0.002(16.7 8) 2
（3）计算钢筋截面面积As′
N 1400 103 fc A 14.3 3002 0.9 As' 0.9 0.869 =1677mm2 fy ' 300
选用8Φ 28， As' ＝4926mm2 。 配筋率ρ= As/A =4926/125600=3.92%
6.3.3
螺旋箍筋柱简介
（ the
spiral columns）
1．螺旋箍筋柱的受力特点：螺旋箍筋柱的箍筋既是构 造钢筋又是受力钢筋。由于螺旋筋或焊接环筋的套箍作用 可约束核心混凝土（螺旋筋或焊接环筋所包围的混凝土）
若采用该柱直径为400mm，则 l0 4200 10.5, 查表得＝0.95 d 400

第6章受压构件的截面承载力习题答案

第6章受压构件的截面承载力习题答案

第6章受压构件的截面承载力6.1选择题1.钢筋混凝土轴心受压构件，稳定系数是考虑了（ D ）。

A．初始偏心距的影响；B．荷载长期作用的影响；C．两端约束情况的影响；D．附加弯矩的影响；2.对于高度、截面尺寸、配筋完全相同的柱，以支承条件为（ A ）时，其轴心受压承载力最大。

A．两端嵌固；B．一端嵌固，一端不动铰支；C．两端不动铰支；D．一端嵌固，一端自由；3.钢筋混凝土轴心受压构件，两端约束情况越好，则稳定系数（A）。

A．越大；B．越小；C．不变；4.一般来讲，配有螺旋箍筋的钢筋混凝土柱同配有普通箍筋的钢筋混凝土柱相比，前者的承载力比后者的承载力（B）。

A．低；B．高；C．相等；5.对长细比大于12的柱不宜采用螺旋箍筋，其原因是（ D ）。

A．这种柱的承载力较高；B．施工难度大；C．抗震性能不好；D．这种柱的强度将由于纵向弯曲而降低，螺旋箍筋作用不能发挥；6.轴心受压短柱，在钢筋屈服前，随着压力而增加，混凝土压应力的增长速率（C）。

A．比钢筋快；B．线性增长；C．比钢筋慢；7.两个仅配筋率不同的轴压柱，若混凝土的徐变值相同，柱A配筋率大于柱B，则引起的应力重分布程度是（B）。

A．柱A=柱B；B．柱A>柱B；C．柱A<柱B；8.与普通箍筋的柱相比，有间接钢筋的柱主要破坏特征是（D）。

A．混凝土压碎，纵筋屈服；B．混凝土压碎，钢筋不屈服；C．保护层混凝土剥落；D．间接钢筋屈服，柱子才破坏；9. 螺旋筋柱的核心区混凝土抗压强度高于fc 是因为（ C ）。

A ．螺旋筋参与受压；B ．螺旋筋使核心区混凝土密实；C ．螺旋筋约束了核心区混凝土的横向变形；D ．螺旋筋使核心区混凝土中不出现内裂缝；10. 有两个配有螺旋钢箍的柱截面，一个直径大，一个直径小，其它条件均相同，则螺旋箍筋对哪一个柱的承载力提高得大些（ B ）。

A ．对直径大的；B ．对直径小的；C ．两者相同；11. 为了提高钢筋混凝土轴心受压构件的极限应变，应该（ C ）。

第六章 轴心受力构件承载力分解


螺旋式箍筋柱的受力特点：
轴向压力较小时，混凝土和纵筋分别受压， 螺旋箍筋受拉但对混凝土的横向作用不明显； 接近极限状态时，螺旋箍筋对核芯混凝土产 生较大的横向约束，提高混凝土强度，从而 间接提高柱的承载能力。当螺旋箍筋达到抗 拉屈服强度时，不能有效约束混凝土的横向 变形，构件破坏。在螺旋箍筋受到较大拉应 力时其外侧的混凝土保护层开裂，计算时不 考虑此部分混凝土。
前述是短柱的破坏特征。对于长 细比较大的长柱，试验表明，由于各 种偶然因素造成的初始偏心距的影响 是不可忽略的。加载后由于有初始偏 心距将产生附加弯距，这样相互影响 的结果使长柱最终在弯矩及轴力共同 作用下发生破坏。对于长细比很大的 长柱，还有可能发生“失稳破坏”的 现象，长柱的破坏荷载低于其他条件 相同的短柱破坏荷载。
⑵箍筋
◆ 受压构件中箍筋应采用封闭式，其直径不应小于d/4，且 不小于6mm，此处d为纵筋的最大直径。 ◆ 箍筋间距不应大于400mm，也不应大于截面短边尺寸； 对绑扎钢筋骨架，箍筋间距不应大于15d；对焊接钢筋骨 架不应大于20d，此处d为纵筋的最小直径。 ◆ 当柱中全部纵筋的配筋率超过3%，箍筋直径不宜小于 8mm，且箍筋末端应应作成135°的弯钩，弯钩末端平直 段长度不应小于5 d（箍筋直径），或焊成封闭式；此时 箍筋间距不应大于10纵筋最小直径，也不应大于200mm。 ◆ 当柱截面短边大于400mm，且各边纵筋配置根数超过多 于3根时，或当柱截面短边未大于400mm，但各边纵筋配 置根数超过多于4根时，应设置复合箍筋。 ◆ 对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，以 避免箍筋受拉时使折角处混凝土破损。
试验表明，长柱的破 坏荷载低于其他条件相同 的短柱破坏荷载，《规 范》中采用稳定系数 表 示承载能力的降低程度， 即

第六章轴向受力构件-受拉构件承载力计算3

在工程中，有不少构件同时承受轴向拉力、弯矩和 剪力的作用。轴向力N不仅对正截面承载力有影响，也 对斜截面受剪承载力有影响。在偏心受拉构件的受剪承 载力计算中，必须考虑轴向力的作用。
6.5.3 偏心受拉构件斜截面承载力计算
轴向拉力使斜裂缝裂得更宽，加大了斜裂缝剪承载力降低。
6.5.1 轴心受拉构件
6.5.1.3 算例
[ 例 1] 已 知 某 钢 筋 混 凝 土 屋 架 下 弦 ， 截 面 尺 寸
b×h=200mm×150mm ， 承 受 的 轴 心 拉 力 设 计 值
N=234kN，混凝土强度等级 C30，钢筋为 HRB335。
求截面配筋。
[解]查表可知： f y 300 N mm 2 ，代入轴心受拉计算公式 得
时，仍应按 300
N mm 2
取用”的要求，取
f
' y

fy
300
N
mm 2
h
400
e 2 e0 as 2 114 40 46mm ；
e'

h 2

e0
as'

400 2
114 40

274mm
6.5.4 算例
代入计算公式得：
As'

Ne f y (h0 as' )
6.5.2 偏心受拉构件正截面承载力计算
6.5.2.3 矩形截面偏心受拉构件正截面承载力计算公式 对小偏拉，应验算： As minbh ， As minbh 应注意，对钢筋混凝土小偏心受拉构件，当 fy 大于 300N/mm2 时，取 300N/mm2。
6.5.2 偏心受拉构件正截面承载力计算

钢结构轴心受力构件


2. 残余应力影响下短柱的－ 曲线
以热扎H型钢短柱为例：
0.3fy
（A）
fy σ=0.7fy
0.3fy 0.3fy
（B）
fy 0.7fy<σ<fy
σ=N/A
fy C
B
fp
A
σr
fy-σr
σr=0.3fy
（C）
fy σ=fy
0.3fy
0
ε
当N/A<0.7fy时，截面上的应力处于弹性阶段。
当N/A＝0.7fy时，翼缘端部应力达到屈服点，该点称为有效比例极限fp=fy-r
y
当>fp=fy-r时，截面出现塑性区，应力分布如图。 临界应力为：
t
h
cr
Ncr A
2EI
l2A
Ie I
2E 2
Ie I
(6.3.8)
x
x
t
柱屈曲可能的弯曲形式有两种：沿强轴（x轴）和
沿弱轴（y轴）因此：
b
对x x轴屈曲时：
b
Etx
EIex Ix
2t(b)h2 4
E 2tbh2 4
E
对y y轴屈曲时：
轴心压力N较小
干扰力除去后，恢复到 原直线平衡状态
N增大
干扰力除去后，不能恢复到原直 线平衡状态,保持微弯状态
N继续增大
干扰力除去后，弯曲变形仍然迅 速增大，迅速丧失承载力
第6章轴心受力构件 理想的轴心受压构件(杆件挺直、荷载无偏心、无初始 应力、无初弯曲、无初偏心、截面均匀等）的失稳形式分为:
弯曲失稳 扭转失稳 弯扭失稳
y
N
力学模型 N
v
v1 y z
y
第6章轴心受力构件

第6章 受压构件


6.1 轴心受压构件的承载力计算
二、轴心受压短柱的承载力计算
根据短柱的破坏特征，其截面的应力分布如图所示，轴心受 压短柱的承载力可按下列公式计算。
N 1
d
Nu
1
d
( f c A f 'y A 's ) 当
承载力计算包括： (1) 截面设计；(2)截面校核。
三、轴心受压长柱的破坏特征
l0 / i l0 / I / A l0——柱的计算长度，与柱的两端支承条件有关， 两端铰支 ：l0=l 一端固定，一端铰支：l0=0.7l 两端固定：l0=0.5l 一端固定，一端自由：l0=2.0l 满足下列条件的为短柱，否则为长柱。 矩形截面 l0 b 8 由于长细比不同，影响两者承载力的 圆形截面 l0 d 7 因素不一样，两者的破坏形态也有所 任意截面 l0 i 28 不同。
一、大偏心受压构件的破坏特征
这种破坏始于受拉钢筋先达到屈服强度，最后受压区边 缘混凝土εc→εcu ，混凝土被压碎而引起的——受拉破坏。 截面破坏时，受压钢筋σ’s→f ’y。 其破坏性质与双筋矩形截面梁 类似—延性破坏
大偏压破坏形式.swf
6.3 偏心受压构件正截面破坏特征 二、小偏心受压构件的破坏特征
(3) 当N 90%Nu 时，柱子出现纵向裂缝。随着N的 进一步增大，混凝土保护层开始剥落，当N Nu时 箍筋之间的纵向钢筋被压屈，并向外凸出，中部混 凝土被压碎，柱子破坏。 (4) 达到承载能力极限状态时 混凝土的压应变: c cu 0.002 ， 混凝土的应力: c fc ；
第6章 钢筋混凝土受压构件承载力计算 2. 工程中的受压构件 实际工程中，典型的轴心受压构件有：承受节点荷载的屋架 腹杆和上弦杆；对称框架结构中的内柱；桩基等。在钢筋混凝 土结构中，严格意义上的轴心受力构件是不存在的。但当外加 荷载的偏心很小时，可近似按轴压构件来计算。工程中的屋架 上弦、排架柱、牛腿柱、框架柱等都是偏心受压构件。
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一、 填空题
1、偏心受压构件的最终破坏都是由于 而造成的。

2、大偏心受压破坏属于延性破坏，小偏心受压破坏属于 。

3、偏心受压构件在纵向弯曲影响下，其破坏特征有两种类型，对于长细比较小的短柱及长柱，属于材料破坏；对于长细比较大的细长柱，属于 破坏。

4、偏压构件用 考虑了纵向弯曲的影响。

5、对于大偏心受压构件，轴向压力增加会使构件的 提高。

6、钢筋混凝土大偏心、小偏心受压构件的判别条件是：当 为大偏压构件；当 为小偏压构件。

7、在偏压构件截面设计时，通常用03.0h e i >η初步判别其是否为大偏心受压。

8、在大偏压设计校核时，当'2s a x ≤，说明 。

9、为避免 ，《混凝土结构设计规范》（GB50010--2002）规定：矩形截面钢筋混凝土偏心受力构件的受剪截面均应符合025.0bh f V c c β≤。

10、受拉构件根据纵向拉力作用的位置可分为 和 构件。

11、偏心受拉构件按其破坏形态可分为大偏心、小偏心受拉两种情况，当s a h e ->20为大偏心；当s a h e -≤20为小偏心。

12、钢筋混凝土小偏心受拉构件破坏时全截面 ，拉力全部由钢筋承担。

二、判断题
1、小偏心受压构件偏心距一定小。

（ ）
2、在大偏心、小偏心受压的界限状态下，截面相对界限受压区高度b ξ，具有与受弯构件b ξ完全相同的值。

（ ）
3、偏心距增大系数，解决了纵向弯曲产生的影响的问题。

（ ）
4、在偏压构件截面设计时，当03.0h e i >η时，可准确地判别其为大偏心受压。

（ ）
5、附加偏心距考虑了弯矩的作用。

（ ）
6、构件高度愈高，则材料破坏的可能性愈小。

（ ）
7、钢筋混凝土大偏心、小偏心受压构件破坏的共同特征是：破坏时受压区混凝土均被压碎，受压区钢筋均达到其强度值。

（ ）
8、钢筋混凝土大偏心受压构件的破坏特征是远离纵向力一侧的钢筋拉屈，随后另一侧钢筋压屈，混凝土亦被压碎。

（ ）
9、小偏心受拉破坏时，混凝土完全退出工作，全部拉力由钢筋承担。

（ ）
10、大偏心受拉构件存在混凝土受压区。

（ ）
三、选择题
1、在钢筋混凝土轴心受压构件中，宜采用（ ）。

A ．较高强度等级的混凝土
B ．较高强度等级的纵向受力钢筋
C ．在钢筋面积不变的前提下，宜采用直径较小的钢筋
2、偏压构件的抗弯承载力（ ）。

A ．随着轴向力的增加而增加
B ．随着轴向力的减少而增加
C ．小偏心受压时随着轴向力的增加而增加
D ．大偏心受压时随着轴向力的增加而增加
3、钢筋混凝土偏心受拉构件，判别大偏心、小偏心受拉的依据是（ ）。

A ．截面破坏时，受拉钢筋是否屈服
B ．截面破坏时，受压钢筋是否屈服
C ．受压一侧混凝土是否压碎
D ．纵向拉力N 的作用点的位置
4、对于钢筋混凝土偏心受拉构件，下列说法错误的是（ ）。

A ．如果b ξξ>，说明是小偏心受拉破坏
B ．小偏心受拉构件破坏时，混凝土完全退出工作，全部拉力由钢筋承担
C ．大偏心构件存在混凝土受压区
D ．大偏心、小偏心受拉构件的判断是依据纵向拉力N 作用点的位置
5、大偏心受拉构件设计时，若已知's A ，计算出b ξξ>，则表明（ ）。

A ．'s A 过多
B ．'s A 过少
C ．s A 过多
D ．无法确定
6、大偏心受拉构件的破坏特征与（ ）构件类似。

A ．受剪
B ．大偏心受压
C ．小偏心受拉
D ．受扭
7、在小偏心受拉构件设计中，计算出的钢筋用量为（ ）。

A ．'s S A A >
B ．'s s A A <
C ．'s s A A =
D ．无法确定
8、大偏心受拉构件的截面计算中，如果计算出的's A <0时，'s A 可按构造要求配置，而后再计算s A ，若此时计算出现'2s a x <的情况时，说明（ ）。

A ．'s A 的应力达不到屈服强度
B ．'s A 过少，需要加大
C ．s A 的应力达不到屈服强度
D ．s A 过少，需要加大。