偏心受压构件正截面承载力Nu
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1.1 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。
2.1 ①混凝土的立方体抗压强度标准值f cu,k 是根据以边长为150mm 的立方体为标准试件,在(20±3)℃的温度和相对湿度为90%以上的潮湿空气中养护28d ,按照标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度确定的。
②混凝土的轴心抗压强度标准值f ck 是根据以150mm ×150mm ×300mm 的棱柱体为标准试件,在与立方体标准试件相同的养护条件下,按照棱柱体试件试验测得的具有95%保证率的抗压强度确定的。
③混凝土的轴心抗拉强度标准值f tk 是采用直接轴心抗拉试验直接测试或通过圆柱体或立方体的劈裂试验间接测试,测得的具有95%保证率的轴心抗拉强度。
④由于棱柱体标准试件比立方体标准试件的高度大,试验机压板与试件之间的摩擦力对棱柱体试件高度中部的横向变形的约束影响比对立方体试件的小,所以棱柱体试件的抗压强度比立方体的强度值小,故f ck 低于f cu,k 。
⑤轴心抗拉强度标准值f tk 与立方体抗压强度标准值f cu,k 之间的关系为:245.055.0k cu,tk )645.11(395.088.0αδ⨯-⨯=f f 。
⑥轴心抗压强度标准值f ck 与立方体抗压强度标准值f cu,k 之间的关系为:k cu,21ck 88.0f f αα=。
2.2 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 连接混凝土受压应力—应变曲线的原点至曲线任一点处割线的斜率,即为混凝土的变形模量。
偏心受压构件正截面受压破坏形态偏心受压短柱的破坏形态试验表明,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。
1.受拉破坏形态受拉破坏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。
受拉破坏形态的特点是受拉钢筋先达到屈服强度,导致压区混凝土压碎,是与适筋梁破坏形态相似的延性破坏类型。
构件破坏时,其正截面上的应力状态如上图(a)所示;构件破坏时的立面展开图见下图(b)。
2.受压破坏形态受压破坏形态又称小偏心受压破坏,截面破坏是从受压区开始的,发生于以下两种情况。
(1)当轴向力N的相对偏心距较小时,构件截面全部受压或大部分受压,如图(a)或下图(b)所示的情况。
(2)当轴向力的相对偏心距虽然较大,但却配置了特别多的受拉钢筋,致使受拉钢筋始终不屈服。
破坏时,受压区边缘混凝土达到极限压应变值,受压钢筋应力达到抗压屈服强度,而远侧钢筋受拉而不屈服,其截面上的应力状态如下图(a)所示。
破坏无明显预兆,压碎区段较长,混凝土强度越高,破坏越带突然性,见下图(c)。
总之,受压破坏形态或称小偏心受压破坏形态的特点是混凝土先被压碎,远侧钢筋可能受拉也可能受压,但都不屈服,属于脆性破坏类型。
在“受拉破坏形态”与“受压破坏形态”之间存在着一种界限破坏形态,称为“界限破坏”。
它不仅有横向主裂缝,而且比较明显.。
其主要特征是:在受拉钢筋应力达到屈服强度的同时、受压区混凝土被压碎。
界限破坏形态也属子受拉破坏形态。
长柱的正截面受压破坏试验表明,钢筋混凝土柱在承受偏心受压荷载后,会产生纵向弯曲。
但长细比小的柱,即所谓“短柱”,由于纵向弯曲小,在设计时一般可忽略不计。
对于长细比较大的柱则不同,它会产生比较大的纵向弯曲,设计时必须予以考虑。
下图是一根长柱的荷载一侧向变形(N -f)实验曲线。
偏心受压长柱在纵向弯曲影响下‘可能发生两种形式的破坏。
长细比很大时,构件的破坏不是由于材料引起的,而是由于构件纵向弯曲失去平衡引起的,称为“失稳破坏”。
2010年混凝土结构设计原理模拟试卷二一、单项选择题(50小题,共50分)(1)由Nu-Mu相关曲线可以看出,下面观点不正确的是:()。
A.小偏心受压情况下,随着N的增加,正截面受弯承载力随之减小;B.大偏心受压情况下,随着N的增加,正截面受弯承载力随之减小;C.界限破坏时,正截面受弯承载力达到最大值;D.对称配筋时,如果截面尺寸和形状相同,混凝土强度等级和钢筋级别也相同,但配筋数量不同,则在界限破坏时,它们的Nu是相同的;(2)钢筋砼柱发生小偏压破坏的条件是:A.偏心距较大,且受拉钢筋配置不多;B.受拉钢筋配置过少;C.偏心距较大,但受压钢筋配置过多;D.偏心距较小,或偏心距较大,但受拉钢筋配置过多。
(3)《混凝土规范》规定,当矩形截面偏心受压构件的长细比如[ ]时,可以取。
a.≤8; b. ≤1.75; c. ≤5; d. ≤6。
(4)下列关于钢筋混凝上受拉构件的叙述中,[ ]是错误的。
a钢筋混凝土轴心受拉构件破坏时,混凝土已被拉裂,开裂截面全部外力由钢筋来承担;b当轴向拉力N作用于A。
合力点及,合力点以内时,发生小偏心受拉破坏;c破坏时,钢筋混凝土轴心受拉构件截面存在受压区;d小偏心受拉构件破坏时,只有当纵向拉力N作用于钢筋截面面积的“塑性中心”时,两侧纵向钢筋才会同时达到屈服强度。
(5)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[ ]。
A.柱A=柱B;B.柱A>柱B;C.柱A<柱B;(6)规范规定:按螺旋箍筋柱计算的承载力不得超过普通柱的1.5倍,这是为[ ]A.在正常使用阶段外层混凝土不致脱落 B.不发生脆性破坏;C.限制截面尺寸; D.保证构件的延性;(7)在设计双筋梁、大偏压和大偏拉构件中要求的条件是为了:[ ]A.防止受压钢筋压屈; B.保证受压钢筋在构件破坏时能达到设计屈服强度;C.避免> 400N/mm2。
D.保证受拉钢筋屈服(8)当,在矩形截面大偏心受压构件的计算中求As的作法是: [ ]A.对的形心位置取矩(取)求得;B. 除计算出As外,尚应按=0求解As,取两者中的较大值;C.按B法计算,但取两者中较小值;D.按C法取值,并应满足最小配筋率等条件。
矩形截面偏心受压构件正截面承载力的计算一、基本公式1. 计算图式2. 基本公式由0=∑x N 得:)](11[g g g gsa cb u j A A R bx R N N σγγγ-''+=≤ 由0=∑gA M 得:)](1)2(1[00g g g sa cb u j a h A R x h bx R M e N '-''+-=≤γγγ由0=∑'gA M 得:)](1)2(1[0g g g sg a c b u j a h A a x bx R M e N '-+'--=≤'σγγγ 混凝土受压区高度由下式确定:e A R e A xh e bx R g gg g a '''-=+-σ)2(0(对偏心作用力点取矩) e e '、-分别为偏心压力j N 作用点至钢筋g A 合力作用点和钢筋g A '合力作用点的距离,按下式计算:η=e g a h e -+20;η='e g a h e '+-203.公式的注意事项(1)钢筋g A 的应力g σ取值当jg h x ξξ≤=0时,构件属于大偏心受压构件,这时取g g R =σ(受拉钢筋屈服);当jg h x ξξ>=0时,构件属于小偏心受压构件,这时g σ按下式计算,但不大于g R 值:)19.0(003.0-=ξσg g E ,式中g E 为受拉钢筋的弹性模量。
(2)为保证构件破坏时,大偏心受压构件截面上的受压钢筋能达到抗压设计强度gR ',必须满足g a x '≥2,否则受压钢筋的应力可能达不到g R '。
与双筋截面受弯构件类似,这时可近似取g a x '=2,由截面受力平衡条件(0=∑'g A M )可得:)(0gg g s bu j a h A R M e N '-=≤'γγ 上式计算的正截面承载力u M 比不考虑受压钢筋gA '更小时,计算中不考虑受压钢筋g A '的影响。
4.2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的偏心力N的作用,当弯矩M相对较小时,气就很小,构件接近于轴心受压,相反当N相对较小时,气就很大,构件接近于受弯,因此,随着气的改变,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分较大,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分较大发生,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分较小,或偏心距分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M 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先被压碎,受压钢筋的应力也达到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%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”。
其相同之处是,截面的最终破坏都是受压区边缘混凝土达到极限压应变而被压碎。
矩形截面偏心受压构件正截面的承载力计算一、矩形截面大偏心受压构件正截面的受压承载力计算公式 (一)大偏心受压构件正截面受压承载力计算(1)计算公式由力的平衡条件及各力对受拉钢筋合力点取矩的力矩平衡条件,可以得到下面两个基本计算公式:s y s y c A f A f bx f N -+=''1α (7-23)()'0''012a h A f x h bx f Ne s y c -+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=α (7-24)式中: N —轴向力设计值;α1 —混凝土强度调整系数;e —轴向力作用点至受拉钢筋A S 合力点之间的距离;a he e i -+=2η (7-25) a i e e e +=0 (7-26)η—考虑二阶弯矩影响的轴向力偏心距增大系数,按式(7-22)计算;e i —初始偏心距;e 0 —轴向力对截面重心的偏心距,e 0 =M/N ;e a —附加偏心距,其值取偏心方向截面尺寸的1/30和20㎜中的较大者; x —受压区计算高度。
(2)适用条件1) 为了保证构件破坏时受拉区钢筋应力先达到屈服强度,要求(7-27) 式中 x b — 界限破坏时,受压区计算高度,o b b h x ξ= ,ξb 的计算见与受弯构件相同。
2) 为了保证构件破坏时,受压钢筋应力能达到屈服强度,和双筋受弯构件相同,要求满足:'2a x ≥ (7-28) 式中 a ′ — 纵向受压钢筋合力点至受压区边缘的距离。
(二)小偏心受压构件正截面受压承载力计算(1)计算公式根据力的平衡条件及力矩平衡条件可得s s s y c A A f bx f N σα-+=''1 (7-29)⎪⎭⎫ ⎝⎛'-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-=s s y c a h A f x h bx f Ne 0''012α (7-30) ()'0''1'2s s s s c a h A a x bx f Ne -+⎪⎭⎫⎝⎛-=σα (7-31)式中 x — 受压区计算高度,当x >h ,在计算时,取x =h ;σs — 钢筋As 的应力值,可根据截面应变保持平面的假定计算,亦可近似取:y b s f 11βξβξσ--=(7-32)要求满足:y s y f f ≤≤σ'x b — 界限破坏时受压区计算高度,0h x b b ξ=;— 分别为相对受压区计算高度 x/h 0和相对界限受压区计算高度x b /h 0 ; ′— 分别为轴向力作用点至受拉钢筋A s 合力点和受压钢筋A s ′合力点之间的距离 a he e i -+=2η (7-33) ''2a e he i --=η (7-34) (2)对于小偏心受压构件当bh f N c >时,除按上述式(7-30)和式(7-31)或式(7-32)计算外,还应满足下列条件:()()s s y c a a h A f h h bh f e e a h N -+⎪⎭⎫⎝⎛-≤⎥⎦⎤⎢⎣⎡---'0''00'22 (7-35 )式中 — 钢筋合力点至离纵向较远一侧边缘的距离,即s a h h -='0。
《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。