轴向受力构件受拉构件承载力计算
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建筑结构基本构件受力状态和计算要求3.1 轴心受拉构件作用在构件上的纵向拉力与构件截面形心线重合的构件称为轴心受拉构件。
在工程中,只有少数构件设计成混凝土轴心受拉构件,例如承受节点荷载的桁架受拉弦杆、圆形水池环向池壁等,如图3.1 所示。
图3.1 实际结构中的混凝土轴心受拉构件▶ 3.1.1 混凝土轴心受拉构件1)混凝土轴心受拉构件破坏模式试验表明,当采用逐级加载方式对混凝土轴心受拉构件进行试验时,构件从开始加载到破坏的受力过程可分为以下3 个阶段:(1)第Ⅰ阶段——开裂前(0<N≤Ncr)如图3.2(a)所示,构件在达到开裂荷载Ncr前,处于整体工作阶段,此时纵向钢筋和混凝土共同承受拉力,应力与应变大致成正比,拉力N 与截面平均拉应变εt之间基本成线性关系。
(2)第Ⅱ阶段——混凝土开裂后至钢筋屈服前(Ncr <N≤Nu)在拉力N 的作用下,首先在构件截面最薄弱处出现第一条裂缝,随着拉力的不断增加,陆续在一些截面上出现裂缝,逐渐形成图 3.2(b)所示的裂缝分布形式。
此时,裂缝处的混凝土不再承受拉力,所有拉力均由纵向钢筋承担。
(3)第Ⅲ阶段——钢筋屈服到构件破坏(N=Nu)如图 3.2(c)所示,纵向钢筋屈服后,拉力达到极限荷载Nu并保持不变的情况下,构件变形继续增加,混凝土开裂严重,已不再承受拉力,全部拉力由钢筋承受,直到最后发生破坏。
2)混凝土轴心受拉构件正截面承载力计算考虑材料性能、几何尺寸等的随机性,确保构件抗力具备规定的可靠度,轴心受拉构件正截面承载能力极限状态设计表达式为:式中N——轴向拉力设计值;Nu——轴心受拉构件正截面承载力设计值;fy——钢筋抗拉强度设计值;As——纵向受拉钢筋截面面积。
图3.2 混凝土轴心受拉构件破坏的3 个阶段3)混凝土轴心受拉构件的构造要求(1) 纵向受拉钢筋纵向受拉钢筋不得采用非焊接连接。
不加焊的搭接连接,仅允许用在圆形池壁或管中,但接头位置应错开,且搭接长度应不小于 1.2la (la为锚固长度),也不小于300 mm。
受拉构件的截面承载力轴心受拉构件正截面受拉承载力计算与适筋梁相似,轴心受拉构件从加载开始到破坏为止,其受力过程也可分为三个受力阶段。
第I 阶段为从加载到混凝土受拉开裂前。
第Ⅱ阶段为混凝土开裂后至钢筋即将屈服。
第Ⅲ阶段为受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋达到屈服;此时,混凝土裂缝开展很大,可认为构件达到了破坏状态,即达到极限荷载N 。
轴心受拉构件破坏时,混凝土早已被拉裂,全部拉力由钢筋来承受,直到钢筋受拉屈服。
故轴心受拉构件正截面受拉承载力计算公式如下:s y u A f N式中N u ――轴心受拉承载力设计值;y f ――钢筋的抗拉强度设计值;s A ――受拉钢筋的全部粼面面积。
大偏心受拉构件正截面的承载力计算偏心受拉构件正截面的承载力计算,按纵向拉力N 的位置不同,可分为大偏心受拉与小偏心受拉两种情况。
当轴向拉力作用在s A 合力点及/s A 合力点以外时,截面虽开裂,但还有受压区,否则拉力N 得不到平衡。
既然还有受压区,截面不会裂通,这个情况称为大偏心受拉。
构件破坏时,钢筋s A 及/s A 的应力都达到屈服强度,受压区混凝土强度达到c f 1α。
基本公式如下:bx f A f A f N c s y s y u 1//α--=)()2(/0//01s s y c u a h A f x h bx f e N -+-=α s a h e e +-=20 受压区的高度应当符合b x x <的条件,计算中考虑受压钢筋时,还要符合/2s a x ≥的条件。
设计时为了使钢筋总用量(A s +A s ')最少,同偏心受压构件一样,应取x =x b ,代人上式,可得对称配筋时,由于A s +A s ' 和f y +f y ' ,将其代入基本公式后,必然会求得x 为负值,即属于x <2a 's 的情况。
这时候,可按偏心受压的相应情况类似处理,即取x =2a 's ,并对A s '合力点取矩和取A s '=0分别计算A s 值,最后按所得较小值配筋。