第5章受压构件承载力计算

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其二:试探法。
先假设 1, ' ,AAs'估算1%出A,然后确定As,纵筋配筋率 宜在0.5%~2%之间。
Leabharlann Baidu教材例题5-1。
B 截面复核(Check of Sections)
已知:柱截面尺寸和配筋,柱计算长度和材料强度等级。 计算:柱能承担的轴向力设计值(或标准值)。
方法与步骤:将有关数据代入计算公式即可求得构件
试验与分析:当偏心距较小,或偏心距虽然较大,但受拉钢筋配置较多 时。截面可能处于大部分受压而少部分受拉状态。当荷载增加到一定程 度时,受拉边缘混凝土将达到其极限拉应变,从而沿构件受拉边一定间 隔将出现垂直于构件轴线的裂缝。但由于构件截面受拉区的应变增长速 度较受压区为慢,因此受拉区裂缝的开展也较为缓慢。在构件破坏时, 中和轴距受拉钢筋较近,钢筋中的拉应力较小,受拉钢筋达不到屈服强 度,因此也不可能形成明显的主拉裂缝。构件的破坏是由受压区混凝土 的压碎所引起的,而且压碎区的长度往往较大。当柱内配置的箍筋较少 时,还可能在混凝土压碎前在受压区内出现较长的纵向裂缝。在混凝土 压碎时,受压一侧的纵向钢筋只要强度不是过高,受压钢筋压应力一般 都能达到屈服强度。
偏心受压 构件
构件
实例
§5.1 受压构件的构造要求
§5.1 Constitution Requirements of Compression Members
(1)截面形式与尺寸 考虑到模板制作的方便,应尽可能采用方形或矩形截面。 为了充分利用材料强度,使构件的承载力不致因长细比
过大而降低过多,柱截面长边尺寸不宜小于300mm(现 浇柱不宜小于250mm×250mm),且长细比应控制在 lo/b≤30及lo/h≤25(b为矩形截面的短边,h为长边)。 (2)混凝土强度等级
力措施。柱的截面形状一般为圆形或多边形。
2.2 受力分析
dcor
Acor
配螺旋式、焊接环式箍筋的轴心受压柱
混凝土的纵向受压破坏可以认 为是由于横向变形而发生拉坏 的现象。如果能约束其横向变 形就能间接提高其纵向抗压强 度。对配置螺旋式或焊接环式 箍筋的柱,箍筋所包围的核心 混凝土,相当于受到一个套箍 作用,有效地限制了核心混凝 土的横向变形,使核心混凝土 在三向压应力作用下工作,从 而提高了轴心受压构件正截面 承载力。
2fyAss1 sdcor
2f4yAdscs12docsror
fyAss0 2Acor
4
核芯区混凝土
的截面积
2.4 承载力计算
根据纵向内外力平衡条件,受压纵筋破坏时达到其屈服 强度,螺旋式(或焊接环式)箍筋所约束的核芯混凝土截面
面积的强度达 fc1,则:
N ufc1A co rfy'A s'(fc4c)A co rfy'A s'
《规范》规定轴心受压构件全部纵向钢筋的配筋率( )不As' /得A小于
O.6%(即 )。从m' i经n 济和施工方面来考虑,为了不使截面配筋过于拥挤,
除采用型钢配筋的柱以外,全部纵向钢筋的配筋率不应大于
5%( m' )ax。
(4)箍筋 箍筋一般采用I级钢筋,其直径不应小于d/4,亦不小于
6mm;当采用冷拔低碳钢丝时,不应小于d/5或5mm。 此处,d为纵向钢筋中的最大直径。
偏心受压构件 承受轴心压力与弯矩
承受偏心压力
1 偏心受压构件的破坏特征(Failure Characteristics)
破坏特征分类
受拉破坏,习惯上常称为“大偏心受压破坏”。
受压破坏,习惯上常称为“小偏心受压破
1.1 大偏心受压破坏坏”(C。ompression Failure with Large Eccentricities )
短柱正截面承载力公式 NsfcAfy'As'
长柱试验结果:轴心受压柱由于各种原因可能产生偏心距,随荷载增大 将引起附加弯矩和侧向挠度。当柱的长细比较小时,侧向挠度对柱的承 载力影响不大。而对于细长柱则不同,侧向挠度f的增大使附加弯矩增大, 如此相互影响,最终导致轴心受压长柱在轴力和弯矩作用下的失稳破坏。 破坏时首先在凹边出现纵向裂缝,随后混凝土被压碎,纵向钢筋压弯向
1.1 试验研究结果
短柱试验
试验结果:全截面应变均匀分布,荷载增加应变亦增加;混凝土达到极 限压应变后,柱出现纵向裂缝,混凝土保护层剥落,纵向钢筋外凸,构 件因混凝土压碎而破坏。 试验结果分析:(1)应变c: s ;(2)应力:s' sE s, ccE c;(3) 柱破坏时,混凝土极限压应变在0.002以内,钢筋的最大应力=400MPa。
参见教材p130图 5-2与图5-3
柱箍筋构造要求
(5)上下层柱纵筋的搭接
柱每侧纵筋不超过3根时,可允许在同一截面搭接;多于 3根时,接头位置应相互错开,同一搭接区段内接头面积 不宜大于50%。
§ 5.2 轴心受压构件正截面承载力计算
§5.2 Carrying Capacity Calculations of Nomal Sections in
形成条件:构件截面中轴向压力的偏心距较大,而且没有配置过多的受拉 钢筋。
试验与分析:弯矩M 的影响较为显著,具有与适筋受弯构件类似的受力特 点。在偏心距较大的轴向压力N 作用下,远离纵向偏心力一侧截面受拉。 当N 增大到一定程度时,受拉边缘混凝土将达到其极限拉应变,从而出现 垂直于构件轴线的裂缝。这些裂缝将随着荷载的增大而不断加宽并向受压 一侧发展,裂缝截面中的拉力将全部转由受拉钢筋承担。随着荷载的增大, 受拉钢筋将首先达到屈服。随着钢筋屈服后的塑性伸长,裂缝将明显加宽 并进一步向受压一侧延伸,从而使受压区面积减小,受压边缘的压应变逐 步增大。最后当受压边混凝土达到其极限压应变时,受压区混凝土被压碎 而导致构件的最终破坏。这类构件的混凝土压碎区一般都不太长,破坏时 受拉区形成一条较宽的主裂缝。
Chap. 5 Carrying Capacity Calculations of RC Compression Members
扬州科技学院土木工程系 朱平华
0 概述Introduction
1受压构件工程实例
2 分类
轴心受压 实例
RC受压构件 纵向压力作 用线与截面 形心重合否


轴心受压 偏心受压
向钢筋,以有利于混凝土的浇筑密实,但钢筋根数不得少于4根。 纵向钢筋的保护层厚度要求与梁相同≥25mm或d 。当柱为竖位浇
注混凝土时,纵筋的净间距不应小于50mm;对水平位置浇注的预制 柱,其净间距要求与梁同。柱中纵向钢筋的中距不应大于350mm。
纵向钢筋配筋率过小时,柱的受力接近于纯混凝土柱,纵筋将起不 到防止脆性破坏的缓冲作用。同时为了承受可能存在的不大的弯矩, 以及收缩、温度变化引起的应力,对受压构件的最小配筋率应有所限 制。
所能承担的轴向力设计值。
2 纵筋+螺旋箍筋柱(Spiral Column)
2.1 使用场合:当轴心受压构件承受的轴向荷载设计值较
大,而同时其截面尺寸由于建筑上及使用上的要求而受到限 制,若按配有纵筋和普通箍筋的柱来计算,即使提高混凝土 强度等级和增加了纵筋用量仍不能满足承受该荷载的计算要 求时,可考虑采用配有螺旋式(或焊接环式)箍筋柱,以提高 构件的承载能力。但由于施工比较复杂,造价较高,用钢量 较大,一般不宜普遍采用。不过,在地震区,配置螺旋式 (或焊接环式)箍筋却不失为一种提高轴心受压构件延性的有
2.3 应力计算公式
螺旋箍筋承受拉应力,达到屈服强度
后就不能再约束混凝土的横向变形,
柱即压碎。
柱核心混凝土抗压强度
箍筋屈服时柱核芯混凝 土受到的径向应力
fyAss1
c dcor
fc1fc4c fyAss1
c 可由在箍筋间距s 范围内 c 的合力与箍
筋拉力相平衡的条件,得:
间接钢筋的换算
面积
c
受压构件的承载力主要取决于混凝土,因此,采用较高 强度的混凝土是经济合理的,一般柱混凝土强度等级采用 C30、C35或C40,对于高层建筑的底层柱必要时可采用更 高的强度等级。
(3)纵向钢筋
纵向钢筋一般常用Ⅱ级、Ⅲ级钢筋,不宜采用更高强度钢筋,因其
强度不能充分利用。 钢筋直径d不应小于12mm,柱中宜采用根数较少,直径较粗的纵
•教材例题5-2。
§ 5.3 偏心受压构件正截面承载力计算
§5.3 Carrying Capacity Calculations of Nomal Sections in
Compression Members with Eccentricities
0 相关概念(concept)
e0
M N
仅承受偏心压力
规范公式限制条件: (1)算得的承载力不宜大于普通箍柱承载力的1.5倍,以免保 护层过早脱落。 (2)当l0/d>12时,不考虑箍筋的有利作用。 (3)当按上式算得的承载力小于普通箍柱承载力时,取后 者。 (4)Ass0 小于As’的25%时,不考虑箍筋的有利作用。
•箍筋-间接钢筋要求:
•间距:40mms 80mm和dcor/5;直径按普通柱箍筋 的直径规定。
接):
现浇楼盖底层柱lo=1.0H;其余各层拄lo=1.25H; 装配式楼盖底层柱lo=1.25H;其余各层柱lo=1.5H 。 (B)可按无侧移考虑的钢筋混凝土框架结构,如具有非轻质
隔墙的多层房屋,当为三跨及三跨以上或为两跨且房屋的
总宽度不小于房屋总高度的l/3时,其各层柱的计算长度:
现浇楼盖lo=O.7H;装配式楼盖lo=1.OH 。 (C)理想连接柱计算长度:两端铰支,lo=H;两端固定, lo=0.5H;一端固定另一端铰支, lo=0.7H;一端固定另一 端自由, lo=2H。
Axial Compression Members
①纵筋+普通箍筋
普通箍筋柱
轴心受压柱 按箍筋形式
1 纵筋+普通箍筋柱
②纵筋+螺旋式箍筋 或焊环式间接钢筋
螺旋箍筋柱
纵筋的作用 箍筋的作用
①协助混凝土承担压力,防止混凝土的脆性破坏
②承受因荷载偏心引起的弯矩 ①与纵筋构成空间骨架
②减少纵筋的计算长度,防止纵筋过早压屈
外鼓出,凸边混凝土开裂,柱失去平衡状态。
1.2 承载力计算公式
稳定系数:长柱承载力与短柱承载力的比值 。
Nl Ns
长柱的极限承载力: N lN s(fcA fy'A s')
规范公式:
0N 0 .9 (fcA fy'A s')
规范公式应用
(1)稳定性系数 取法:由长细比确定。
l0 /b(b为矩形截面短边尺寸) 长细比 l0 /d(d为圆形截面的直径)
大偏心受压破坏形态
Failure shapes for compression members with large eccentricities.
1.2 小偏心受压破坏(Compression Failure with Small Eccentricities )
形成条件:构件截面中轴向压力的偏心距较小或很小,或虽然偏心距较大, 但配置过多的受拉钢筋。
1.3 承载力计算方法(Computing Method)
A 截面设计(Design of Sections)
0N N u0 .9(fcA fy 'A s ')
在设计截面时可以采用以下两种途径: 其一,先选定材料强度等级,并根据轴向压力的大小以及房屋总体刚 度和建筑设计的要求确定构件截面的形状和尺寸,然后利用表5-1确定稳 定系数,再由上式求出所需的纵向钢筋数量。
箍筋间距不应大于400mm及构件的短边尺寸,同时在 绑扎骨架中不应大于15d,在焊接骨架中不应大于20d 。 此处,d为纵向钢筋中的最小直径。
当柱中全部纵向钢筋的配筋率大于3%时,箍筋直径不 宜小于8mm,且应焊成封闭式的,其间距不应大于10d(d 为纵筋的最小直径),且不应大于200mm。
柱中箍筋应做成封闭式,其形状及布置应配合柱的截面 形状及纵筋根数。当柱截面各边纵筋根数超过3根时,应 设置复合箍筋,其配置要求是使纵筋每隔一根位于箍筋转 角处。当柱的短边边长b≤400mm,且纵向钢筋根数不多 于4根时,可采用单个封闭箍筋。
fcA co rfy'A s' 2fyA s0 s
规范公式: 0 N N u 0 .9 ( f c A c o fy r 'A s ' 2 fy A s 0 ) s
α-间接钢筋对混凝土约束的折减系数取值 当混凝土强度等级≤C50时,取α=1.0;当混凝土强度等级 =C80时,取α=0.85;其间按线性内插法确定。
l0 /i(i为组合截面最小回转 径半 )
试验研究表明:
l0 /b8时,1 l0 /b8~34时,1.1770.02l10 /b l0 /b35~50时,0.870.012l0 /b
规范取法见教材 P133表5-1。
(2)截面面积取法:当配筋率
As' A
3%
,A改为Ac,
Ac AAs'
(3)计算长度lo 取法: (A)一般有侧移的多层房屋的钢筋混凝土框架柱(柱与梁为刚

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