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1、建筑力学与结构基础,1,第九章 钢筋砼轴向受力构件,受压构件（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。,第九章 钢筋砼轴向受力构件,建筑力学与结构基础,2,建筑力学与结构基础,3,建筑力学与结构基础,4,第九章 钢筋砼轴向受力构件,9.1 钢筋砼轴心受压构件的承载力计算, 在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。 通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不均匀性等原因，往往存在一定的初始偏心距。 但有些构件，如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等，主要承受轴向压力，可近似按轴心受压构件计算。,普通钢箍柱：箍筋的作用？ 纵筋
2、的作用？,螺旋钢箍柱：箍筋的形状为圆形，且间距较密，其作用？,建筑力学与结构基础,5,建筑力学与结构基础,6,纵筋的作用： 协助混凝土受压 受压钢筋最小配筋率：0.4% (单侧0.2%) 承担弯矩作用 减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。 实验表明，收缩和徐变能把柱截面中的压力由混凝土向钢筋转移，从而使钢筋压应力不断增长。压应力的增长幅度随配筋率的减小而增大。如果不给配筋率规定一个下限，钢筋中的压应力就可能在持续使用荷载下增长到屈服应力水准。,第九章 钢筋砼轴向受力构件,建筑力学与结构基础,7,第九章 钢筋砼轴向受力构件,普通钢箍柱,轴心受压短柱,轴心受压长柱,稳定系数,稳定系数j 主要与
3、柱的长细比l0/b有关,折减系数 0.9是考虑初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴压受压柱的可靠性。,建筑力学与结构基础,8,9.2 偏心受压构件的破坏形态,压弯构件 偏心受压构件,第九章 钢筋砼轴向受力构件,建筑力学与结构基础,9,压弯构件 偏心受压构件,偏心距e0=0时 当e0时，即N=0 偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于轴心受压构件和受弯构件。,第九章 钢筋砼轴向受力构件,建筑力学与结构基础,10,偏心受压构件的破坏形态与偏心距e0和纵向钢筋配筋率有关 1.受拉破坏,第九章 钢筋砼轴向受力构件,M较大，N较小,偏心距e0较大,As配筋合适,建筑力学与结构基础,11,第九章 钢筋砼
4、轴向受力构件, 截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，As的应力随荷载增加发展较快，首先达到屈服。 此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小。 最后受压侧钢筋As 受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。 这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，承载力主要取决于受拉侧钢筋。 形成这种破坏的条件是：偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为大偏心受压。,受拉破坏,建筑力学与结构基础,12,2.受压破坏 产生受压破坏的条件有两种情况： 当相对偏心距e0/h0较小,第九章 钢筋砼轴向受力构件,或虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时,As太多,建筑力学与结构
5、基础,13,第九章 钢筋砼轴向受力构件, 截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大。 而受拉侧钢筋应力较小。 当相对偏心距e0/h0很小时，受拉侧还可能出现受压情况。 截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏。 承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，破坏时受压区高度较大，受拉侧钢筋未达到受拉屈服，破坏具有脆性性质。 第二种情况在设计应予避免，因此受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小偏心受压。,受压破坏 产生受压破坏的条件 有两种情况： 当相对偏心距e0/h0较小。,或虽然相对偏心距e0/h0较 大，但受拉侧纵向钢筋配置较多时。,建筑力学与结构基础,14,第九章 钢筋砼轴向受力构件,建筑力学
6、与结构基础,15,二、偏心受压构件正截面承载力计算 偏心受压正截面受力分析方法与受弯情况是相同的，即仍采用以平截面假定为基础的计算理论。 根据混凝土和钢筋的应力-应变关系，即可分析截面在压力和弯矩共同作用下受力全过程。 对于正截面承载力的计算，同样可按受弯情况，对受压区混凝土采用等效矩形应力图。 等效矩形应力图的强度为a fc，等效矩形应力图的高度与中和轴高度的比值为b 。,第九章 钢筋砼轴向受力构件,建筑力学与结构基础,16,1.受拉破坏和受压破坏的界限 即受拉钢筋屈服与受压区混凝土边缘极限压应变ecu同时达到。 与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。 因此，相对界限受压区高度仍为。,第九章 钢筋
7、砼轴向受力构件,建筑力学与结构基础,17,当x xb时,当x xb时,第九章 钢筋砼轴向受力构件,受拉破坏(大偏心受压),受压破坏(小偏心受压),建筑力学与结构基础,18,2.受拉一侧的钢筋应力ss 由平截面假定可得,第九章 钢筋砼轴向受力构件,建筑力学与结构基础,19,受拉一侧的钢筋应力ss,为避免采用上式出现 x 的三次方程,考虑：当x =xb，ss=fy；,第九章 钢筋砼轴向受力构件,当x =b，ss=0,建筑力学与结构基础,20,第九章 钢筋砼轴向受力构件,3.附加偏心距和偏心距增大系数,由于施工误差、计算偏差及材料的不均匀等原因，实际工程中不存在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不
8、利影响，引入附加偏心距，即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取计算偏心距e0=M/N与附加偏心距ea之和，称为初始偏心距ei。,参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距ea取20mm与h/30 两者中的较大值，此处h是指偏心方向的截面尺寸。,（1）附加偏心距,建筑力学与结构基础,21,（2）偏心距增大系数, 由于侧向挠曲变形，轴向力将产生二阶效应，引起附加弯矩。 对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。 图示典型偏心受压柱，跨中侧向挠度为 f 。 对跨中截面，轴力N的偏心距为ei + f ，即跨中截面的弯矩为 M =N ( ei + f )。 在截面和初始偏心距相同的情况下，柱的长细比
9、l0/h不同，侧向挠度 f 的大小不同，影响程度会有很大差别，将产生不同的破坏类型。,第九章 钢筋砼轴向受力构件,建筑力学与结构基础,22, 对于长细比l0/h8的短柱。 侧向挠度 f 与初始偏心距ei相比很小。 柱跨中弯矩M=N(ei+f ) 随轴力N的增加基本呈线性增长。 直至达到截面承载力极限状态产生破坏。 对短柱可忽略挠度f影响。,第九章 钢筋砼轴向受力构件,建筑力学与结构基础,23, 长细比l0/h =830的中长柱。 f 与ei相比已不能忽略。 f 随轴力增大而增大，柱跨中弯矩M = N ( ei + f ) 的增长速度大于轴力N的增长速度。 即M随N 的增加呈明显的非线性增长。,
10、 虽然最终在M和N的共同作用下达到截面承载力极限状态，但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱。 因此，对于中长柱，在设计中应考虑附加挠度 f 对弯矩增大的影响。,第九章 钢筋砼轴向受力构件,建筑力学与结构基础,24,第九章 钢筋砼轴向受力构件,长细比l0/h 30的长柱 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 即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，应进行专门计算,建筑力学与结构基础,25,偏心距增大系数,，,，,取h=1.1h0,第九章 钢筋砼轴向受力构件,l0,建筑力学
11、与结构基础,26,4.对称配筋截面 实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，当弯矩数值相差不大，可采用对称配筋。 采用对称配筋不会在施工中产生差错，故有时为方便施工或对于装配式构件，也采用对称配筋。 对称配筋截面，即As=As，fy = fy，a = a，其界限破坏状态时的轴力为Nb=a fcbxbh0。,第九章 钢筋砼轴向受力构件,因此，除要考虑偏心距大小外，还要根据轴力大小（N Nb）的情况判别属于哪一种偏心受力情况。,建筑力学与结构基础,27,(1)当heieib.min=0.3h0，且N Nb时，为大偏心受压 x=N /a fcb,若x=N /a fcb2a，可近似取x=2a，对受压钢
12、筋合力点取矩可得,e = hei - 0.5h + a,第九章 钢筋砼轴向受力构件,建筑力学与结构基础,28,(2)当heieib.min=0.3h0，为小偏心受压 或heieib.min=0.3h0，但N Nb时，为小偏心受压,由第一式解得,代入第二式得,这是一个x 的三次方程，设计中计算很麻烦。为简化计算，如前所说，可近似取as=x(1-0.5x)在小偏压范围的平均值，,代入上式,第九章 钢筋砼轴向受力构件,建筑力学与结构基础,29,由前述迭代法可知，上式配筋实为第二次迭代的近似值，与精确解的误差已很小，满足一般设计精度要求。 对称配筋截面复核的计算与非对称配筋情况相同。,第九章 钢筋砼轴向受力构件,