钢筋混凝土轴心受力构.ppt

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1、第四章 轴心受力构件,当轴向力作用线与构件截面形心轴线相重合时，该构件即为轴心受力构件。 承受轴心拉力的构件称为轴心受拉构件 承受轴心压力的构件称为轴心受压构件 为了计算方便，一般在设计以恒荷载为主的多层房屋的内柱以及桁架的受压、受拉腹杆等时，可按轴心受力构件设计计算。,引 入：,轴心受力构件,(a) 轴心受拉； (b) 轴心受压；,工 程 实 例,第一节、轴心受拉构件的受力特点 1. 受拉构件的配筋形式,纵筋,Nc,Nc,第一节、轴心受拉构件的受力特点 2. 试 验 研 究,结 论：,三个工作阶段： 开裂前：线弹性； 开裂后：开裂至钢筋屈服，裂缝不断发展； 破坏阶段：钢筋屈服后，Nt基本不增

2、加,首根裂缝出现后还会继续出现裂缝，但裂缝增至一定数量后便不在增加,注意：极限承载力取决于钢筋的用量和强度,第一节、轴心受拉构件的受力特点 2. 试 验 研 究,第一节、轴心受拉构件的受力特点2. 试 验 研 究,开 裂 前,开始加载,第一节、轴心受拉构件的受力特点2. 试 验 研 究,开 裂 前,随着荷载增加,荷载继续增加，混凝土应力达到抗拉强度， 混凝土即将开裂，此时变形模量为弹模的一半,开 裂 后,构件上最薄弱截面的混凝土应力达到抗拉强度，裂缝开裂，裂缝截面处，混凝土退出工作，不承担拉力，所有外力由钢筋承受，开裂瞬间，截面处钢筋应力发生突变：,第一节、轴心受拉构件的受力特点2. 试 验

3、研 究,注意：构件开裂，并不意味着丧失承载力，荷载可继续增加，新裂缝也将产生,破 坏 阶 段,当轴向的拉力使裂缝截面处的钢筋达到抗拉强度时，构件进入破坏阶段,第一节、轴心受拉构件的受力特点2. 试 验 研 究,轴心受拉构件的承载力可由公式410得，而在结构构件设计时，必须按照第二章的设计原则， 受拉构件：NfyAs 式中：N轴向拉力设计值； fy钢筋抗拉强度设计值； As纵向受拉钢筋截面面积。,第二节、轴心受拉构件的承载力计算1. 计 算 公 式,轴心受拉构件中，与纵向受力钢筋垂直放置的箍筋主要是固定纵向受力钢筋的位置,第二节、轴心受拉构件的承载力计算2. 构 造 要 求,纵向受力钢筋的配置,

4、箍筋直径一般为46mm，间距一般不大于200mm（对屋架的腹杆不宜超过150mm）。,1） 轴心受拉构件的受力钢筋不得采用绑扎搭接接头。受力钢筋接头应按规定错开。 2） 纵向受拉钢筋的最小配筋率不应小于0.4%和（90ft/fy）%中的较大值（全部纵向受拉钢筋） 3） 纵向受力钢筋应沿截面周边均匀布置，并宜优先选用直径较小的钢筋。,第二节、轴心受拉构件的承载力计算2. 构 造 要 求,箍 筋 的 配 置,【例4.1】某钢筋混凝土屋架下弦，其截面尺寸为bh=140mm140mm，混凝土强度等级为C30，钢筋为HRB335级，承受轴向拉力设计值为N=200kN，试求纵向钢筋截面面积As。 【解】由

5、式(4-11)得As=N/fy=666.67mm2 配置416(As=806mm2) =As/bh100%=4.11%0.4% 也大于90ft/fy=0.43%,第二节、轴心受拉构件的承载力计算3. 例 题,【例4.1】某钢筋混凝土屋架下弦，其截面尺寸为bh=200mm250mm，混凝土强度等级为C30，钢筋为HRB335级，其端节间承受恒荷载标准值产生的轴心拉力Ngk=185kN，活荷载标准值产生的轴心拉力为Nqk=70kN,结构的重要性系数为1.1，试按承载力计算所需纵向受拉钢筋的截面面积并选择钢筋。,【解】（1）根据承载能力极限状态，计算轴心拉力设计值 N 可变荷载控制组合： 永久荷载控

6、制组合： 故轴心拉力设计值为350kN (2)按公式4-11求受拉钢筋的面积As,【解】（3）满足构造要求的配筋 故应取1173mm2，选择纵向受力钢筋，查附表23，选得：4 20（As=1257mm2） 箍筋选择HPB235级钢筋，6200,第三节、轴心受拉构件的裂缝宽度验算1. 概 念 解 析,由于混凝土的抗拉强度很低，钢筋混凝土轴心受拉构件在正常使用阶段是带裂缝工作的，故裂缝等级为3级。,裂缝等级的判定,裂缝验算满足条件,第三节、轴心受拉构件的裂缝宽度验算2. 裂 缝 宽 度 计 算,最大裂缝宽度,【例4-2】,第二节、轴心受拉构件的承载力计算3. 例 题,作 业：P4-9,第四章 轴心

7、受力构件,第四节 轴心受压构件概述,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。,第四节 轴心受压构件概述, 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？ 纵筋的作用？,螺旋钢箍柱： 箍筋的形状为圆形， 且间距较密， 其作用？,碎而不散,约束的混凝土碎块撒开、坠落,纵筋的作用：提高受压承载力，减小截面尺寸；防止因初

8、始偏心或者其它因素引起的附加弯矩在构件中产生的拉力；减小砼的徐变；提高柱的延性。 箍筋的作用：与纵筋形成骨架，防止纵筋压屈；箍筋对内部混凝土的约束可以改善构件的延性性能。 螺旋形箍筋：可以提高构件的承载力和延性。,受压构件中钢筋的作用,轴心受压构件分类,初始偏心产生附加弯矩,在截面尺寸、配筋、强度相同的条件下，长 柱的承载力低于短柱，(采用降低系数来考虑), 加大初始偏心，最终构件是在M，N共同作用下破坏。,附加弯矩引起挠度,轴心受压长柱的破坏形式,轴心受压短柱的破坏形式：在N作用下压坏,三、轴心受压构件的受力分析 1. 短柱,第一阶段：加载至钢筋屈服,第二阶段：钢筋屈服至混凝土压碎,平衡方程

9、,变形协调方程,三、轴心受压短柱的受力分析 1. 短柱,三、轴心受压短柱的受力分析 1. 短柱,当0=0.002时，混凝土压碎，柱达到最大承载力,对于高强度钢筋若 s=0=0.002，则,轴心受压短柱中，当钢筋的强度超过400N/mm2时，其强度得不到充分发挥,变形协调方程,平衡方程,三、轴心受压构件的受力分析 2. 长柱,长柱的承载力短柱的承载力（相同材料、截面和配筋）,原因：长柱受轴力和弯矩（二次弯矩）的共同作用,三、轴心受压构件的受力分析 2. 长柱,和长细比直接相关,计算长度，取值参考规范6.2.20,三、轴心受压构件的受力分析 2. 长柱,混凝土结构设计规范中，为安全计，取值小于上述

10、结果，详见教材表4-1,稳定系数：查表4-1,应用：设计、截面复核,三、轴心受压构件的受力分析 3. 正截面受压承载力计算公式,截 面 形 式： 以方形为主，根据需要可采用矩形、圆形或正多边形 截面最小变长不宜小于250mm，构件长细比为15左右，不宜大于30,三、轴心受压构件的受力分析 4. 构 造 要 求,纵 向 钢 筋： 不宜使用高强度钢筋，且不得使用冷拉钢筋作受压筋 纵向钢筋直径不宜小于12mm，宜选直径较大的钢筋，减少弯曲 受压钢筋的最小配筋率为0.6%，并不宜超过5% 纵向钢筋沿截面周边均匀布置，钢筋之间的筋间距不应小于50mm，钢筋中距不应大于300mm，保护层厚度不小于30mm

11、 钢筋直径小于32mm，可采用非焊接接头，但位置设在受力较小处，搭接长度不应小于纵向受拉钢筋搭接长度的0.7倍，且不应小于200mm,三、轴心受压构件的受力分析 4. 构 造 要 求,箍 筋： 采用封闭式箍筋，以保证钢筋骨架的整体刚度，并保证构件在破坏阶段箍筋对混凝土和纵向钢筋的侧向约束作用 箍筋间距不应大于横截面短边尺寸，且不大于400mm，同时不大于15倍的纵向钢筋的最小直径 采用热轧钢筋，直径不小于6mm，且不应小于0.25倍的纵向钢筋的最大直径,三、轴心受压构件的受力分析 4. 构 造 要 求,箍 筋： 柱每边的纵向受力钢筋不多于3根，可采用单个箍筋，否则设置复合箍筋 配筋率超过3%，

12、箍筋直径不小于8mm，间距不应大于10d，且不大于200mm，箍筋末端做成135度弯钩，且弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直径的10倍，箍筋可焊成封闭环式 在受压纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋间距不应大于10受力钢筋的最小直径，且不应大于200mm，当受压钢筋直径大于25mm，尚应在搭接接头两个端面外100mm范围内各设置两个箍筋,三、轴心受压构件的受力分析 4. 构 造 要 求,设计方法 （1）截面设计 已知：轴心压力设计值N，材料强度等级 、 构件计算长度 ，截面面积bxh 求：纵向受压钢筋面积 （2）截面复核 已知：纵向受压钢筋面积 ，材料强度等级 、 构件计算长度 ，截面面积bxh 求：柱

13、承载力,已知 、 、 ，求 、 。 计算步骤： （1）根据设计经验，初步确定 （或先 假定 和 ，估算 ）。 （2）在表4-1中，由长细比查 。 （3）由公式（4-17）计算 。 （4）满足构造要求 例题 4-3,设 计 截 面,已知 、 、 、 ，求 。 计算步骤： （1）验算配筋率，满足构造要求。 （1）在表4-1中，由 或 查 。 （2）由公式（72）计算 。,设 计 复 核,【例】某现浇底层柱，柱高5m，截面尺寸为bh=300mm300mm，柱内配有4根直径16的HRB400级纵筋，混凝土强度等级为C30，箍筋为HRB335级钢筋，试求该柱的受压承载力。 【解】(1)验算配筋率： =A

14、s/bh100%=0.89%0.6%，且5% (2)求：l0/b=5000/300=16.7, 查表=0.849 (3)根据公式417，求得：,第三节、轴心受压构件的承载力计算3. 例 题,五、配有螺旋筋柱的受力分析 1. 配筋形式,1、受力分析 螺旋箍筋或焊接圆环箍筋能约束混凝土在轴向压力作用下所产生的侧向变形，对混凝土产生间接的被动侧向压力，从而提高混凝土的抗压强度和变形能力。 箍筋则产生环向拉力。当箍筋外部的混凝土被压坏并剥落后，箍筋以内即核心部分的混凝土仍能继续承受荷载，当箍筋达到抗拉屈服强度而失去约束砼侧向变形的能力时，核心砼才会被压碎而导致整个构件破坏。,五、配有螺旋筋柱的受力分析

15、 1 受力分析及破坏特征,2、破坏特征 当承受轴向压力时，螺旋箍筋阻止砼的横向变形，使砼处于三向受力状态，轴向力增大到一定数值，砼保护层开始剥落，随着轴向力增大，螺旋箍筋应力也增大，最后达到屈服强度，失去核心砼的约束作用，使砼压碎而破坏。,螺旋箍筋柱轴心受压构件破坏情况,五、配有螺旋筋柱的受力分析 1 受力分析及破坏特征,五、配有螺旋筋柱的受力分析 2. 试验研究,素混凝土柱,普通钢筋混凝土柱,螺旋箍筋钢筋混凝土柱,荷载不大时螺旋箍柱和普通箍柱的性能几乎相同,保护层剥落使柱的承载力降低,螺旋箍筋的约束使柱的承载力提高,五、配有螺旋筋柱的受力分析3. 承载力计算,约束混凝土的抗压强度,当箍筋屈服

16、时r达最大值,核心区混凝土的截面积,间接钢筋的换算面积,而此时，约束混凝土所受的压力等于螺旋箍筋的拉力,五、配有螺旋筋柱的受力分析3. 承载力计算,故：根据力的平衡条件，得到：,令2=/2，同时考虑可靠度的调整系数0.9后，故：,间接钢筋对混凝土约束的折减系数，=C80取0.85，中间内插法,一、凡属下列条件时，按式417计算构件的承载力： l0/d12时，此时因长细比较大，可能导致纵向弯曲引起螺旋箍筋不起作用； 按式424计算的承载力小于按式417计算的受压承载力时， ； 当间接钢筋的换算截面面积Ass0，小于纵筋全部截面面积的25%，认为间接箍筋太少，套箍作用不明显； 螺旋筋不能提高强度过

17、多，否则会导致混凝土保护层剥落，即 注意：螺旋箍筋柱不如普遍箍筋柱经济，一般不宜采用。,五、配有螺旋筋柱的受力分析3. 承载力计算,1、螺旋箍筋柱的纵向钢筋应沿圆周均匀分布，不宜少于8根，不应少于6根，其截面积应不小于箍筋圈内核心截面积的0.5%。常用的配筋率在0.8% 1.2%之间。 2、构件核心截面积应不小于构件整个截面面积的2/3。 3、螺旋箍筋的直径不应小于纵向钢筋直径的1/4，且不小于8mm，一般采用（812）mm。为了保证螺旋箍筋的作用，螺旋箍筋的间距S应满足： S应不大于核心直径dcor的1/5，即S0.2dcor； S应不大于80mm，且不应小于40mm，以便施工。,五、配有螺旋筋柱的受力分析4. 构造要求,已知N、fy、fc、A，求As、AssO 。 计算步骤： （1）计算构件核心截面面积 Acor 。 （2）计算间接箍筋换算面积 Ass0 。 （3）计算受压钢筋面积 As 。 （4）验算公式使用条件，且满足构造要求 （5）绘制配筋断面图 例题 4-4,设 计 截 面,