受压构件截面承载力计算.

2020/1/4Chapter5PerformanceandDesignforCompressionMembers2020/1/42020/1/42020/1/42020/1/4框架结构framestructure梁beam——水平构件柱column——竖向构件受压构件Compressionmember（柱）往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构损坏，甚至倒塌。connectingbeamroofslabframeworkfloorslabs2020/1/42020/1/42020/1/42020/1/4本章重点(Emphasis)了解偏心受压构件eccentriccompressionmember的受力特性；掌握两类偏心受压构件的判别方法熟悉偏心受压构件的二阶效应second-ordereffects及计算方法掌握两类偏心受压构件正截面承载力normalsectionbearingcapacity的计算方法;掌握轴心受压构件axialcompressionmember正截面承载力计算方法熟悉受压构件的构造要求constructionrequirements2020/1/4一、概述(a)轴心受压(b)单向偏心受压(c)双向偏心受压以承受轴向力为主的构件属于受压构件。理想的轴压构件几乎不存在，实际工程中偏压构件应用十分广泛。axialcompressionone-eccentriccompressiontwo-eccentriccompression2020/1/4二、轴心受压构件压压压拉拉轴向力作用线与构件截面形心轴重合的构件，称为轴心受力构件Axialbearingmember。桁架结构中的拉、压杆以恒载为主的多层多跨房屋的内柱和屋架的受压腹杆2020/1/4实际工程中由于施工误差、材料的不均匀性、荷载作用位置的不确定性，理想的轴心受压构件是不存在的。研究轴心受压构件的原因Researchreasonsofaxialcompressionmember:以恒载为主的多层房屋内柱和屋架的斜压腹杆等，所承受的弯矩往往很小，可忽略不计；用于偏心受压构件垂直于弯矩平面的受力验算；用于偏心受压构件正截面承载力设计值的上限条件；二、轴心受压构件2020/1/4①纵筋作用:与混凝土共同承担纵向压力，提高构件正截面受压承载力；抵抗因偶然偏心在构件受拉边产生的拉应力；承担由于混凝土收缩、温度变化等产生的拉力。②箍筋作用:一般说明二、轴心受压构件钢筋混凝土轴心受压构件中应配置纵筋和箍筋。改善构件延性，减小混凝土不均匀影响；保证钢筋骨架的整体刚度，保证纵筋的正确位置；为纵筋提供侧向支撑，防止纵向钢筋的压屈；提供侧向约束，使混凝土侧向受压；2020/1/4分类：螺旋箍筋柱Spiralstirrupcolumn普通箍筋柱Ordinarystirrupcolumn普通钢箍柱螺旋钢箍柱二、轴心受压构件2020/1/4根据构件的长细比slendernessratio（柱子的计算长度l0与柱子的截面回转半径i之比）的不同，轴心受压构件可分为短柱shortcolumn(对一般截面l0/i≤28；对矩形截面l0/b≤8，b为短边尺寸)和长柱longcolumn。分类：二、轴心受压构件2020/1/4bhAsANcNc混凝土压碎钢筋凸出oNclConcretecrushingsteelsyielding第二阶段：混凝土塑性变形，弹塑性阶段elasticplasticstage第三阶段：破坏阶段failurestage1.试验研究－shortcolumn第一阶段：弹性阶段elasticstage二、轴心受压构件－普通箍筋柱80bl2020/1/4NccAs’fy’钢筋混凝土短柱达到最大压应力时的压应变值为0.0025～0.0035，《规范》偏于安全地取混凝土峰值应力peakstress时最大压应变为0.002，因此，受压构件破坏时，一般是纵筋先屈服，最后混凝土达到极限压应变ultimatecompressionstrain，构件破坏。《规范》取混凝土峰值应力时最大压应变为0.002，相应的s=0=0.002，2/400200000002.0002.0'mmNEss轴心受压短柱axialcompressionshortcolumn，当钢筋的强度超过400N/mm2时，其强度得不到充分发挥，在计算构件承载力时钢筋屈服强度只能取400N/mm2。二、轴心受压构件－普通箍筋柱2020/1/4长柱的承载力短柱的承载力（相同材料、截面和配筋）1.试验研究－长柱longcolumn各种偶然因素造成的初始偏心矩initialeccentricmoment在截面上产生附加的弯矩additionalmoment和侧向挠度lateraldeflection，使得长柱受轴力和弯矩共同作用，最终发生纵向弯曲破坏longitudinalflexuralfailure甚至失稳破坏。二、轴心受压构件－普通箍筋柱80bl《规范》采用稳定系数stabilityfactor表示长柱承载力降低程度，其值主要与构件的长细比有关。典型的偏压破坏2020/1/4稳定系数Stabilityfactor短长cucuNN和长细比slendernessratio（l0/b（矩形截面））直接相关il/0AIi/稳定系数的取值详见教材表5.1二、轴心受压构件－普通箍筋柱2020/1/4构件计算长度l0与构件两端支承情况有关两端铰支：l0＝l；两端固定时：l0＝0.5l;一端固定一端铰支：l0＝0.7l;一端固定一端自由：l0＝2l单层房屋排架柱、露天吊车柱计算长度见混凝土规范框架结构各层柱的计算长度见混凝土规范二、轴心受压构件－普通箍筋柱2020/1/4二、轴心受压构件－普通箍筋柱2020/1/4二、轴心受压构件－普通箍筋柱H——对底层柱为基础顶面到一层楼盖顶面的高度；对其余各层柱为上下两层楼盖顶面之间的高度。2020/1/4NufcAs’fy’)''(9.0sycuAfAfNN稳定系数Stabilityfactor2.承载力计算公式Calculationformulaofbearingcapacity为保持与偏心受压构件承载力计算具有相近的可靠度而引入的修正系数当配筋率大于3%时，改为A－As’二、轴心受压构件－普通箍筋柱减小截面尺寸增大截面尺寸％,,5min'max''9.0'ycsfAfNA2020/1/4二、轴心受压构件－普通箍筋柱C60以上强度等级的混凝土，受压构件全部纵筋最小配筋率按表中规定增加0.10；受压构件的全部纵筋和一侧纵筋的配筋率均应按构件的全截面面积计算。2020/1/4)''(9.0sycuAfAfNN截面尺寸初估二、轴心受压构件－普通箍筋柱AAs'''1%)2~%5.1(暂取经济配筋率)'(9.0'ycffNA0.5-2020/1/4二、轴心受压构件－螺旋（焊环）箍筋柱1.配筋形式ReinforcementformssdcorSpiralstirrupcolumnsdcorWeldingcirclestirrupcolumn当柱承受很大轴力，而截面尺寸又受到限值时，若提高混凝土强度和增加纵筋配筋量，也不足以承受该荷载时2020/1/4NcPlainconcretecolumnCommonreinforcedconcretecolumnspiralstirrupreinforcedconcretecolumn荷载不大时螺旋箍柱和普通箍柱的性能几乎相同达无约束砼极限压应变，保护层剥落使柱的承载力降低螺旋箍筋的约束使核心砼继续承载，柱的承载力提高标距NcNc2.受力特点及破坏特征Machanicalcharacteristicsandfailurefeature螺旋箍筋屈服，核心部分砼强度不再提高，被压碎，构件破坏load－stressrelation螺旋箍筋犹如套筒，限制了核心混凝土横向变形，使其处于三向受压状态。又称螺旋箍筋为“间接钢筋”。二、轴心受压构件－螺旋（焊环）箍筋柱2020/1/4Compressionstrengthofconstraintconcretercccff4当箍筋屈服时r达最大值，此时corssycorcorssycorssyrAAfsddAfsdAf244220211核心区混凝土的截面积间接钢筋的换算面积3.承载力计算CalculatingofbearingcapacitysdsddAfcorrcorrssy2sin22201Lateralcompression箍筋间距s范围内螺旋箍筋的受力状态sAdAsscorss/10二、轴心受压构件－螺旋（焊环）箍筋柱2fyAss1fyAss12sdcors(a)(b)(c)2020/1/4试验表明，当混凝土强度等级大于C50时，间接钢筋对构件受压承载力的影响将减小。02''ssysycorcuAfAfAfN02'''')4(''ssysycorcsycorrcsycorccuAfAfAfAfAfAfAfN根据轴向力的平衡条件NufccAs’fy’间接钢筋对混凝土约束的折减系数，小于C50时为1，C80时为0.85，其间线性内插)2''(9.00ssysycorcuAfAfAfNN受压承载力应满足二、轴心受压构件－螺旋（焊环）箍筋柱corssyrAAf202020/1/4)2(9.00ssysycorcuAfAfAfNNAxialforceofcoreconcretebearingwithoutlateralconstraintAxialforceoflongitudinalcompressionbarsbearingIncreasedbearingcapacityafterconstraintofspiralstirrups二、轴心受压构件－螺旋（焊环）箍筋柱2020/1/4•承载力设计值designvalueofbearingcapacity不宜大于普通箍柱ordinarystirrupcolumn承载力的1.5倍，以免保护层过早脱落•l0/d12时，不考虑箍筋stirrup的有利作用•按上式所算承载力小于普通箍柱承载力时，取后者•Ass0小于As’的25%时，不考虑箍筋的有利作用•40s80和dcor/5注意Attention即按普通箍筋柱计算二、轴心受压构件－螺旋（焊环）箍筋柱2020/1/4)''(9.0sycuAfAfNN二、轴心受压构件)2''(9.00ssysycorcuAfAfAfNN％减小截面尺寸％％％增大截面尺寸5.0,55.0,6.05''120dl'25.0sssoAA)(5.12)(''''''sycssoysycorcsycAfAfAfAfAfAfAf•40s80和dcor/52020/1/4(a)轴心受压(b)单向偏心受压(c)双向偏心受压三、偏心受压构件One-wayeccentriccompressionTwo-wayeccentriccompression'sAsAN2020/1/4屋架上弦杆多层框架柱拱肋三、偏心受压构件2020/1/4Ne0偏心受力构件EccentriccompressionmemberMNM=e0N三、偏心受压构件N压弯构件Compressionbendingmember偏心受压构件的受力性能和破坏形态界于轴心受压构件axialcompressionmember和受弯构件flexuremember之间。2020/1/4Nafe0混凝土开裂混凝土全部受压不开裂压区混凝土被压碎构件破坏破坏形态与e0、As、As’有关1.试验研究experimentresearch三、偏心受压构件（1）破坏形态2020/1/4e0e0NNfcAs’fy’Asfyh0e0较大As适中三、偏心受压构