结构设计原理05章_混凝土受压构件

第5章混凝土受压构件5.1混凝土受压构件及其构造要求5.2混凝土轴心受压构件正截面承载力计算5.3混凝土偏心受压构件正截面承载力计算5.4混凝土偏心受压构件斜截面承载力计算5.5混凝土偏心受压构件裂缝宽度验算《结构设计原理》2020/1/1725.1混凝土受压构件及其构造要求受压构件分类轴心受压构件偏心受压构件•单向偏心受压•双向偏心受压5.1.1混凝土受压构件《结构设计原理》2020/1/173受压构件应用实例轴心受压•屋架受压腹杆、上弦杆•等跨柱网房屋的内柱偏心受压•框架柱•排架柱《结构设计原理》2020/1/174材料选择混凝土•材料强度等级尽可能高•C25以上，至C50或更高钢筋•fy400N/mm2，不宜选高强度钢筋作为压筋•不得采用冷拉钢筋作压筋•常用：HRB335,HRB4005.1.2受压构件的材料和截面《结构设计原理》2020/1/175构件截面常用截面•轴心受压正方形为主•偏心受压矩形为主•预制柱可采用I形截面•异形柱采用较少（有应用）尺寸要求•最小边长300mm；800mm以下取50mm为模数，800mm以上取100mm为模数•满足条件,250hl300bl《结构设计原理》2020/1/176纵向受力钢筋轴心受压纵向受力钢筋的作用•协助混凝土受压，减小构件截面尺寸•承受可能的弯矩，及收缩、温变拉应力•防止脆性破坏纵筋构造要求•直径d12mm，常用12~32mm•矩形截面纵筋不少于4根，圆柱不宜少于8根，不应少于6根。5.1.3受压构件配筋构造《结构设计原理》2020/1/177•钢筋净距不应小于50mm，不宜大于300mm•偏压h600mm时，设置10~16mm的构造钢筋，间距不超过300mm。•配筋率最小配筋率：全纵筋0.6%一侧纵筋0.2%最大配筋率：全部纵筋不超过5%受压钢筋配筋率一般不超过3%《结构设计原理》2020/1/178偏心受压纵筋配置方式•对称配筋构造简单施工方便不易出错用钢量大•非对称配筋构造复杂容易出错用钢量小对称配筋广为流行《结构设计原理》2020/1/179受压构件箍筋箍筋的作用•保证纵筋的正确位置•防止纵向钢筋压曲基本构造要求•封闭形式。直径纵筋最大直径/4，且6mm•间距s400mm，且b、15倍纵筋最小直径•全部纵筋配筋率超过3%时箍筋直径不应小于8mm间距不应大于10倍纵筋最小直径、且不应大于200mm。《结构设计原理》2020/1/1710•设置复合箍筋（1）b400mm，各边受力钢筋3根（2）b400mm，各边受力钢筋4根防止中间钢筋压屈•纵向有构造钢筋，可设复合箍筋或拉筋《结构设计原理》2020/1/1711《结构设计原理》2020/1/1712复杂截面箍筋•采用复合箍筋•内折角不可采用箍筋合力向外砼保护层崩裂《结构设计原理》2020/1/1713纵筋搭接长度范围内的箍筋•直径不小于搭接钢筋最大直径的0.25倍•纵筋受拉时，箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的5倍、且不应大于100mm•纵筋受压时，箍筋间距不应大于搭接钢筋较小直径的10倍、且不应大于200mm•当受压钢筋直径d25mm时，尚应在搭接接头两个端面外100mm范围内各设置两个箍筋。《结构设计原理》2020/1/17145.2混凝土轴心受压构件正截面承载力计算混凝土轴心受压构件分类箍筋配置方式•普通箍筋柱•螺旋箍筋柱•焊接环筋柱5.2.1轴心受压构件的破坏特征螺旋箍筋和焊接环筋称为间接钢筋《结构设计原理》2020/1/1715按长细比分类•构件长细比,0il•构件分类短柱280il长柱280il对于矩形截面80bl80blAIi《结构设计原理》2020/1/1716轴心受压构件的破坏特征短柱破坏•应变分布可能存在的初偏心对承载力无明显影响钢筋和混凝土之间压应变相等•钢筋受力钢筋可能屈服，可能不屈服•破坏的控制短柱四周出现明显的纵向裂缝纵筋屈曲混凝土压碎《结构设计原理》2020/1/1717长柱破坏•不能忽略的影响荷载初始偏心产生附加弯矩附加弯矩产生水平挠度加大偏心•破坏特点在轴力和弯矩共同作用下发生破坏破坏荷载低于同条件下短柱的破坏荷载•稳定系数考虑此影响（表6-1）20)8/(002.011bl近似计算公式《结构设计原理》2020/1/1718基本公式抗压组成•混凝土抗压•纵筋抗压承载力公式•考虑稳定系数•考虑与偏压柱的可靠性衔接)(9.0sycuAfAfNN配筋率大于3%时，取净面积。5.2.2普通箍筋柱正截面承载力计算《结构设计原理》2020/1/1719计算方法（公式应用）截面设计•已知：构件截面，轴向力设计值计算长度，材料强度等级•计算：纵筋面积承载力复核•全部条件已知•先验算配筋率•后确定稳定系数•最后验算不等式是否成立ycs)9.0/(fAfNA《结构设计原理》2020/1/1720例题5-1•某柱计算长度5m，截面300mm300mm，HRB335级纵向钢筋，C30混凝土，承受轴心压力设计值为N=1400kN。试选配纵向受力钢筋。解7.16300/5000/0bl20)8/(002.011bl2)87.16(002.011869.0《结构设计原理》2020/1/1721取)(9.0sycuAfAfNNycs9.0fAfNA3003003.14869.09.0101400231677mm2选配425A's=1964mm2配筋率AAs%18.23003001964%6.0min%3《结构设计原理》2020/1/1722例题5-2•某混凝土柱，计算长度4.5m，截面尺寸400mm400mm，C35混凝土，纵向配筋822（As=3041mm2）。承受轴心压力设计值N=3000kN，试验算承载力。解先验算配筋率AAs4004003041%6.0min%3%9.1满足要求（配筋合理）《结构设计原理》2020/1/1723承载力验算400/4500/0bl25.11)1025.11(101295.098.098.0)(9.0sycuAfAfN)30413004007.16(96.09.02kN3097N=3000kN承载力满足要求！N查表6-1（插值法）96.0《结构设计原理》2020/1/1724试验现象压力较低时螺旋箍筋受力不明显压力到纵筋屈服时•混凝土纵向裂缝发展•砼横向变形对箍筋径向形成压力，约束砼•压应变超过极限压应变外表混凝土剥落内核混凝土三向受力5.2.3螺旋箍筋柱正截面承载力《结构设计原理》2020/1/1725截面承载力试验研究成果•约束混凝土轴心抗压强度2ccc4ff螺旋箍脱离体平衡cor21ssy2sdAfcor1ssy22sdAf轴心抗压强度cor1ssyccc8sdAfff《结构设计原理》2020/1/1726•极限承载力sycorccuAfAfN482corcor1ssysycorcdsdAfAfAfsAdfAfAf1sscorysycorc2ssoysycorc2AfAfAfsAdA1sscorsso间接钢筋换算面积cor1ssyccc8sdAfff《结构设计原理》2020/1/1727承载力规范公式•考虑高强度混凝土受间接钢筋约束程度的降低•考虑与偏心受压构件保持一致的可靠度)2(9.0ssoysycorcuAfAfAfNN当C50，=1.0当=C80，=0.85其间按线性内插法确定《结构设计原理》2020/1/1728公式应用的注意点•为了防止混凝土保护层过早剥落，上式算出的承载力不应超过同样材料和截面的普通箍筋受压柱的1.5倍•长细比较大时，间接钢筋因受偏心影响难以发挥其提高核芯混凝土抗压强度的作用，故规定只在l0/d12的轴心受压构件中采用•当外围混凝土较厚时，或当间接钢筋的换算面积Asso小于全部纵筋面积的25%时，不考虑间接钢筋的影响，直接按普通箍筋柱的公式计算。)2(9.0ssoysycorcuAfAfAfNN《结构设计原理》2020/1/1729构造要求截面形式•圆形•正多边形（如正八边形）钢筋构造•螺距（环形箍筋的间距）s不应大于80mm及dcor/5，同时不应小于40mm•纵向钢筋不宜少于8根，并沿截面周边均匀布置按构造要求选定纵筋，由公式和构造确定箍筋间距或先确定箍筋，后计算确定纵筋《结构设计原理》2020/1/17301045045000dl例题5-3•C30混凝土圆形截面柱直径450mm，计算长度4.5m，承受轴心压力设计值N=2970kN。纵筋采用HRB400，箍筋采用HPB235。试分别普通箍筋柱和螺旋箍筋柱进行配筋。解：1.按普通箍筋柱配筋)5.810(5.85.1095.098.098.096.0《结构设计原理》2020/1/1731ycs)9.0/(fAfNA3604/4503.14)96.09.0/(102970233231mm2AAs4/45032312%0.2%6.0%3纵筋可配：9223420sAmm2箍筋采用：6@300间距400mm间距15倍纵筋直径330mm《结构设计原理》2020/1/17322.按螺旋箍筋柱配筋1045045000dl12适用于螺旋箍筋柱8223041sAmm2设纵筋为：AAs4/45030412%9.1%6.0%3取混凝土保护层厚度c=cmin=30mm纵筋公称直径22mm螺旋箍筋采用83.501ssAmm2《结构设计原理》2020/1/1733ysycorcsso29.0/fAfAfNA2100.12304136010195.13.149.0/102970531182间接钢筋换算面积mm2304125.0%25sA3.760mm22corcor4dA23904510195.1mm2cdd2cor390302450mm《结构设计原理》2020/1/1734螺旋箍筋间距ssoss1corAAds11823.503901.52mm取s=50mms=50mm40mms=50mm80mms=50mmdcor/5=390/5=78mm最后结果：纵筋：822箍筋：8@50《结构设计原理》2020/1/17355.3混凝土偏心受压构件正截面承载力计算大偏心受压（受拉破坏）产生大偏心受压的条件•偏心距较大•受拉钢筋配置不太多5.3.1偏心受压构件的破坏特征《结构设计原理》2020/1/1736破坏特点•远侧受拉，近侧受压•受拉钢筋先屈服，压区混凝土后压碎•受压钢筋能屈服e0《结构设计原理》2020/1/1737小偏心受压（受压破坏）产生条件•偏心距小•虽然偏心距较大，但受拉钢筋配置过多破坏特点•偏心距很小，全截面受压。近侧混凝土压碎引起破坏，钢筋屈服；远侧钢筋受压不屈服•偏心距较大，但受拉钢筋配置过多，截面大部分受压，小部分受拉。近侧混凝土压碎、压筋屈服；远端钢筋受拉，不屈服《结构设计原理》2020/1/1738偏压柱试验受拉侧破坏受压侧破坏《结构设计原理》2020/1/1739大偏心、小偏心破坏的界限两种破坏的异同点•相同点在于：受压区边缘混凝土达到极限压应变而压碎•不同点在于：大偏心受压破坏是受拉部分先发生破坏（受拉钢筋先屈服），而小偏心受压破坏是受压部分先发生破坏定量分界•b，大偏心受压破坏（延性破坏）•b，小偏心受压破坏（脆性破坏）《结构设计原理》2020/1/17405.3.2长柱纵向弯曲的影响初始偏心和柱的长细比分类初始偏心距•