6 受压构件(钢筋混凝土结构课件)解析

第6章钢筋混凝土受压构件承载力计算§6.1概述及受压构件的构造要求§6.2轴心受压构件正截面承载力计算§6.3偏心受压构件正截面承载力计算§6.4偏心受压构件斜截面受剪承载力计算§6.1概述及构造要求第6章钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算轴心受压构件偏心受压构件受压构件单向偏心受压构件双向偏心受压构件(a)轴心受压(b)单向偏心受压(c)双向偏心受压第6章钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算偏心受压构件的构造要求1.混凝土强度等级、计算长度及截面尺寸⑴截面形状和尺寸：◆采用矩形截面，单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。◆圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。◆柱的截面尺寸不宜过小，一般应控制在l0/b≤30及l0/h≤25。◆当柱截面的边长在800mm以下时，一般以50mm为模数，边长在800mm以上时，以100mm为模数。（2）混凝土强度等级：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，一般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用C30~C40，在高层建筑中，C50~C60级混凝土也经常使用。第6章钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算2纵向钢筋和箍筋⑴纵向钢筋◆纵筋配筋率过小时，纵筋对柱的承载力影响很小，接近于素混凝土柱，纵筋不能起到防止混凝土受压脆性破坏的缓冲作用。同时考虑到实际结构中存在偶然附加弯矩的作用，以及收缩和温度变化产生的拉应力，规定了受压钢筋的最小配筋率。◆《规范》规定，轴心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于（见下页表）；偏心受压构件中的受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件，受压钢筋的配筋率不应小于0.2%。◆另一方面，考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量，全部纵筋配筋率不宜超过5%。◆全部纵向钢筋的配筋率按r=(A's+As)/A计算，一侧受压钢筋的配筋率按r'=A's/A计算，其中A为构件全截面面积。受力类型最小配筋率（%）受压构件全部纵筋强度500级钢筋0.5强度400级0.55300级、335级钢筋0.6一侧纵筋0.2受弯、偏心受拉、轴心受拉构件一侧受拉钢筋0.2和45ft/fy中较大值建筑工程中纵筋最小配筋率说明：1、不小于C60混凝土结构，受压全部纵筋最小配筋率为表中数值加0.1.2、板类构件中受拉钢筋，对于采用400、500级钢筋的最小配筋率应允许采用0.15和45ft/fy中的较大值。3、偏心受拉构件的受压钢筋，按受压构件一侧纵筋确定最小配筋率。4、受压构件中全部纵筋、一侧纵筋以及轴拉构件、小偏心受拉构件均按照构件全部截面计算最小配筋率。5、受弯、大偏心受拉构件一侧受拉钢筋应按照全截面扣除受压翼缘面积计算最小配筋率。6、周长布置纵向钢筋时，一侧纵筋指受力方向两个对边中一边布置的纵筋。公路桥涵第6章钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算◆柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于12mm，且选配钢筋时宜根数少而粗，但对矩形截面根数不得少于4根，圆形截面根数不宜少于8根，且应沿周边均匀布置。◆纵向钢筋的保护层厚度要求见附表，且不小于钢筋直径d。◆当柱为竖向浇筑混凝土时，纵筋的净距不小于50mm；◆对水平浇筑的预制柱，其纵向钢筋的最小应按梁的规定取值。◆截面各边纵筋的中距不应大于350mm。当h≥600mm时，在柱侧面应设置直径10~16mm的纵向构造钢筋，并相应设置复合箍筋或拉筋。第6章钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算⑵箍筋：◆受压构件中箍筋应采用封闭式，其直径不应小于d/4，且不小于6mm，此处d为纵筋的最大直径。◆箍筋间距不应大于400mm，也不应大于截面短边尺寸；对绑扎钢筋骨架，箍筋间距不应大于15d；对焊接钢筋骨架不应大于20d。d为纵筋的最小直径。◆当柱中全部纵筋的配筋率超过3%，箍筋直径不宜小于8mm，且箍筋末端应应作成135°的弯钩，弯钩末端平直段长度不应小于10箍筋直径，或焊成封闭式；箍筋间距不应大于10倍纵筋最小直径，也不应大于200mm。◆当柱截面短边大于400mm，且各边纵筋配置根数超过多于3根时，或当柱截面短边不大于400mm，但各边纵筋配置根数超过多于4根时，应设置复合箍筋。◆对截面形状复杂的柱，不得采用具有内折角的箍筋，以避免箍筋受拉时使折角处混凝土破损。第6章钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算复杂截面的箍筋形式第6章钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算⑴材料要求混凝土：一般采用C20～C40强度等级混凝土，对于高层建筑的底层柱，必要时可采用C50以上的高强度混凝土。纵向受力钢筋：一般采用400级、335级和500级，不宜采用高强度钢筋，因为与混凝土共同受压时，不能充分发挥其高强度的作用。箍筋：一般采用HPB300级、HRB335级钢筋，也可采用HRB400级钢筋。第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算4.轴心受压构件构造要求⑵截面形式一般采用方形或矩形，有特殊要求时，可采用圆形或多边形。避免构件长细比过大，承载能力降低过多，常取l0/b≤30，l0/h≤25，一般l0/h为15左右。普通钢筋的强度设计值（N/mm2）预应力钢筋强度设计值⑶纵向受力钢筋①纵向受力钢筋直径d不宜小于12mm，通常在12mm~32mm范围内选用。矩形截面的钢筋根数不应小于4根，圆形截面的钢筋根数不宜少于8根，不应小于6根。②受压构件的最大配筋率为5%，全部钢筋的最小配筋率为表中规定。③受力纵筋原则上应沿构件受力方向设置，周边均匀、对称布置，纵向受力钢筋的净距不应小于50mm，最大净距不宜大于300mm，并要有足够的保护层厚度。④一般采用机械连接接头、焊接接头和搭接接头，当钢筋直径d≤32mm时，可采用绑扎搭接接头，当接头位置应设在受力较小处。第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算⑷箍筋①箍筋应做成封闭式，保证钢筋骨架的整体刚度。②箍筋间距s不应大于400mm及构件截面的短边尺寸，且不应大于15d（d为纵筋最小直径）。③箍筋采用热轧钢筋时，其直径不应小于d/4，且不应小于6mm（d为纵筋最大直径）；采用冷拔低碳钢丝时应小于5mm和d/5（d为纵筋最大直径）。④当柱截面短边尺寸大于400mm且各边纵向钢筋多于3根时，或柱截面短边尺寸不大于400mm但各边纵向钢筋多于4根时，应设置复合箍筋。第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算⑥在纵向受压钢筋搭接长度范围内的箍筋直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍，间距不应小于10d，且不应大于200mm（d为纵筋最小直径）。第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算⑤当柱中全部纵筋配筋率超过3%时，箍筋直径不宜小于8mm，且应焊成封闭环式，其间距不应大于10d（d为纵筋最小直径），且不应大于200mm。第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算§6.2钢筋混凝土轴心受压构件正截面承载力计算（reinforcedconcreteaxiallycompressivemember）普通钢箍柱螺旋钢箍柱普通箍筋螺旋箍筋构件的长细比－构件的计算长度l0与构件的短边b或截面回转半径i之比柱的分类：《规范》规定，柱的长细比满足以下条件时属短柱：矩形截面l0/b≤8；圆形截面l0/d≤7；任意截面l0/i≤28。柱的长细比较大，柱的极限承载力将受侧向变形所引起的附加弯矩影响而降低。短柱长柱第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算6.2.1配有普通箍筋的轴心受压构件(tiedstirrups)1.受力分析及破坏特征第Ⅰ阶段——弹性阶段轴向压力与截面钢筋和混凝土的应力基本上呈线性关系第Ⅱ阶段——弹塑性阶段混凝土进入明显的非线性阶段，钢筋的压应力比混凝土的压应力增加得快，出现应力重分布。第Ⅲ阶段——破坏阶段钢筋首先屈服，有明显屈服台阶的钢筋应力保持屈服强度不变，混凝土的应力也随应变的增加而继续增长。⑴受压短柱当混凝土压应力达到峰值应变，外荷载不再增加，压缩变形继续增加，出现的纵向裂缝继续发展，箍筋间的纵筋发生压屈向外凸出，混凝土被压碎而整个构件破坏。第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算应力峰值时的压应变一般在0.0025～0.0035之间。《规范》偏于安全地取最大压应变为0.002。受压纵筋屈服强度约's=Es's=200×103×0.002=400N/mm2。采用f'y400Mpa钢筋，则纵筋不屈服。在轴心受压短柱中，不论受压纵筋是否屈服，构件的最终破坏形态均是由混凝土压碎所控制，这一阶段是计算轴心受压构件极限强度的依据。破坏时，首先在凹侧出现纵向裂缝，随后混凝土被压碎，纵筋被压屈向外凸出；凸侧混凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏。⑵受压长柱第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算初始偏心距附加弯矩和侧向挠度加大了原来的初始偏心距构件承载力降低稳定系数－考虑长柱纵向弯曲的不利影响。P116表5-1第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算试验表明，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载。lo－构件的计算长度，与构件端部的支承条件有关；两端铰支时取1.0l一端固定，一端铰支时取0.7l两端固定时取0.5l一端固定，一端自由时取2.0lb－矩形截面的短边尺寸；d－圆形截面的直径；i－截面最小回转半径；)(9.0AfAfNcsy2.配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算NAsfcfyAsbhN－轴向力设计值；－钢筋混凝土构件的稳定系数；fy－钢筋抗压强度设计值；As－全部纵向受压钢筋的截面面积；fc－混凝土轴心抗压强度设计值；A－构件截面面积，当纵向配筋率大于0.03时，A改为Ac，Ac=A-As；0.9－可靠度调整系数。⑴截面设计：ycs)9.0(fAfNA－rrmin①已知：bh，fc，fy，l0，N，求As。rmin=0.6%★设计方法第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算)(9.0AfAfNcsy②已知：fc，fy，l0，N，求A、As。假定r´)(9.0rycffNAycs)9.0(fAfNA－⑵截面校核：已知：bh，fc，fy，l0，As，N，校核。当NuN时，安全。)(9.0AfAfNcsyu(1)配筋率应当以构件的全部面积为分母求得；截面设计应注意的问题：(2)检查是否满足最小配筋率、单面最小配筋率以及不超过最大配筋率的要求；(3)计算高度受构件支承条件的影响；(4)实际配筋面积与计算配筋的面积的误差控制在5%左右，比较合理。第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算例6-2-1某轴心受压柱，轴力设计值N=2400kN，计算高度为l0=6.2m，混凝土C25，纵筋采用HRB400级钢筋。试求柱截面尺寸，并配置受力钢筋。解：初步估算截面尺寸由附表1-2查得C25混凝土的fc=11.9N/mm2，由附表2-3查得HRB400钢筋的f'y=360N/mm2。取＝1.0，r’＝1%，则有)(9.0AfAfNcsy)(9.0rycffNA233mm10043.172)01.03609.11(19.0102400)(9.0rycffNA若采用方柱，h=b==414.78mm，取b×h=450mm×450mm，l0/b=6.2/0.45=13.78，查表3-1得＝0.923，则有Aycs)9.0(fAfNA－23ycsmm13323604504509.11923.09.0102400)9.0(fAfNA－查附表11-1，选用816的纵向钢筋（A's=1608mm2）。%6.0%794.04504501608minrr配筋合适。第6章钢筋混凝土轴心受力构件正截面承载力计算3.公路桥涵工程配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法)(9.0''0ssdcddAfAfNNd－轴向压力组合设计值；－轴压构件的稳定系数；fsd－钢筋抗压强度设计值；fcd－混凝土轴心抗压强度设计值；螺