工程结构第8章 混凝土柱承载力计算原理

第8章混凝土柱承载力计算原理(a)轴心受压(b)单向偏心受压(c)双向偏心受压受压构件概述第8章混凝土柱承载力计算原理受压构件概述按受力情况不同分类:第8章混凝土柱承载力计算原理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8章第8章混凝土柱承载力计算原理混凝土柱承载力计算原理受压构件概述受压构件概述第8章第8章混凝土柱承载力计算原理混凝土柱承载力计算原理受压构件概述受压构件概述受压构件概述受压构件概述第8章第8章混凝土柱承载力计算原理混凝土柱承载力计算原理都江堰某建筑，柱端破坏，右侧的柱柱顶显示：箍筋间距很大，未加密!受压构件概述第8章第8章混凝土柱承载力计算原理混凝土柱承载力计算原理由于双向受弯、受剪,加上扭转作用，震害比内柱重。受压构件概述第8章混凝土柱承载力计算原理◆在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。◆通常由于施工的误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不均匀性、钢筋可能不对称布置等原因，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。如：其余可视为单向受压构件可视为轴心受压构件受压构件概述第8章混凝土柱承载力计算原理8.1受压构件的一般构造要求材料强度等级混凝土：为了减小柱截面尺寸，节省钢材，宜采用较高强度等级的混凝土，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。可视为双向受压构件纵箍筋：宜采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500，也可采用HRB335、HRBF335、HPB300、RRB400。筋：宜采用HRB400、HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋，也可采用HRB335、HRBF335钢筋。8.1受压构件的一般构造要求箍筋直径d46mmd为纵筋最大直径当纵筋3%时，d48mmd为纵筋最大直径箍筋间距S400mm截面短边尺寸15d(绑扎骨架)或20d(焊接骨架)200mm截面短边尺寸10d(绑扎骨架)或15d(焊接骨架)030,025,一般取15左右；max5%第8章混凝土柱承载力计算原理截面形式及尺寸截面形式：轴心受压：正方形或边长接近的矩形、圆形、多边形偏心受压：矩形截面尺寸：宜同时满足以下四个条件250mm250mm;llbh根据经济配筋率（0.8%~2%)选择合适的截面尺寸；截面尺寸宜符合模数：800mm以下宜取50mm的倍数；800mm以上者可取100mm的倍数。8.1受压构件的一般构造要求第8章混凝土柱承载力计算原理N8.1受压构件的一般构造要求N纵向受力钢筋直径：宜较粗，不宜小于12mm，通常在12~32mm范围内选用。布置方式：轴心受压：沿截面周边均匀对称布置，要成双配置。矩形截面的钢筋根数不应少于4根，圆形截面的钢筋根数不宜少于8根，不应小于6根。偏心受压：沿偏心力作用方向两侧布置。第8章混凝土柱承载力计算原理配筋率：对轴心受压柱0.6%'min,总0.2%'min,一侧'改善其脆性特征，避免混凝土突然压溃，能够承受收缩和温度引起的拉应力，并使受压构件具有必要的刚度和抗偶然偏心作用的能力。8.1受压构件的一般构造要求第8章混凝土柱承载力计算原理钢筋间距：钢筋净距不应小于50mm《混凝土结构设计规范》规定受压构件最小配筋率的目的是：钢筋中距不应大于300mm或200mm（抗震地区）混凝土保护层厚度：定义：钢筋外表面到截面边缘的垂直距离，称为混凝土保护层厚度，用c表示。8.1受压构件的一般构造要求第8章混凝土柱承载力计算原理受压构件概述箍筋第8章混凝土柱承载力计算原理8.1受压构件的一般构造要求附加箍筋：b≤400b≤400b400b400附加箍筋注：柱子纵筋搭接长度范围内箍筋直径、间距应按规范规定采用。则s'Ess'EscsccEc第8章混凝土柱承载力计算原理8.1受压构件的一般构造要求当b400mm，且各边纵筋根数多于3根时；虽b400mm，但各边纵筋根数多于4根时；在地震区，需按规范设置附加箍筋。附加箍筋的应用场合第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力普通箍筋柱：纵筋的作用？箍筋的作用？螺旋箍筋柱：箍筋的形状为圆形，且间距较密，其根据构造的不同可分为：普通箍筋柱、螺旋箍筋柱、钢管混凝土柱及钢骨混凝土柱四大类。箍筋普通钢箍柱螺旋钢箍柱纵筋箍筋纵筋螺旋箍筋螺旋作用？箍筋8.2轴心受压构件正截面受压承载力第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力8.2.1轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算如图所示：cs's'1.受力分析和破坏形态短柱由各种偶然因素造成初始偏心距和附加弯矩，但很小，可略去。在轴向压力的作用下，整个截面上的应力、应变基本上是均匀分布的。N第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力构件的破坏过程：第一阶段第三阶段弹塑性阶段Oσf'cyfcNc拐点σc-Nc曲线σ's-N'c曲线第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力使整个构件破坏。此阶段是计算轴心受压构件极限强度的依据。第一阶段：弹性阶段EEs'cEc在相同的荷载增量下，钢筋的压应力比混凝土压应力增加得快，截面上的钢筋和混凝土应力的比值不断调整，这种现象称为钢筋和混凝土之间的应力重分布，是由混凝土的塑性性质引起的。第三阶段：破坏阶段当混凝土压应力达到峰值所对应的应变值时，构件上的纵向裂缝继续发展，箍筋间的纵筋发生压屈向外凸出，混凝土被压碎而第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力极限破坏状态时截面的应力分析:混凝土混凝土达到极限压应变，被压碎。即，cfc0.0020服，s400N/mm降低，即为长柱受压承载力Nul和短柱受压承载力Nu的第8章混凝土柱承载力计算原理钢筋的受压强度当混凝土应变达到极限压应变时，受压纵筋强度约为：s'Ess'2001030.002N/mm2400N/mm2当采用fy'400MPa的一般钢筋时，钢筋首先屈服，最后，混凝土达到极限压应变，构件破坏，钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度都能得到充分利用；当采用fy'400MPa的高强钢筋时，则纵筋不屈'28.2轴心受压构件正截面受压承载力第8章混凝土柱承载力计算原理长柱由各种偶然因素造成初始偏心距不可忽略，加载后将产生附加弯矩和相应的侧向挠度，使长柱最终在轴力和弯矩的共同作用下发生破坏，因此，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱的破坏荷载。长细比越大，承载能力降低越多。如图所示：yee为初始偏心距y为侧向挠度8.2轴心受压构件正截面受压承载力第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力稳定系数：《混凝土结构设计规范》采用稳定系数来表示长柱承载力的s比值。稳定系数主要与柱的长细比l0/b有关NulNus第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力长柱的破坏形态：材料破坏：对长细比较大的长柱，在轴力和弯矩共同作用下，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。短柱的破坏也属于材料破坏。材料破坏即构件破坏时，钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度都能得到充分利用的破坏。失稳破坏：对长细比很大的细长柱，会发生失稳破坏。第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力2.承载力计算公式如图所示：NA'sAf'yA'sfc第8章混凝土柱承载力计算原理轴心受压短柱轴心受压长柱NusfcAfyAsNulNusNNu0.9(fcAfyAs)折减系数（可靠度协调系数）0.9是考虑初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴心受压柱的可靠性。当纵向钢筋配筋率大于3%时，公式中的A应改用(A-As’)代替。8.2轴心受压构件正截面受压承载力第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力对矩形截面：短柱：对圆形截面：对任意截面：l/b80l/d70l/i280第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力8.2.2轴心受压螺旋式箍筋柱正截面受压承载力计算1.受力性能不同配筋形式柱的荷载-应变曲线第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度1fc42第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力2fyAss1fyAss12sdcors(a)(b)(c)第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力2fyAss1fyAss12dcors(b)(a)(c)2sdcor2fyAss12fyAss1sdcor28fyAss1sdcor1fc达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）AcorNu1AcorfyAsfcAcorfyAs8fyAss1sdcors1fc42dcorAss1dcorAss1混凝土柱承载力计算原理第8章8.2轴心受压构件正截面受压承载力22dcorfyAss1s(a)(b)(c)dcorAss1sAss0Ass0sfyAss1NufcAcorfyAs2fyAss0AcorNu1AcorfyAsfcAcorfyAs8fyAss1sdcor达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）s1fc42第8章混凝土柱承载力计算原理8.2轴心受压构件正截面受压承载力当fcu,k≤50N/mm2时，取=1.0；2.承载力计算公式当fcu,k=80N/mm2时，取=0.85，其间直线插值。采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。NNu0.9(fcAcorfyAs2fyAss0)Ass0s间接钢筋对混凝土约束的折减系数，第8章混凝土柱承载力计算原理◆如螺旋箍筋配置过多，极限承载力提高过大，则会在远未达到极限承载力之前保护层产生剥落，从而影响正常使用。《规范》规定——按螺旋箍筋计算的构件受压承载力设计值不应大于按普通箍筋柱计算的受压承载力设计值的1.5倍。◆对长细比过大柱，由于纵向弯曲变形较大，截面不是全部受压，螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。——对长细比l0/d大于12的柱按普通箍筋柱计算。◆螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距s有关，为保证有一定约束效果：螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋A's面积的25%●●螺旋箍筋的间距s不应大于dcor/5，且不大于80mm，同时为方便施工，s也不应小于40mm。8.2轴心受压构件正截面受压承载力第8章混凝土柱承载力计算原理8.3偏心受压构件计算的基本原则压力和弯矩共同作用下的截面受力性能=M=Ne0NAsAsNe0AsAs压弯构件偏心受压构件8.3偏心受压构件计算的基本原则第8章混凝土柱承载力计算原理=NAsM=Ne0AsNe0AsAs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之间。8.3偏心受压构件计算的基本原则AsAsh0aa'b8.3偏心受压构件计算的基本原则压力和弯矩共同作用下的截面受力性能第8章混凝土柱承载力计算原理1偏心受压构件正截面的破坏形态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偏心距e0较大8.3偏心受压构件计算的基本原则fyAsf'yA's（1）受拉破坏NMM较大，N较小As配筋合适fyAsf'yA'sNe0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第8章混凝土柱承载力计算原理8.3偏心受压构