第6章 受拉构件的承载力计算―周勇

制作人：周勇LanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算本章重点了解轴心受拉构件的受力全过程和破坏特征。掌握轴心受拉构件正截面承载力的计算方法。掌握偏心受拉构件的受力特性及正截面承载力计算。掌握偏心受拉构件斜截面受剪承载力计算。熟悉轴心受拉和偏心受拉构件的构造要求。LanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算6.1.1受力过程和破坏特征§6.1轴心受拉构件正截面承载力的计算理想的轴心受拉构件在实际工程中其实并不存在。但是由于其设计计算简单，因此拱和桁架结构中的拉杆以及圆形水池的池壁等结构构件，可近似地按轴心受拉构件进行设计计算。轴线(轴拉)NN•轴心受拉•偏心受拉•承受纵向拉力的构件称为受拉构件LanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算轴心受拉构件从加载到破坏，其受力过程分为三个阶段：从加载到砼受拉开裂前，砼开裂后到钢筋即将屈服，受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋达到屈服。LanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算LanzhouUniversityofTechnology6.1.2承载力计算公式以构件第Ⅲ阶段的受力情况为基础，考虑可靠度的要求，轴心受拉破坏时混凝土裂缝贯通，纵向拉钢筋达到其受拉屈服强度，正截面承载力公式如下：syuAfNN——纵向钢筋抗拉强度设计值，为防止构件在正常使用阶段变形过大，裂缝过宽，取值应不大于300N/mm2；N——轴心受拉承载力设计值。yfN–––轴向拉力的设计值LanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算补充：构造要求箍筋直径d≥6mm,间距s≤200mm(腹杆中s≤150mm)。纵筋应沿截面周边均匀对称布置，并宜优先采用直径较小的钢筋。钢筋连接有绑扎连接、焊接连接、螺栓连接、套筒挤压连接等多种方式。轴拉构件不得采用绑扎的搭接接头。纵筋一侧配筋率，且。（为混凝土轴心抗拉强度设计值）0.2%ty45%fftfLanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算LanzhouUniversityofTechnology§6.2偏心受拉构件正截面承载力的计算6.2.1大偏心受拉构件正截面承载力的计算（1）大偏心受拉破坏的特征当轴力处于纵向钢筋之外时发生此种破坏。破坏时距纵向拉力近的一侧混凝土开裂，混凝土开裂后不会形成贯通整个截面的裂缝，最后，与大偏心受压情况类似，钢筋屈服，而离轴力较远一侧的混凝土被压碎。大偏心受拉构件NfyAsfy'A'se0easa'sh0-a'se'1fcbxLanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算（2）矩形截面大偏心受拉构件正截面承载力的计算1）基本公式根据截面内力平衡，可写出如下公式：1ysyscNfAfAfbx100()()2cyssxNefbxhfAha式中：e—轴向力作用点至受拉钢筋As合力点之间的距离；00.5seehaLanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算LanzhouUniversityofTechnology2）3）不对称配筋计算方法①截面设计:类似于大偏心受压构件。②截面校核:一般已知构件尺寸、配筋、材料强度。若再已知N可求出x和e0或再已知e0则可求出x和N。4）对称配筋计算方法①截面设计：对称配筋时必有，因此，按不对称配筋时的情形处理。②截面校核：类似于不对称配筋。sx2sx2适用条件:b02/sahminmin,ssAbhAbhLanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算6.2.2小偏心受拉构件正截面承载力的计算（1）小偏心受拉破坏的特征当轴力处于纵向钢筋之间时发生此种破坏。全截面均受拉应力，但As一侧拉应力较大，As一侧拉应力较小。随着拉力增加，As一侧首先开裂，但裂缝很快贯通整个截面，破坏时混凝土裂缝贯通，全部纵向钢筋受拉屈服。小偏心受拉构件e0NfyAsfyA'se'easa'sh0-a'sLanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算(2)矩形截面小偏心受拉构件正截面承载力计算1）不对称配筋②截面设计：已知构件尺寸、材料强度等级和内力，求配筋。在此情况下基本公式中有二个未知数，可直接求解。③截面校核：一般已知构件尺寸、配筋、材料强度，偏心距e0，由式（6.6）和式（6.7）都可直接求出N，并取其较小者。0()yssNefAha)(0ssyahAfeN（6.6）（6.7）①基本公式：根据截面内力平衡得0s/2ehea0/2seeha0/eMN其中：LanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算0()ssysNeAAfha②截面校核：按式（6.7）进行。2）对称配筋①截面设计：已知构件尺寸、材料强度等级和内力，求配筋。在此情况下，离轴力较远一侧的钢筋必然不屈服，设计时取sALanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算LanzhouUniversityofTechnology轴拉力的存在使斜裂缝贯通全截面，从而不存在剪压区，降低了斜截面承载力。因此，受拉构件的斜截面承载力公式是在受弯构件相应公式的基础上减去轴拉力所降低的抗剪强度部分，即0.2N。6.2.3偏心受拉构件斜截面承载力的计算受剪承载力的降低与轴向拉力N近乎成正比。《规范》对矩形截面偏心受拉构件受剪承载力:001.750.21.0svtyvAVfbhfhNsLanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算0svyvAfhs当右边计算值小于时，即斜裂缝贯通全截面，剪力全部由箍筋承担，受剪承载力应取。0svyvAfhs0svyvAfhs为防止斜拉破坏，此时的不得小于0.36ftbh0。LanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算LanzhouUniversityofTechnology思考题：试说明为什么大、小偏心受拉构件的区分只与轴向力的作用位置有关，与配筋率无关?答：大、小偏心受拉构件的区分，与偏心受压构件不同，它是以到达正截面承载力极限状态时，截面上是否存在有受压区来划分的。当纵向拉力作用N位于As与As之间时，受拉区混凝土开裂后，拉力由纵向钢筋As负担，而As位于N的外侧，由力的平衡可知，截面上将不可能再存在有受压区，纵向钢筋As受拉。因此，只要N作用在As与As之间，与偏心距大小及配筋率无关，均为全截面受拉的小偏心受拉构件。当纵向拉力作用N于As与As间距之外，部分截面受拉，部分受压。拉区混凝土开裂后，由平衡关系可知，与As的配筋率无关，截面必须保留有受压区，As受压为大偏心受拉构件。LanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算偏心受拉和偏心受压杆件斜截面承载力计算公式有何不同?为什么?答：1）当有轴压力的存在，能推迟斜裂缝的出现，减小其宽度，增大剪压区高度，从而有利于斜截面承载力，因此，受压构件的斜截面承载力公式是在受弯构件相应公式的基础上加上轴压力所提高的抗剪部分0.07N。2）轴拉力的存在使裂缝贯通全截面，从而不存在剪压区，降低了斜截面承载力。因此，受拉构件的斜截面承载力公式是在受弯构件相应公式的基础上减去轴拉力所降低的抗剪强度部分，即0.2N。00001.750.071.01.750.21.0svutyvsvutyvAVfbhfhNsAVfbhfhNs偏心受压：偏心受拉：LanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算LanzhouUniversityofTechnology为什么对称配筋的矩形截面偏心受拉构件，无论大、小偏心受拉情况，均可按下列公式计算：ahAfeNsy0答：对称配筋的矩形截面偏心受拉构件:As=As，as=as，且h0=h0，而ee。对小偏心受拉构件，受拉承载力设计值N应按上式确定；对大偏心受拉构件，由于是对称配筋，x肯定小于2as，应取x=2as，对As合力中心取矩来计算承载力设计值N。因此，对称配筋的矩形截面偏心受拉构件，无论大、小偏心受拉，受拉承载力设计值均可按上式计算。LanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算例题：【6.1】已知截面尺寸为b×h=300mm×500mm的钢筋混凝土偏拉构件，承受轴向拉力设计值N＝300kN，弯矩设计值M＝90kN·m。采用的混凝土强度等级为C30，钢筋为HRB335。试确定该柱所需的纵向钢筋截面面积As和A's。【解】（1）判别大小偏心受拉构件6039010300mm215mm300102sMheaN所以，属于大偏心受拉构件。（2）求纵向受力钢筋截面面积As和A'sLanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算LanzhouUniversityofTechnology0/2300500/23585mmeeha02100322min0.55465255.75mm(10.5)()30010851.014.33004650.5510.50.553004653500.002300500300mm,1.43454530050300bcbbsysstyxhNefbhAfhaAbhfbhf为了使总的用钢量最少，取则可得：故按构造要求，取＝20=322mm。LanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算【6.2】已知截面尺寸为b×h=300mm×500mm的钢筋混凝土偏拉构件，承受轴向拉力设计值N＝900kN，弯矩设计值M＝90kN·m。采用的混凝土强度等级为C30，钢筋为HRB335。试确定该柱所需的纵向钢筋截面面积As和A's。【解】（1）判别大小偏心受拉构件6039010100mm215mm900102sMheaN所以，属于小偏心受拉构件。（2）求纵向受力钢筋截面面积As和A's。LanzhouUniversityofTechnology第6章受拉构件承载力的计算LanzhouUniversityofTechnology00.510025035315mmseeha＝00.5--250-100-35115mmsehea320s900103152197mm()30046535syNeAfha32090010115802mm()30046535sysNeAfha（3）选配钢筋受拉钢筋选用622，As＝2281mm2。受压钢筋选用416，A's＝804mm2。