6受压构件承载力计算

6受压构件承载力计算6.1概述主要以承受轴向压力为主,通常还有弯矩和剪力作用受压构件（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。(a)轴心受压(b)单向偏心受压(c)双向偏心受压轴心受压构件纵筋的主要作用:帮助混凝土受压箍筋的主要作用:防止纵向受力钢筋压屈偏心受压构件纵筋的主要作用：一部分纵筋帮助混凝土受压另一部分纵筋抵抗由偏心压力产生的弯矩箍筋的主要作用:抵抗剪力6.2受压构件一般构造要求6.2.1截面型式及尺寸轴心受压：一般采用方形、矩形、圆形和正多边形偏心受压构件：一般采用矩形、工字形、T形和环形mmb250300bl250hlmmhf120mmb1006.2.2材料强度要求混凝土：C25C30C35C40等钢筋：纵筋：HRB400级、HRB335级和RRB400级箍筋：HPB235级、HRB335级也可采用HRB400级6.2.3纵筋全部纵筋配筋率不应小于0.6%；不宜大于5%一侧钢筋配筋率不应小于0.2%直径不宜小于12mm，常用16~32mm，宜用粗钢筋纵筋净距：不应小于50mm；预制柱，不应小于30mm和1.5d(d为钢筋的最大直径)纵筋中距不应大于350mm。纵筋的连接接头：（宜设置在受力较小处）可采用机械连接接头、焊接接头和搭接接头对于直径大于28mm的受拉钢筋和直径大于32mm的受压钢筋，不宜采用绑扎的搭接接头。6.2.4箍筋箍筋形式：封闭式箍筋间距：在绑扎骨架中不应大于15d；在焊接骨架中则不应大于20d（d为纵筋最小直径），且不应大于400mm，也不大于构件横截面的短边尺寸箍筋直径：不应小于d／4(d为纵筋最大直径)，且不应小于6mm。当纵筋配筋率超过3％时，箍筋直径不应小于8mm，其间距不应大于10d，且不应大于200mm。当截面短边不大于400mm，且纵筋不多于四根时，可不设置复合箍筋；当截面短边大于400mm且纵筋多于3根时，应设置复合箍筋。在纵筋搭接长度范围内：箍筋的直径：不宜小于搭接钢筋直径的0.25倍；箍筋间距：当搭接钢筋为受拉时，不应大于5d，且不应大于100mm；当搭接钢筋为受压时，不应大于10d，且不应大于200mm；（d为受力钢筋中的最小直径）当搭接的受压钢筋直径大于25mm时，应在搭接接头两个端面外50mm范围内各设置两根箍筋。截面形状复杂的构件，不可采用具有内折角的箍筋6.3轴心受压构件的承载力计算◆在实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的。◆通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不均匀性等原因，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。普通钢箍柱螺旋钢箍柱6.3.1普通箍筋柱1.短柱的受力特点和破坏形态钢筋混凝土短柱破坏时压应变在0.0025~0.0035之间，规范取为0.002相应地，纵筋的应力为c弹塑性阶段25'400102002.0mmNs用'yf表示钢筋的抗压强度设计值，见附表22．细长轴心受压构件的承载力降低现象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3.轴心受压构件的承载力计算轴心受压短柱sycusAfAfN轴心受压长柱usulNNusulNN稳定系数稳定系数主要与柱的长细比l0/i有关)(9.0sycuAfAfNN系数0.9是可靠度调整系数稳定系数4.设计方法（1）截面设计已知：轴心压力设计值N，材料强度等级、构件计算长度，截面面积bxh求：纵向受压钢筋面积（2）截面复核cf'yf0l'sA)(9.0sycuAfAfNN6.3.2螺旋箍筋柱间接钢筋的间距不应大于80mm及dcor/5(dcor为按间接钢筋内表面确定的核心截面直径)，且不小于40mm；间接钢筋的直径要求与普通柱箍筋同。1.受力特点及破坏特征普通钢箍柱螺旋钢箍柱c2fyAss1fyAss12sdcors(a)(b)(c)12ssycorcAfsdcorssycdsAf12corssycccdsAfff18达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）sycorccuAfAfNcorcorssysycorcAdsAfAfAf18ccccff4cc2.承载力计算2fyAss1fyAss12sdcors(a)(b)(c)01sssscorAsAdsAdAsscorss1002ssysycorcuAfAfAfN)2(9.00ssysycorcuAfAfAfNN螺旋箍筋对混凝土约束的折减系数，当fcu,k≤50N/mm2时，取=1.0；当fcu,k=80N/mm2时，取=0.85，其间直线插值。cc采用螺旋箍时，应注意几个问题：◆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，●按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的50%。◆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。《规范》规定●对长细比l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。◆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，《规范》规定：●螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋A's面积的25%◆按螺旋箍筋计算的承载力不应小于按普通箍筋柱计算的受压承载力。6.4压力和弯矩共同作用下的截面受力性能=M=Ne0NAssANe0AssA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。第六章受压构件AssA?h0aa'b一、破坏特征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1、受拉破坏tensilefailure第六章受压构件fyAsf'yA'sNMM较大，N较小偏心距e0较大fyAsf'yA'sNAs配筋合适一、破坏特征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1、受拉破坏tensilefailure第六章受压构件◆截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，As的应力随荷载增加发展较快，首先达到屈服。◆此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小◆最后受压侧钢筋A's受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。◆这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，承载力主要取决于受拉侧钢筋。◆形成这种破坏的条件是：偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适，通常称为大偏心受压。fyAsf'yA'sN2、受压破坏compressivefailure产生受压破坏的条件有两种情况：⑴当相对偏心距e0/h0较小第六章受压构件sAsf'yA'sN⑵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sAsf'yA'sNAs太多第六章受压构件6.2轴心受压构件的承载力计算◆截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大，◆而受拉侧钢筋应力较小，◆当相对偏心距e0/h0很小时，‘受拉侧’还可能出现受压情况。◆截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏，◆承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，破坏时受压区高度较大，受拉侧钢筋未达到受拉屈服，破坏具有脆性性质。◆第二种情况在设计应予避免，因此受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小偏心受压。2、受压破坏compressivefailure产生受压破坏的条件有两种情况：⑴当相对偏心距e0/h0较小⑵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sAsf'yA'sNsAsf'yA'sNAs太多受拉破坏受压破坏第六章受压构件二、正截面承载力计算◆偏心受压正截面受力分析方法与受弯情况是相同的，即仍采用以平截面假定为基础的计算理论，◆根据混凝土和钢筋的应力-应变关系，即可分析截面在压力和弯矩共同作用下受力全过程。◆对于正截面承载力的计算，同样可按受弯情况，对受压区混凝土采用等效矩形应力图，◆等效矩形应力图的强度为fc，等效矩形应力图的高度与中和轴高度的比值为b。第六章受压构件受拉破坏和受压破坏的界限◆即受拉钢筋屈服与受压区混凝土边缘极限压应变ecu同时达到◆与适筋梁和超筋梁的界限情况类似。◆因此，相对界限受压区高度仍为，scuybEfeb1第六章受压构件当≤b时sysycuAfAfbxfNfyAsf'yA'sNM当b时sAsf'yA'sNMsssycuAAfbxfN第六章受压构件)22(xhbxfMcu)2(ahAfsy)2(ahAfsy)22(xhbxfMcu)2(ahAss)2(ahAfsy—受拉破坏(大偏心受压)—受压破坏(小偏心受压)‘受拉侧’钢筋应力s由平截面假定可得ncunsxxhee0ecuesxnh0第六章受压构件)1/(0hxEcussbex=bxns=Eses)1(becusE‘受拉侧’钢筋应力sncunsxxhee0ecuesxnh0)1()1/(0bebecuscussEhxEx=bxns=Eses为避免采用上式出现x的三次方程ecueyxnbh0考虑：当=b，s=fy；第六章受压构件‘受拉侧’钢筋应力sncunsxxhee0ecuesxnh0)1()1/(0bebecuscussEhxEx=bxns=Eses为避免采用上式出现x的三次方程bbbysfecueyxnbh0考虑：当=b，s=fy；第六章受压构件当=b，s=0三、相对界限偏心距e0b/h0偏心受压构件的设计计算中，需要判别大小偏压情况，以便采用相应的计算公式。)])(()([5.00000ahAfAfhhhbfMAfAfhbfNsysybbcbsysybcbsysybcsysybbcbbbAfAfhbfhahAfAfhhbfhNMhe0000000]/))(()([5.0第六章受压构件fyAsf'yA'sNbMbxbfc=b时为界限情况，取x=bh0代入大偏心受压的计算公式，并取a=a'，可得界限破坏时的轴力Nb和弯矩Mb，sysybcsysybbcbbbAfAfhbfhahAfAfhhbfhNMhe0000000]/))(()([5.0第六章受压构件对于给定截面尺寸、材料强度以及截面配筋As和A's，界限相对偏心距e0b/h0为定值。当偏心距e0≥e0b时，为大偏心受压情况；当偏心距e0e0b时，为小偏心受压情况。◆进一步分析，当截面尺寸和材料强度给定时，界限相对偏心距e0b/h0随As和A‘s的减小而减小，◆故当As和A's分别取最小配筋率时，可得e0b/h0的最小值。◆受拉钢筋As按构件全截面面积计算的最小配筋率为0.45ft/fy，◆受压钢筋按构件全截面面积计算的最小配筋率为0.002。◆近似取h=1.05h0，a'=0.05h0，代入上式可得，sysybcsysybbcbbbAfAfhbfhahAfAfhhbfhNMhe0000000]/))(()([5.0第六章受压构件6.2轴心受压构件的承载力计算最小相对界限偏心距e0b,min/h0混凝土钢筋C20C30C40C50C60C70C80Ⅱ级0.3030.2940.2880.2840.2910.2980.306Ⅲ级0.3210.3120.3060.3020.3080.3150.322sysybcsysybbcbbbAfAfhbfhahAfAfhhbfhNMhe0000000]/))(()([5.0相对界限偏心距的最小值e0b,min/h0=0.284~0.