1、混凝土结构设计原理,第 3 章 轴心受力构件正截面承载力计算,教材作者：沈浦生 课件制作：王文利 日期：2010年9月,第3章 轴心受力构件,主要内容：,轴心受压构件承载力计算 轴心受拉构件承载力计算,重点：,轴心受压构件承载力计算,第3章 轴心受力构件,3.1 轴心受压构件承载力计算,1 轴心受压构件的实际应用,多高层建筑中的框架柱，单层工业厂房中屋架的上弦杆，桥梁结构中的桥墩，拱、桩等均属于受压构件。利用混凝土构件承受以轴向压力为主的内力，可以充分发挥 混凝土材料的强度优势，因而在工程结构中混凝土受压构件应用比较普遍。建筑实际结构中，理想的轴心受压构件几乎是不存在的，这是因为： 通常施工制
2、造的误差、荷载作用位置的不确定性、 混凝土质量的不均匀性等，使得上述构件存在一定的初始偏 心距。,第3章 轴心受力构件,3.1 轴心受压构件承载力计算,框架结构中的柱 (Columns of Frame Structure),第3章 轴心受力构件,3.1 轴心受压构件承载力计算,屋架结构中的上弦杆 (Top Chord of Roof Truss Structure),第3章 轴心受力构件,3.1 轴心受压构件承载力计算,桩基础 (Pile Foundation),第3章 轴心受力构件,2 普通箍筋柱与螺旋箍筋柱,实际工程结构中，一般把承受轴向压力的钢筋混凝土柱按照箍筋的作用及配置方式分为两种
3、：普通箍筋柱（Tied Columns）配有纵向钢筋和普通箍筋的柱螺旋箍筋柱（Spiral Columns）配有纵向钢筋和螺旋箍筋的柱纵筋的作用：提高承载力，减小截面尺寸提高混凝土的变形能力抵抗构件的偶然偏心减小混凝土的收缩与徐变,第3章 轴心受力构件,3.1 轴心受压构件承载力计算,2/2,第3章 轴心受力构件,3.1 轴心受压构件承载力计算,3 短柱与长柱,短柱（Short Columns）是如何形成 的？ 我们通常将柱的截面尺寸与柱长之比较小的柱，称为短柱。在实际结构中，带窗间墙的柱、高层建筑地下车库的柱子，以及楼梯间处的柱都容易形成短柱。,窗间墙的短柱,第3章 轴心受力构件,3.1 轴
4、心受压构件承载力计算,受压短柱的破坏过程砼被压碎破坏,在开始加载时，混凝土和钢筋都处于弹性工作阶段，钢筋和混凝土的应力基本上按弹性模量的比值来分配。随着荷载的增加，混凝土应力的增加愈来愈慢，而钢筋的应力基本上与其应变成正比增加，柱子变形增加的速度就快于外荷增加的速度。随着荷载的继续增加，柱中开始出现微小的纵向裂缝。,应力,轴力,混凝土的 应力增长,钢筋应力增长,第四章 受弯构件,3.1 轴心受压构件承载力计算,在临近破坏荷载时，柱身出现很多明显的纵向裂缝，混凝土保护层剥落，箍筋间的纵筋被压屈向外鼓出，混凝土压碎。,短柱的破坏特征 破坏时，一般是纵筋先达到屈服强度(y=0.002)，此时可继续增
5、加一些荷载。 最后,混凝土达到极限压应变值(一般在0.00250.0035)，构件破坏。表现为“材料破坏”。,第3章 轴心受力构件,3.1 轴心受压构件承载力计算,什么是长柱（Slender Columns） 我们通常将截面尺寸与柱长之比较大的柱定义为长柱。在实际结构中，一般的框架柱、门厅柱等都属于长柱。轴心受压长柱与短柱的主要受力区别在于：由于偏心所产生的附加弯矩和失稳破坏在长柱计算中必须考虑。,第3章 轴心受力构件,3.1 轴心受压构件承载力计算,轴心受压长柱的破坏过程,由于初始偏心距的存在，构件受荷后产生附加弯矩，伴之发生侧向挠度。构件破坏时，首先在靠近凹边出现纵向裂缝，同时在凸边出现水
6、平的横向裂缝，随后受压区混凝土被压溃，纵筋向外鼓出，侧向挠度迅速发展，构件失去平衡，最后将凸边的混凝土拉断。 表现为“材料破坏”和“失稳破坏”。 混凝土结构设计规范采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度。,轴心受压长柱稳定系数 主要与柱的长细比 l0 / b 有关，稳定系数的定义如下：,3.1 轴心受压构件承载力计算,规范给出的稳定系数与长细比的关系,第3章 轴心受力构件,3.1 轴心受压构件承载力计算,4 普通箍筋柱受压承载力的计算,计算简图,计算公式,第3章 轴心受力构件,5普通箍筋柱受压构造要求P60,3.1 轴心受压构件承载力计算,核心区混凝土三轴受压状态的产生,6 轴心受压螺旋式箍筋
7、柱正截面承载力计算,fyAss1,第3章 轴心受力构件,3.1 轴心受压构件承载力计算,f 为被约束后混凝土的轴心抗压强度; 为系数。,混凝土受到的径向压应力值 的计算方法,螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式,第3章 轴心受力构件,3.2 轴心受拉构件承载力计算,混凝土结构设计规范有关螺旋箍的规定：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l0/d大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用。螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于全部纵筋As 面积的25%螺旋箍筋的间距s不应大于80mm 及dcor/5，也不应小于40mm。,第3章 轴心受力构件,3.2 轴心受拉构件承载
8、力计算,工程实际中的轴心受拉构件包括桁架式屋架的受拉杆、拱的拉杆以及水池的池壁等。 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，为弹性阶段；砼开裂后到钢筋即将屈服，为第二阶段；受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋达到屈服，为第三阶段，此时混凝土裂缝开展很大，可以认为构件达到了破坏状态。破坏特征：轴心受拉构件破坏时，混凝土不承受拉力，全部拉力由钢筋来承受。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：,纵向钢筋抗拉强度设计值； N 轴心受拉承载力设计值。,第3章 轴心受力构件,小结普通钢箍轴心受压构件在计算上分为长柱和短柱。对于轴心受压构件的受压承截力，短柱和长柱均采用统一的公式计算，其中采用稳定系数来表达纵向弯曲变形对受压承截力的影响。在螺旋钢箍轴心受压构件中，由于螺旋箍筋对核心混凝土的约束作用，提高了核心混凝土的抗压强度，从而使构件的承载力有所增加。轴心受拉构件的特点是裂缝贯通整个截面，裂缝截面的纵向拉力全部由纵向钢筋负担。,第3章 轴心受力构件,
