1、,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。,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,6.2.2材料强度要求 混凝土：C25 C30 C35
2、 C40 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1632mm，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
3、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 d4 (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
4、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。,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
5、.00250.0035 之间，规范取为0.002 相应地，纵筋的应力为,用,表示钢筋的抗压强度设计值，见附表2,2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,轴心受压长柱,稳定系数,稳定系数j 主要与柱的长细比 l0/i 有关,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,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
6、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,达到极限状态时（保护层已剥落，不考虑）,2. 承载力计算,螺旋箍筋对混凝土约束的折减系数a，当fcu,k50N/mm2时，取a = 1.0；当fcu,k=80N/mm2时，取a =0.85，其间直线插值。,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
7、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,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,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 tensile
8、failure,第六章 受压构件,M较大，N较小,偏心距e0较大,As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 tensile failure,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。,2、受压破坏c
9、ompressive failure 产生受压破坏的条件有两种情况：当相对偏心距e0/h0较小,第六章 受压构件,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,As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、
10、受压破坏compressive failure 产生受压破坏的条件有两种情况：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a 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
11、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，,第六章 受压构件,当x xb时,当x xb时,第六章 受压构件,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ss 由平截面假定可得,第六章 受压构件,受拉侧钢筋应力ss,为避免采用上式出现 x 的三次方程,考虑：当x =xb，ss=fy；,第六章 受压构件,受拉侧钢筋应力ss,为避免采用上式出现 x 的三次方程,考虑：当x =xb，ss=fy；,第六章 受压构件,当x =b，ss=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
12、计算公式。,第六章 受压构件,x =xb时为界限情况，取x=xbh0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，,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e0e0b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As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
13、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，,第六章 受压构件,6.2 轴心受压构件的承载力计算,相对界限偏心距的最小值e0b,min/h0=0.2840.322 近似取平均值e0b,min/h0=0.3 当偏心距e0 0.3h0 时，按小偏心受压计算 当偏心距e00.3h0时，先按大偏心受压计算,第六章 受压构件,第六章 受压构件,6.5 附加偏心距和偏心距增大系数,由于施工误差、计算偏差及材料的不均匀等原因，实际工程中不存在理想的轴心受压构件。为考虑这些因素的不利影响，引入附加偏心距ea(Odditional eccen
14、tricity)，即在正截面压弯承载力计算中，偏心距取计算偏心距e0=M/N与附加偏心距ea之和，称为初始偏心距ei (initial eccentricity)，,参考以往工程经验和国外规范，附加偏心距ea取20mm与h/30 两者中的较大值，此处h是指偏心方向的截面尺寸。,一、附加偏心距,二、偏心距增大系数, 由于侧向挠曲变形，轴向力将产生二阶效应，引起附加弯矩 对于长细比较大的构件，二阶效应引起附加弯矩不能忽略。 图示典型偏心受压柱，跨中侧向挠度为 f 。 对跨中截面，轴力N的偏心距为ei + f ，即跨中截面的弯矩为 M =N ( ei + f )。 在截面和初始偏心距相同的情况下，柱
15、的长细比l0/h不同，侧向挠度 f 的大小不同，影响程度会有很大差别，将产生不同的破坏类型。,第六章 受压构件, 对于长细比l0/h8的短柱 侧向挠度 f 与初始偏心距ei相比很小, 柱跨中弯矩M=N(ei+f ) 随轴力N的增加基本呈线性增长， 直至达到截面承载力极限状态产生破坏。 对短柱可忽略挠度f影响。,第六章 受压构件, 长细比l0/h =830的中长柱 f 与ei相比已不能忽略。 f 随轴力增大而增大，柱跨中弯矩M = N ( ei + f ) 的增长速度大于轴力N的增长速度， 即M随N 的增加呈明显的非线性增长, 虽然最终在M和N的共同作用下达到截面承载力极限状态，但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱。 因此，对于中长柱，在设计中应考虑附加挠度 f 对弯矩增大的影响。,第六章 受压构件,第六章 受压构件,长细比l0/h 30的长柱 侧向挠度 f 的影响已很大 在未达到截面承载力极限状态之前，侧向挠度 f 已呈不稳定发展 即柱的轴向荷载最大值发生在荷载增长曲线与截面承载力Nu-Mu相关曲线相交之前 这种破坏为失稳破坏，应进行专门计算,偏心距增大系数,，,，,取h=1.1h0,第六章 受压构件,l0,
