1、单元七 轴心受压构件的正截面 承载力计算,本章重点：,掌握轴心受压构件的概念及类型；,熟悉轴心受压构件的构造要求。,掌握轴心受压构件的长、短柱的破坏形态；,掌握稳定系数的概念及影响因素；,掌握轴心受压构件正截面承载力的计算公式及应用。,理想的轴心受压构件在实际工程中其实不存在，总有偏心。 因为： 荷载不可避免存在偏心； 混凝土材料不均匀； 纵向钢筋布置有偏差； 施工有误差。,一、定义：轴心受压构件：纵向外压力作用线与受压构件轴线相重合的构件。,7-1 概述,二、工程中的轴心受压构件(图),二、工程中的轴心受压构件(图),钢筋混凝土轴心受压构件按照箍筋的功能和配置方式不同分为两种：,(1)普通箍
2、筋柱:配有纵向钢筋和普通箍 筋的轴压构件。,(2)螺旋箍筋柱：配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴压构件。,三、轴心受压构件的类型,螺旋箍筋的形式,课题一 概述一、构造要求1、轴心受压构件的承载力主要由混凝土承担，设置轴向钢筋的目的是： （1）协助混凝土承受压力，可减小构件截面尺寸； （2）承受可能存在的不大的弯矩； （3）防止构件的突然脆性破坏。2、普通箍筋的作用是：防止纵向钢筋局部的压屈，并与纵向钢筋形成钢筋骨架，便于施工。,7-2 普通箍筋柱,一、构造要求,混凝土：一般采用C20C30，或更高强度等级的混凝土；,截面：尺寸不宜过小，构件截面尺寸短边不宜小于250mm；,纵筋：(受力筋，需设计计算)
3、钢筋牌号一般采用HRB335级、HRB400级；直径d12mm, 根数 4根，纵筋四个角必须有，均布；50mm 净距 350mm, c公称直径满足要求。配筋率：,As/A,截面形状：一般多为正方形或矩形；,0.5%,为承受可能出现的弯矩、混凝土收缩和温度变化引起的拉应力,防止由于混凝土徐变，在卸载时造成混凝土开裂,一、构造要求,箍筋(构造筋，不做计算)封闭式； d8mm , d纵 /4； s400mm , 15d纵，且不大于短边尺寸 。,在纵向钢筋搭接范围内，s 10d纵且不大于200mm,当3%时，s 10d纵且不大于200mm。,一、构造要求,二、破坏形态,短柱：l0 /r28 ，l0 /
4、b8,按照长细比不同，轴心受压构件分为短柱和长柱两种。,破坏过程：,90%破坏荷载时,四周出现纵向裂缝，部分保护层剥落,箍筋间纵筋屈曲外鼓，混凝土被压碎，构件破坏,荷载小时均匀压缩变形,箍筋强大的柱破坏时“混凝土碎而不倒” 箍筋的约束作用,无约束箍筋的柱的破坏,破坏特征：为材料破坏。试验结论：轴压构件破坏时压应变达到0.002左右(注意：不是0.0035)，混凝土达到轴心抗压强度，受压纵筋达到抗压屈服强度。,纵筋能不能采用高强度钢筋，？ （从轴压构件破坏时的压应变考虑）,二、受力分析及破坏特征,短柱,破坏特征：失稳破坏,长柱,二、受力分析及破坏特征,荷载不大时，不仅产生压缩变形， 同时产生较大
5、的横向挠度,凹侧的混凝土先被压碎，有纵向裂缝，纵向钢筋被压弯而向外鼓出，混凝土保护层脱落,凸侧的混凝土则由受压突然转变为受拉，出现水平裂缝,试验表明： 短柱总是压碎破坏，长柱是失稳破坏。 受压承载力小于同样尺寸和配筋的短柱。长细比越大，承载力越小。原因：偶尔的偏心，使得长柱受轴力和弯矩（二次弯矩）的共同作用。,概念:稳定系数：对于钢筋混凝土轴心受压构件，长柱失稳破坏时的临界压力 与短柱压坏时的轴心压力 ，即：稳定系数 主要与构件的长细比有关，混凝土强度等级与配筋率对其影响很小。长细比：是一个没有单位的参数，它综合反映了杆长、支承情况、截面尺寸和截面形状对临界力的影响。,三、稳定系数,长细比表达
6、式：矩形截面： 圆形截面：一般截面：,构件纵向弯曲计算长度l0值,三、稳定系数,根据计算的长细比， 查书中表7-1取 值,课题二 正截面承载力计算,一、计算公式,破坏时的轴心力：,短柱,关键问题： 徐变对轴压构件的影响； 钢筋抗压强度设计值的确定;,公路桥规公式：,j 稳定系数；, 构件毛截面面积，当纵向钢筋配筋率 大于0.03时，A采用混凝土截面净面积,(7-2),普通箍筋柱的正截面承载力计算，分为截面设计和承载力复合两种。,1.截面设计之一：(尺寸已知)已知：截面尺寸、计算长度、混凝土轴心抗压强度和 钢筋抗压强度设计值、轴向压力组合设计值求：纵向钢筋所需面积,计算步骤：,(1) 计算长细比
7、，由表7-1查得相应的稳定系数；,(2) 由公式（7-2）求得所需纵向钢筋面积As；,(3) 根据计算值及构造要求选择并布置钢筋。,二、计算内容,练习题：预制的钢筋混凝土轴心受压构件，截面尺寸为： ，计算长度 ；采用C25混凝土，HRB335钢筋（纵筋）和R235钢筋（箍筋）；作用的轴向压力组合设计值;类环境条件，安全二级，试进行构件的截面设计。,2.截面设计之二（尺寸未知）截面尺寸未知，求纵向钢筋所需面积计算步骤：(1) 先假设一个(=0.8%1.5%)，令稳定系数1；则可将As=A代入公式（7-2）得：求出截面面积A，取整；(2) 按第一种情况长细比，确定 值，求As.见书中例题7-1,二
8、、计算内容,3.截面复核：已知：截面尺寸、计算长度、混凝土轴心抗压强度 和钢筋抗压强度设计值、轴向压力组合设计 值、全部纵向钢筋的截面面积求：截面承载力,计算步骤：,2、计算长细比，由附表7-1查得相应的稳定系数；,1、检查纵向钢筋和箍筋布置是否符合要求；,二、计算内容,例题：一现浇钢筋混凝土轴心受压柱，矩形截面，b=h=250mm，计算高度l0=6.5m，C25，HRB335纵筋，4根直径25mm。安全等级二级。问该柱能承担的最大轴力设计值。,（思考题）例题：某普通箍筋柱，矩形截面，b300mm，h350mm，柱子高度3.2m,一端固定一端铰支，柱内配有纵筋4根16mm，HRB335，C20
9、，问该柱能否承受作用在柱顶的1200kN的轴向压力设计值。（需考虑柱子自重）,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,一、构造,截面：圆形、正多边形、环形。 纵筋:作用：同普通箍筋柱沿圆周均匀分布；d12mm；最少6根；As一般为核心面积的0.8%1.2%,箍筋: 为螺旋筋或焊接环筋，统称为间接钢筋。 箍筋为不断开的。间接钢筋作用：间接钢筋的间距：40mms 80mm且s小于 间接钢筋的直径： dd纵/4且8mm, 一般为8-12mm,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,一、构造,二、应用房屋建筑结构中的柱桥梁结构的墩和桩,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,三、受力
10、分析及破坏特征,#螺旋箍筋柱正截面承载力（抗压承载力）提高的原因？,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,破坏过程： 破坏特征：破坏时纵筋压屈，保护层混凝土脱落，间接钢筋受拉屈服。构件延性好，变形大。,螺旋箍筋对混凝土横向变形产生约束,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,四、 螺旋箍筋轴压构件正截面承载力计算,约束混凝土的抗压强度：,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,然后可推出计算公式,由隔离体列平衡方程，？,令,四、 螺旋箍筋轴压构件正截面承载力计算,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,公路规范公式：, 间
11、接钢筋的强度；, 构件的核心截面面积；, 间接钢筋的换算面积， ；, 单根间接钢筋的截面面积；, 间接钢筋的间距；, 间接钢筋的影响系数，混凝土强度C50及以下时，k=2.0；C50-C80取k=2.0-1.7,中间直线插入取值。,四、 螺旋箍筋轴压构件正截面承载力计算,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,公路规范公式：,公式适用条件：,四、 螺旋箍筋轴压构件正截面承载力计算,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,l0 /r 48 或 l0 /d 12,2、,1、,否则按普箍算Nu。,，否则按普箍算Nu。,3、,原因：防止混凝土保护层提前脱落。,4、,，否则按普箍算Nu。,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,问：配有密排螺旋筋的轴压柱，当截面长细比l0/d15时，如果,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,问：配有密排螺旋筋的轴压柱，当截面长细比l0/d11时，如果,问：配有密排螺旋筋的轴压柱，当截面长细比l0/d11时，如果,例题2：圆形截面轴心受压构件，直径为450mm，计算长度2.25m, 轴向压力设计组合值Nd=2580kN，纵筋用HRB335级，箍筋用R235级，混凝土强度等级为C25。I类环境条件，安全等级二级，试进行构件的配筋设计。,6.2 配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件,
