轴向受力构件承载力
第6章 轴向受力构件承载力

34.5 36.5 139 146
0.52 0.48 0.44 0.40 0.36 0.32 0.29 0.26 0.23 0.21 0.19
b为矩形截面短边尺寸; d为圆形截面直径; i为回转半径。
6.2.2 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算 (3) 承载力计算公式
N
轴心受压柱截面承载力计算简图, 见图。轴心受压柱的正截面承载力计 算公式为:
6.2.2 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算 (2) 轴心受压长柱的破坏形态 钢筋混凝土受压构件的稳定系数
l0/b ≤8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
l0/d
l0/i
≤7
≤28
8.5
35
10.5
42
12
48
14
55
15.5
62
17
69
19
76
21
83
22.5
箍筋:侧向约束 纵筋、抗剪
纵筋
6.2.2 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算 根据轴压构件长细比(l0/i)的不同,轴压构件分为短 柱(l0/i≤28,i为任意截面的回转半径;对矩形而言等价于 l0/b≤8)和长柱。
6.2.2 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算 (1) 轴心受压短柱的应力分布及破坏形态 对短柱,试验表明,在轴心荷载作用下,整个截面的 应变基本上是均匀分布的,当荷载较小时,混凝土和钢筋都处 于弹性阶段,柱子压缩变形的增加与荷载的增长成正比,但荷 载稍大后,由于混凝土塑性变形的发展,压缩变形增加的速度 快于荷载的增长速度。 混凝土压碎 钢筋屈服 随着荷载继续增加,柱 Nc 中开始出现细微的纵向裂缝, 在临近破坏荷载时,纵向裂 缝变得更明显,箍筋间的纵 筋发生压屈,向外凸出,呈 灯笼状,混凝土被压碎,而 整个柱破坏,破坏是以混凝 o 土被压碎为标志的(初偏心 无影响),见图。
第4章轴心受力构件的承载力计算

柱的长细比较大,柱的极限承载力将受侧向变形所引起的附加弯矩影响而 降低。
第4章 轴心受力构件的承载力计算
1. 受力分析及破坏特征 ⑴受压短柱 第Ⅰ阶段——弹性阶段 轴向压力与截面钢筋和混凝土的应力 基本上呈线性关系
第Ⅱ阶段——弹塑性阶段 混凝土进入明显的非线性阶段,钢筋 的压应力比混凝土的压应力增加得快, 出现应力重分布。
Asso
d cor Ass1
s
计算螺旋筋间距s, 选螺旋箍筋为
12,Assl=113.1mm2
s
d cor Assl
Asso
3.14 450 113.1 69.4mm 2303
取s=60mm,满足s ≤ 80mm(或1/5dcor)
第4章 轴心受力构件的承载力计算
截面验算 一
由混凝土压碎所控制,这一阶段是计算轴心受压构件极限强度的依据。
第4章 轴心受力构件的承载力计算
⑵受压长柱
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
破坏时,首先在凹侧出现纵向裂缝,随后混凝土被压 碎,纵筋被压屈向外凸出;凸侧混凝土出现垂直于纵 轴方向的横向裂缝,侧向挠度急剧增大,柱子破坏。
第4章 轴心受力构件的承载力计算
2.配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法
f c A) N 0.9 ( f y As
N-轴向力设计值;
N
-钢筋混凝土构件的稳定系数;
f y-钢筋抗压强度设计值; fc f y A s
A s-全部纵向受压钢筋的截面面积;
f c-混凝土轴心抗压强度设计值; A -构件截面面积,当纵向配筋率大于0.03时, A改为Ac, Ac =A- A s; 0.9 -可靠度调整系数。 h
第三章轴心受力构件承载力问答题参考答案

第三章轴心受力构件承载力问答题参考答案1.简述结构工程中轴心受力构件应用在什么地方?答:当纵向外力N的作用线与构件截面的形心线重合时,称为轴心受力构件。
房屋工程和一般构筑物中,桁架中的受拉腹杆和下弦杆以及圆形储水池的池壁,近似地按轴心受拉构件来设计,以恒载为主的多层建筑的内柱以及屋架的受压腹杆等构件,可近似地按轴心受压构件来设计。
在桥梁工程内中桁架桥中的某些受压腹杆可以按轴心受压构件设计;桁架拱桥的拉杆、桁架桥梁的拉杆和系杆拱桥的系杆等按轴心受拉构件设计。
2.轴心受压构件设计时,如果用高强度钢筋,其设计强度应如何取值?答:纵向受力钢筋一般采用HRB400级、HRB335级和RRB400级,不宜采用高强度钢筋,因为与混凝土共同受压时,不能充分发挥其高强度的作用。
混凝土破坏时的压应变0.002,此时相应的纵筋应力值бs’=E sεs’=200×103×0.002=400 N/mm2;对于HRB400级、HRB335级、HPB235级和RRB400级热扎钢筋已达到屈服强度,对于Ⅳ级和热处理钢筋在计算f y’值时只能取400 N/mm2。
3.轴心受压构件设计时,纵向受力钢筋和箍筋的作用分别是什么?答:纵筋的作用:①与混凝土共同承受压力,提高构件与截面受压承载力;②提高构件的变形能力,改善受压破坏的脆性;③承受可能产生的偏心弯矩、混凝土收缩及温度变化引起的拉应力;④减少混凝土的徐变变形。
横向箍筋的作用:①防止纵向钢筋受力后压屈和固定纵向钢筋位置;②改善构件破坏的脆性;③当采用密排箍筋时还能约束核芯内混凝土,提高其极限变形值。
4.受压构件设计时,《规范》规定最小配筋率和最大配筋率的意义是什么?答:《规范》规定受压构件最小配筋率的目的是改善其脆性特征,避免混凝土突然压溃,能够承受收缩和温度引起的拉应力,并使受压构件具有必要的刚度和抗偶然偏心作用的能力。
考虑到材料对混凝土破坏行为的影响,《规范》规定受压构件最大配筋率的目的为了防止混凝土徐变引起应力重分布产生拉应力和防止施工时钢筋过于拥挤。
第三章轴心受力构件承载力计算

筋将首先达到抗压屈服强度,随后钢筋承担的压力维持 不变,而继续增加荷载全部由混凝土承担,直到混凝土 压碎,在这类构件中,钢筋于混凝土的抗压强度都得到 充分的利用。对较高强度钢筋,在构件破坏时,可能达 不到屈服。钢筋的强度得不到充分的利用。
在轴心受压短柱中,不论受压钢筋在构件破坏时是否 屈服,构件的最终承载能力都由混凝土压碎来控制的。
性,即处于弹性阶段。
随着荷载的增加,混凝土的非弹性变形发 展,进入弹塑性阶段,但钢筋仍处与弹性阶段, 混凝土的应力增长的速度比钢筋的压应力增长 的速度慢,由与,故钢筋压应力与混凝土压应 力之比大于也就是钢筋于混凝土之间的应力重 分布。
在长期荷载作用下,混凝土的徐变发生,截面上引 起应力重分布。随着荷载的持续的时间的增加,混凝土 的压应力会逐见的减小,钢筋的应力将逐渐增加。钢筋 应力增加的多少,与截面纵向钢筋的配筋率有关,当配 筋率较大时,钢筋的应力增进阿的较大,当配筋率较低 时,钢筋的应力增加较小
特征:构件带裂缝工ห้องสมุดไป่ตู้。 在裂缝截面处,拉力全部由钢筋承担。在混凝土
开裂前和混凝土开裂后的瞬间,裂缝截面处的钢筋的 应力发生突变。
裂缝的间距和裂缝宽度的大小与纵向受力钢筋的配 筋率和直径布置等因素有关。
(3)破坏阶段 特征:纵向钢筋屈服,标志着构件破坏。破坏由纵
向钢筋起控制作用。
2 轴心受拉构件截面承载力计算
二、教学提示
展示轴心受力构件的教学模型,并提出如下 问题;
1 钢筋混凝土轴心受拉构件中混凝土的作用。 2 钢筋混凝土轴心受压构件中纵向钢筋和箍筋 的作用。
第二讲
一、内容
(2)截面承载力计算
( ) 1) 计算公式
N ≤ 0.9ϕ
f
` Y
钢筋混凝土轴心受力构件承载力计算

l0
1.0H 1.25H 1.25H 1.5H
5.2.4 设计步骤及实例
5.2.4.1 截面设计
已知轴向力设计值N、 柱的截面A、材料强 度、柱的计算长度 (或实际长度),求 纵向钢筋截面面积 As′
已知轴向力设计值N、 材料强度、构件的计 算长度l0或实际长度, 确定构件的截面尺寸 和纵向受压钢筋的截 面面积As′。
间距不应大于10d,且不应大于
01
200mm;箍筋末端应做成135°弯钩,
且弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直
径的10倍;箍筋也可焊成封闭环式。
当柱截面短边尺寸大于400mm,且各
边纵向钢筋多于3根时,或当柱截面短
02
边不大于400mm,但各边纵向钢筋多
于4根时,应设置复合箍筋,其布置要
求是使纵向钢筋至少每隔一根位于箍筋
上柱 下柱
露天吊车柱和 栈桥柱
排架方向
1.5H 1.25H 2.0Hu 1.0Hl 2.0Hl
l0 垂直排架方向
有柱间支撑
无柱间支撑
1.2H
1.0H
1.0H
1.2H
1.25Hu 0.8Hl
1.5Hu 1.0Hl
1.0Hl
—
表5.3 框架结构各层柱的计算长度
楼盖类型
现浇楼盖 装配式楼盖
柱的类别
底层柱 其余各层柱
转角处,见图5.5
柱内纵向钢筋搭接长度范围内的箍筋应加密,其 直径不应小于搭接钢筋较大直径的0.25倍。当搭 接钢筋受压时,箍筋间距不应大于10d,且不应 大于200mm;当搭接钢筋受拉时,箍筋间距不 应大于5d,且不应大于100mm,d为纵向钢筋 的最小直径。当受压钢筋直径d>25mm时,尚 应在搭接接头两个端面外100mm范围内各设置 两个箍筋。
第六章轴向受力构件-受拉构件承载力计算3

6.5.3 偏心受拉构件斜截面承载力计算
轴向拉力使斜裂缝裂得更宽,加大了斜裂缝剪承载力降低。
6.5.1 轴心受拉构件
6.5.1.3 算例
[ 例 1] 已 知 某 钢 筋 混 凝 土 屋 架 下 弦 , 截 面 尺 寸
b×h=200mm×150mm , 承 受 的 轴 心 拉 力 设 计 值
N=234kN,混凝土强度等级 C30,钢筋为 HRB335。
求截面配筋。
[解]查表可知: f y 300 N mm 2 ,代入轴心受拉计算公式 得
时,仍应按 300
N mm 2
取用”的要求,取
f
' y
fy
300
N
mm 2
h
400
e 2 e0 as 2 114 40 46mm ;
e'
h 2
e0
as'
400 2
114 40
274mm
6.5.4 算例
代入计算公式得:
As'
Ne f y (h0 as' )
6.5.2 偏心受拉构件正截面承载力计算
6.5.2.3 矩形截面偏心受拉构件正截面承载力计算公式 对小偏拉,应验算: As minbh , As minbh 应注意,对钢筋混凝土小偏心受拉构件,当 fy 大于 300N/mm2 时,取 300N/mm2。
6.5.2 偏心受拉构件正截面承载力计算
轴心受拉构件正截面承载力计算公式

轴心受拉构件正截面承载力计算公式
轴心受拉构件的正截面受拉承载力的计算公式为:
N≤fyAs+fpyAp(7.4.1)式中N--轴向拉力设计值;As、Ap--纵向普通钢筋、预应力钢筋的全部截面面积。
需要注意的是,上述公式适用于轴心受拉构件,即假设构件在受力时,其轴向方向受力的作用线与截面法线方向重合。
如果构件受力时,作用线与截面法线方向不重合,就需要考虑构件的弯曲和剪切应力等因素对承载力的影响,需要使用更加复杂的公式进行计算。
除了轴向受拉外,轴向压缩、弯曲、扭曲等应力状态下的构件承载力计算也需要使用相应的公式进行计算。
在实际工程中,通常需要根据具体情况进行选择和使用。
提高轴心受压构件承载力的措施

提高轴心受压构件承载力的措施
1.增加材料强度:通过采用高强度和高韧性的材料,提高轴心受压构件的承载力。
例如,选用高强度钢材或者高强度混凝土。
2. 加强构件截面形状:通过改变截面形状,使得轴心受压构件的承载力得到提高。
例如,采用加宽或加厚的截面形状,或者采用具有弯曲抵抗能力的截面形状。
3. 使用加固材料:通过在轴心受压构件的表面涂覆或者嵌入加固材料,可以提高承载力。
例如,使用碳纤维增强材料、玻璃纤维增强材料等。
4. 进行预应力处理:预应力处理可以使轴心受压构件具有更好的抵抗变形的能力和更高的承载力。
例如,通过拉力或者压力的处理,将受力面上的预应力增大,提高承载力。
5. 减少初始缺陷:在设计和制造轴心受压构件时,尽可能减少初始缺陷,例如减少焊接缺陷、减少材料内部缺陷等,以提高承载力。
6. 加强支撑结构:对于长轴心受压构件,需要加强支撑结构,以避免局部侧向位移或者轴向位移,从而提高承载力。
7. 加强施工质量:在轴心受压构件的施工过程中,需要保证施工质量,减少施工误差和质量缺陷,以提高承载力。
- 1 -。
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200
40
100
20
c
0
0.001
0.002
6
2.2 受压构件中钢筋的作用
普通钢箍柱
螺旋钢箍柱
纵筋的作用
(1)协助混凝土受压,减小截面面积; (2)当柱偏心受压时,承担弯矩产生的拉力; (3)减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。
实验表明,收缩和徐变能把柱截面中的压力 由混凝土向钢筋转移,从而使钢筋压应力不 断增长。压箍应筋力的的作增用长幅度随配筋率的减小 而增大,(如1果)与不纵给筋配形筋成率骨规架定,一便个于施下工限;,钢 筋中的压(应2力)防就止可纵能筋在的持压续屈使;用荷载下增长 到屈服应(力3水)对准核。心混凝土形成约束,提高混
1. 受压构件概述
轴心受压承载力是正截面受压承载力 的上限。 先讨论轴心受压构件的承载力计算,然后重点讨论单向偏心受压的 正截面承载力计算。
(a)轴心受压
(b)单向偏心受压 (c) 双向偏心受压
受压构件在结构中具有重要作用,一旦破坏将导致整个结构的损坏 甚至倒塌。
1
2
3
2. 轴心受压构件正截面承 载力
h
h0
1 考虑小偏心受压构件截面的曲率修正系数 2 偏心受压构件长细比对截面曲率的影响系数
1 1
1400 ei
l0 h
2
1
2
h0
大偏心 1 1.0
小偏心
1
0.5 fc A N
l0 h
15时, 2
1
l0 h
15时, 2
1.15 0.01l0 2h9
e0b Mb 1 fcbh02b (1 0.5b ) f yAs(h0 as' )
h0 Nbh0
(1 fcb bh0 f yAs f y As )h0
30
e0 h
e0b h0
5.13 285 ' 7.08 300 ' 300
h0
1 fc 1.0 14.3 14.3 MPa
fy
f
' y
300 MPa
0.2%
b 0.55
h0 0.9 h
as' 0.05h0
2%
31
e0 h
h0
2%
1 fc 1.0 14.3 14.3 MPa
fy
f
' y
300 MPa
b 0.55
h0 0.9 h
as' 0.05h0
受拉钢筋应力(小偏心)
xn
s cu
h0
s cu
h0 x0 x0
b,s fy 1, s 0
s
Es
cu
(
1
1)
s
fy
1 b 1
21
ei N
f
p
N
无侧移
D3 D2
pD
D1
有侧移框架结构的二阶效应
有侧移
有侧移结构,其二阶效应主要是由水平荷载产生的侧移引起的。 精确考虑这种二阶效应较为复杂,一般需通过迭代方法进行计算。
12
=N e0
As? = As
3. 偏心受压构件正截面承
e0 N
载力计算
N M=N e0
As?
As
As? = As
偏压构件破坏特征
受拉破坏 tensile failure
受压破坏 compressive failure
13
偏心受压构件的破坏形态与偏心距e0和纵筋配筋率有关
M e0 N
14
3.1 大偏心破坏的特征
N
N
M
fyAs
f'yA's
偏心距e0较大
fyAs
f'yA's
M较大,N较小
15
大偏心受拉破坏特点
受拉破坏
➢ 截面受拉侧混凝土较早出现裂缝,受拉钢筋的应 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
折减系数 0.9是考虑初始偏心的影响,以及主要承受恒载作用的轴压受压 柱的可靠性。
8
2.4 螺旋箍筋轴压柱正截面承载力
混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度
f 4 螺旋箍筋柱与普1通箍筋c柱力-位移2曲线的比较 9
(a)
(b)
s
(c)
s
1 fc 4 2
2
dcor fyAss1
3.5 大、小偏心的判别条件
Nb Mb
xb
fc
fyAs
f'yA's
=b时为界限情况,取x=bh0代入大偏心受
压的计算公式,并取as=as',可得界限破坏时 的轴力Nb和弯矩Mb
Nb 1 fcb bh0 f yAs f y As M b 1 fcbbh02 (1 0.5b ) f yAs(h0 as' )
2
fyAss1
2sd cor 2 f y Ass1
2
2 f y Ass1 s dcor
1
fc
8 f y Ass1 s dcor
达到极限状态时(保护层已剥落,不考虑)
Nu
1Acor
f yAs
fc Acor
f yAs
8 f y Ass1 s dcor
19
N
fyAs
N
sAs
M
f'yA's
M
f'yA's
平衡方程
受拉破坏 (大偏心受压)
N
1
fcbx
f
' y
As'
f y As
M
1 fcbx(h0
x) 2
f
' y
As'
(h0
as' )
受压破坏 (小偏心受压)
N
1
fcbx
f
' y
As'
s As
M
1 fcbx(h0
xN ei
在截面和初始偏心距相同的情况 下,柱的长细比l0/h不同,侧向挠 度 f 的大小不同,影响程度有很 大差别,将产生不同的破坏类型。
27
y y f ?sin x
le f
ei N
le
x
N
ei
偏心距增大系数 ei f 1 f
ei
ei
d2y dx2
xl0 / 2
凝土的抗压强度,增加构件的延性。
7
2.3 普通箍当筋轴纵压筋柱配正筋截率面大承于载3力%时,A中应扣 除纵筋截面的面积。
轴心受压短柱
Nus fc A f yAs
轴心受压长柱
N
l u
N
s u
稳定系数
Nul
Nus
稳定系数 主要与柱的
长细比l0/b有关
L0为柱的计算高度;
N Nu 0.9 ( fc A b为f矩y形A截s )面短边尺寸;
Acor
10
(c)
s
2
螺旋箍筋换算成
dcor
相当的纵筋面积
fyAss1
2
fyAss1
dcor Ass1 s Ass0
Ass 0
dcor Ass1
s
Nu fc Acor f yAs 2 f y Ass0
N Nu 0.9( fc Acor f yAs f y Ass0 )
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 承载力之前,侧向挠度 f 已不稳定,最终 发展为失稳破坏。
23
短柱-发生剪切破坏
长柱-发生弯曲2破4 坏
Nu 轴压 N0 A(N0,0)
界限状态
B(Nb,Mb)
e0
纯弯 C(0,M0) Mu
N-M相关曲线反映了在压力和弯矩 共同作用下正截面承载力的规律
螺旋箍筋对承载力的影响系数,当 fcu,k≤50N/mm2时,取 = 2.0;
当 fcu,k=80N/mm2时,取 =1.7,其间直线插值。
11
螺旋箍筋柱限制条件
采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。但配置过多,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剥落,从而影响正常 使用。
N
在实际结构中,理想的轴心受压构件是不存在的
由于施工制造误差、荷载位置的偏差、混凝土不 均匀性等原因,往往存在一定的初始偏心距
以恒载为主的等跨多层房屋内柱、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
4
2.1 轴压构件性能
Behavior of Axial Compressive Member
破坏,因偏心距较小,故通常称为小偏心受压。
大、小偏心破坏的共同点是受压钢筋均可以屈服
18
大、小偏心破坏的本质界限
界限状态定义为:当受拉钢筋刚好屈服时,受压区混凝土边 缘同时达到极限压应变的状态。 此时的相对受压区高度成为界限相对受压区高度,与适筋梁 和超筋梁的界限情况类似。
b
1
fy
cu Es
f
2
l02
10
f l02
f l02
10Leabharlann 界限状态时 c s