第五章 受压构件的承载力计算
终极版:第5章(受压构件的截面承载力)例题讲解

x
N f y As f y As
1 f c b
396 103 360 710 360 1742 1.0 14.3 300
h0 h as 600 45 555mm
ea h 30 600 30 20mm
N 4600 103 轴压比 1.15 0.9 f cbh 16.7 400 600
需考虑 P- 效应。
例 5-10 讲解
M1 Cm 0.7 0.3 0.7 0.3 0.5 0.85 M2
45 2 4600 103 206.74 2 0.8 360 615 1 2 0.518 0.8116.7 400 555 555 116.7 400 555 1.2358
u u 2 v 0.1136
例 5-10 讲解
h Ne f cbh h0 2 As as f yh0 4600 103 247 16.7 400 600 555 600 2 360 555 45 615mm 2 min bh 0.002 400 600 480mm 2
取 Cm ns 1
例 5-10 讲解
M Cm ns M 2 1130 130kN m
第5章 受压构件
M 130 106 28.26mm ( 通常取 e0 28mm 计算即可 ) e0 3 N 4600 10 ei e0 ea 28.26 20 48.26mm
第5章 受压构件
受压构件的承载力计算

受压构件的承载力计算一、梁柱的承载力计算方法对于受压构件,在弹性范围内,可以采用弹性承载力计算方法。
弹性承载力计算方法是根据梁柱的理论,主要应用弹性力学原理和应变能平衡条件进行计算。
在弹性承载力计算之外,受压梁柱的承载力还受到稳定性要求的限制。
稳定性要求主要包括屈曲的要求和稳定的要求。
稳定性承载力计算方法就是根据稳定性要求来计算的。
二、承载力计算的基本原理和方法1.构件的截面形态与材料的力学性能有关。
几何形态方面,可以通过截面形心深度、截面形态系数和截面面积等参数来描述。
力学性能方面,主要包括材料的抗压强度、屈服强度和弹性模量等参数。
2.构件的边界条件与受力特性有关。
边界条件主要包括自由端的约束、内力的约束和约束条件等。
边界条件对构件的承载力有着直接的影响,需要进行准确的分析和计算。
3.构件的荷载和荷载组合也是影响承载力计算的重要因素。
荷载包括静力荷载和动力荷载,荷载组合则是不同荷载的叠加组合。
需要根据具体情况来确定荷载和荷载组合,并进行相应的计算。
假设一个矩形柱的尺寸为300mm×400mm,材料抗压强度为250MPa,弹性模量为200 GPa。
根据以上参数,可以进行如下步骤的承载力计算。
1.计算截面形态参数:矩形柱的形心深度h=400/2=200mm形态系数α=(h/t)f/π^2=2.692.弹性承载力计算:根据梁柱的理论,弹性承载力可通过以下公式计算:Pcr=(π^2*E*I)/(kl)^2其中,E为弹性模量,I为惯性矩,kl为有效长度系数。
惯性矩I=1/12*b*h^3=1/12*300*400^3=32,000,000mm^4有效长度系数kl可根据梁柱的边界条件和约束情况进行计算。
假设矩形柱两端均固定,则kl=0.5代入以上参数,可以得到弹性承载力Pcr=200,000N=200kN。
3.稳定性承载力计算:稳定性承载力计算主要包括屈曲的要求和稳定的要求。
对于矩形柱,屈曲要求可通过欧拉公式计算,稳定的要求可通过查表确定。
第五章受压构件计算

8 f y Ass1 s dcor
Acor
20
2 、 正截面受压承载力计算
(a) (b)
2
s
(c)
Ass 1 Acor S d cor
Ass 1
2 d cor
S d cor
4
Ass 1 d cor 4S
箍筋的换算纵筋面积:
dcor
按体积相等原则换算
s
1.0l
0.7l 0.5l 实际结构按 规范规定取值
一端固定,一端自由
2.0l
4、公式应用
• 截面设计:
已知:fc, f y, l0, N, 求As、A
A N 0.9 ( f c ' f y' )
设ρ’(0.6%~2%), φ=1
N -f c Ac ) 0.9 As f y (
27
受拉破坏时的截面应力和受拉破坏形态 (a)截面应力 (b)受拉破坏形态
N
cu
e0 N
fyAs
f yAs
(a)
N
(b)
2、受压破坏
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,截面全部受压或大部分受压 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
N N
As 太 多
17
混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度
1 f c 4 2
2 、 正截面受压承载力计算
(a) (b)
2
s
(c)
dcor fyAss1
s
2
fyAss1
1 f c 4 2
达到极限状态时(保护层已剥落,不考虑)
Nu 1 Acor f y As
受压构件的截面承载力

寸 纵筋配筋率大于3%时,直径不小于8mm; 间距不大于10d、200mm
9
1. 受压构件的一般构造要求
1.4
箍筋
10
2. 轴压构件正截面受压承载力
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、荷载作用位置的不确定 性、混凝土质量的不均匀性等原因,往往存在一定 的初始偏心距。
22
2.2 螺旋箍筋柱的承载力计算
算得的承载力不应大于普通箍柱承载力
的1.5倍,以免保护层过早脱落 当l0/d>12时,不考虑箍筋的有利作用 当按上式算得的承载力小于普通箍柱承 载力时,取后者 Ass0 小于全部纵筋的25%时,不考虑箍筋 的有利作用 箍筋间距不应大于80mm及dcor/5,也不小 于40mm。
但以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中
的受压腹杆等,可近似按轴心受压构件计算。 轴心受压构件正截面承载力计算还用于偏心受 压构件垂直弯矩平面的承载力验算。
11
2. 轴压构件正截面受压承载力
普通钢箍柱:箍筋的作用? 纵筋的作用?
螺旋钢箍柱:箍筋的形状 为圆形,且间距较密,其 作用?
Õ Í Æ ¨¸ Ö ¹ ¿ Ö ù Ý Ð Â ý ¸ Ö ¹ ¿ Ö ù
28
(2)破坏特征
受拉、受压钢筋均屈服, 混凝土被压碎,类似适筋梁, 具有延性破坏性质。 承载力主要取决于受拉侧钢筋。
(3)破坏条件
偏心距大,或M大、N小
受拉钢筋配置适量
受拉破坏的偏心受压构件称为大偏心
受压构件。
29
30
2、受压破坏(小偏心受压)
产生条件有两种情形
2)直径:d≥12mm;通常16mm~32mm;且宜采
第五章1 钢筋混凝土受压构件正截面承载力计算w

5-6弯曲变形
5-7轴心受压长柱的破坏形态
试验结果表明长柱的承载力低于相同条件短柱的承载 试验结果表明长柱的承载力低于相同条件短柱的承载 力,目前采用引入稳定系数Ψ的方法来考虑长柱纵向 挠曲的不利影响, 挠曲的不利影响,Ψ值小于1.0,且随着长细比的增大 而减小。 而减小。
表5-1 钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数面承载力计
5.2.1 受力过程及破坏特征 轴心受拉构件从开始加载到破坏, 轴心受拉构件从开始加载到破坏,其受力过程可 分为三个不同的阶段: 分为三个不同的阶段: 1.第I阶段 开始加载到混凝土开裂前, 属于第I 阶段。 从 开始加载到混凝土开裂前 , 属于第 I 阶段 。 此 纵向钢筋和混凝土共同承受拉力, 时 纵向钢筋和混凝土共同承受拉力,应力与应变大致 成正比,拉力 N与截面平均拉应变 ε 之间基本上是线 成正比, 性关系, 性关系,如图5-2a中的OA段。
当现浇钢筋混凝土轴心受压构件截面长边或直径 小于300㎜时 ,式中混凝土强度设计值应乘以系数0.8 (构件质量确有保障时不受此限)。 4. 构造要求 (1)材料 混凝土强度对受压构件的承载力影响较大, 混凝土强度对受压构件的承载力影响较大,故宜 采用强度等级较高的混凝土 强度等级较高的混凝土, 采用强度等级较高的混凝土,如C25,C30,C40等。 在高层建筑和重要结构中, 在高层建筑和重要结构中,尚应选择强度等级更高的 混凝土。 混凝土。 钢筋与混凝土共同受压时, 钢筋与混凝土共同受压时 , 若钢筋强度过高 ( 如 则不能充分发挥其作用, 高于 0.002Es) , 则不能充分发挥其作用 , 故 不宜用高 强度钢筋作为受压钢筋。同时, 强度钢筋作为受压钢筋。同时,也不得用冷拉钢筋作 为受压钢筋。 为受压钢筋。
第五章 受压构件的截面承载力

12
3.受压短柱承载力
N 混凝土压碎 钢筋凸出
钢筋屈服
混凝土压碎
N
达到最大承载力时混凝土压坏。 o
l
c' f c 应变 c' 0
如果 y 0则钢筋已经屈服 s' f y' 如果 y 0则钢筋未屈服但 f
' s ' y
fc f y As
(注意f y' 取值原则)
6e0 N 弹性材料 ( 1 ) A h
钢筋混凝土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
20
一、偏心受压短柱的破坏形态
(一)受拉破坏(大偏心受压破坏)
条件:偏性距较大且As不过多。 靠近纵向力一侧受压,远离纵向力一侧受拉。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 到屈服强度。此后,裂缝迅速开展,受压区高度减小,压区 混凝土压碎而达到破坏。受压侧钢筋A‘s 一般能受压屈服。
普通箍筋柱:
螺旋箍筋柱:箍筋的形状为圆形, 且间距较密,其对混凝土的约束作 用较强。
9
纵筋的作用:
◆ ◆ ◆
协助混凝土受压减小截面尺寸、改善截面延性。
承担弯矩作用
减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。
箍筋的作用: 与纵筋组成空间骨架,避免纵筋受压外凸。
10
一、配有纵向钢筋和普通箍筋柱
1.试验分析
混凝土:混凝土强度等级对受压构件的承载影响较大,一 般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱 的混凝土强度等级常用C30~C40,在高层建筑中, C50~C60级混凝土也经常使用。 钢筋:纵筋:HRB400 HRB500。箍筋:HRB400 HPB300。
55 矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算

不考虑间接钢筋影响的情况,而按普通轴心受压承载力计算:
◆对l0/d大于12的柱(易纵向弯曲,导致螺旋筋不起作用)。 ◆螺旋箍筋轴向力设计值小于普通箍筋柱的轴向力设计时。
◆当间接钢筋换算面积Ass0小于纵筋全部截面积的25%时(间接
钢筋配置少,套箍作用不明显)。
构造要求:
箍筋间距不应大于80mm及dcor/5,也不应小于40mm。
例题讲解:118页
5.2.2 轴心受压螺旋箍筋柱正截面受压承载力计算
箍筋作用:
增强机理:约束核心区砼在纵向受压时的横向变形, 从而提高了砼抗压强度和变形能力,这种受到约束的 混凝土称为约束砼。 等效增强:在柱的横向采用螺旋箍筋或焊接环筋也能 像直接配置纵向钢筋那样起到提高承载力和变形能力 的作用,相当于间接纵筋。
◆ 这种破坏具有明显预兆,变形能力较大,破坏特征与 (哪种
构件的一种破坏形式?)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情况下的受拉破坏。
N
fyAs
f'yA's
2、受压破坏
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,截面全部受压或大部分受压 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
纵筋宜采用HRB400、RRB400、HRB500级钢筋(物尽其用) 箍筋一般采用HRB400、HRB335级钢筋,也可采用HPB300级。
5.1 受压构件的一般构造要求
5.1.3 纵筋
直径不宜小于12mm,常用16-32mm 单侧配筋率不小于0.2%,全部纵向钢筋最小配筋率附表4-5。 全部纵筋配筋率不宜超过5%。(回顾配筋率) 纵筋均匀布置,矩形截面不少于4根,圆形截面不少于6根。 保护层对一级环境取20mm,净间距不应小于50mm。
第五章-受扭构件承载力计算

第五章 受扭构件承载力计算
基础 知识
➢ 材料特性 ➢ 设计方法
构件 设计
学习内容
➢ 受弯构件 ➢ 受剪构件 ➢ 受扭构件 ➢ 偏压、偏拉构件 ➢轴拉构件 ➢轴压构件 ➢变形、裂缝 ➢预应力混凝土结构
结构设计, 后续课程
➢ 桥梁工程
弯梁桥的截面上除有弯矩M剪力V外,还存在扭矩T。由
开裂后的箱形截面受扭构件的受力可比拟成空间桁架:
纵筋为受拉弦杆, 箍筋为受拉腹杆, 斜裂缝间的混凝土为受压腹杆。
裂缝 箍筋
纵筋
T T
F4+F4=Ast4st
F1+F1=Ast1st
s F3+F3=Ast3st
F2+F2=Ast2st
箱形截面的剪应力分布,可采用薄壁管理论
T
rqds
2q
1 2
rds
纵筋的拉力
对隔离体ABCD
F1 F2 qhcorctg
相应其它三个面的隔离体
F1' F4 ' qbcorctg F4 F3 qhcorctg F3' F2 ' qbcorctg
裂缝 箍筋
纵筋
T T
F4+F4=Ast4fy
C
D
F1+F1=Ast1fy
B
F3+F3=Ast3fy
As
F2+F2=Ast2fy
纯扭构件在工程中几乎是没有的。工程中构件往往要同时 承受轴力、弯矩、剪力和扭矩。对于钢筋混凝土弯扭构件, 轴力对配筋的影响很小,可以忽略不计。为简化计算,设计 中可分别计算在弯扭和剪扭共同作用下的配筋,然后再进行 叠加。
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f A '
'
y
s
2020年4月5日星期日
❖公式:
N Nu 0.9 f yAs fc A
取N Nu
由Y 0 N Nu 0.9 f y As fc A 4 6
上式既为轴心受压承载力公式
2020年4月5日星期日
五.配有螺旋箍筋柱的承载力计算
d cor
r
f A y ssl
f A y ssl
1、某现浇多层钢筋混凝土框架结构,底 层中柱按轴心受压构件计算,柱的计算 高度为H=6.4m,承受轴向压力设计值 N=2450kN,砼用C30,钢筋用HRB335 级,求柱的截面尺寸,并配置纵筋和箍 筋。
2020年4月5日星期日
解:由题设知:fc=14.3Mpa,fy=300Mpa, L0=6.4m, N=2450kN
时,不考虑M的影响,可直接按轴心受力计算。
2020年4月5日星期日
二.柱子的构造要求
1.一般构造要求
2、柱子截面的确定方法 常用轴压比来确定柱截面尺寸A≥N/ ([μn]fc)。
2020年4月5日星期日
3.七度设防时
❖因为[μn] =0.9 (三、四级框架) ❖所以A≥N/(0.9fc) ❖N=受压范围×每平方米10~13KN进行
2020年4月5日星期日
第五章 受压构件的承 载力计算
2020年4月5日星期日
5-1 轴心受压构件计算 概述
心实
的 原 因
受 压 不 存
际 工 程 中
构 造 要 求
在轴
按 算轴 的心 构受 件压
计
2020年4月5日星期日
一.实际工程中轴心受压不存在的原因
❖ 1.结构安装时,荷载不作用于受压构件形心。 ❖ 2.砼材料自身是不均匀的。 ❖ 3.配筋的不对称,受力形心与几何形必不重合。 ❖ 在实际工程中e=M/N,当e<5%边长(或直径)
❖ 根据内外力平衡,可得螺旋式或焊接环式 箍柱的实际载力计算式:
Nu 0.9 fc Acor 2f y Ass0 f yAs
2020年4月5日星期日
❖ 为使砼间接钢筋外面的混凝土保护层对抵 抗脱落足够的安全,《规范》规定按上式 计算的构件际载力不应比按式
N 0.9
fA
f
' y
As'
计算。(设计初期简化计算)
2020年4月5日星期日
三.按轴心受压和轴心受拉计算的构件
❖ 1.以恒载为主的多层房屋的内柱。 ❖ 2.桁架的腹杆。 ❖ 3.圆形贮液池的池壁。
2020年4月5日星期日
5-2 轴心受压构件的 承载力计算
2020年4月5日星期日
2020年4月5日星期日
轴心受压构件的承载力计算公式:
N Nu 0.9 f yAs fc A
4 6
N
配普通箍
配螺旋箍
素砼
注:配受压钢筋的作用是调整砼的应力,较好发挥砼 的塑性,改善受压破坏的脆性。
2020年4月5日星期日
一.《规范》规定的计算长度L0
❖ 1.框架 ❖ 1>、现浇楼盖:
❖底层L0=1.0H0 ❖其它层L0 =1.25H0
2020年4月5日星期日
2020年4月5日星期日
❖由于螺旋箍筋的套箍作用,其轴心受 压强度将提高4r,r为螺箍或焊接环 箍达到屈服强度时,柱的核心砼受到 的径向压应力值。
2020年4月5日星期日
❖故被螺箍或焊环箍约束后砼轴 心抗压强度为:
f fc r
而 r
2 f y Assl sd cor
2 f y Assld cor 4dcor 2 s 4
f y Asso 2 Acor
.
式中:
2020年4月5日星期日
Assl为单根间接钢筋的截面面积. f y为间接钢筋的抗拉强度设计值.
s为沿构件轴线方向间接钢筋的间距
dcor为构件的核心直径.
Ass0为间接钢筋的换算截面面积.
Ass0
dcor Assl
s
Acor为构件的核心截面面积.
2020年4月5日星期日
算得的大50%.
2020年4月5日星期日
❖凡属下列情况之一者,不考虑间接钢筋的影响
而按式
N 0.9
fc A
f
' y
As'
计算构件的承载力.
1.当L0/b>12时,此时因长细比较大,有可 能因纵向弯曲引起螺旋钢筋不起作用。
2.当按式6 9算得的受压承载力小于按式
N 0.9
fc A
f
(1)设该框架为三级,故由轴压比可得:A≥N/ (0.9fc)=190365.2mm2, ∴取该柱为方形,则边长b ≥436.3mm, 为施工方便取b =450mm,A=202500mm2
' y
AS'
算得的受压承载力.
2020年4月5日星期日
3.当间接钢筋换算面积Asso小于纵筋全部截 面面积的25%时,可以认为间接钢筋配得 太少,套箍作用不明显。
注意:间接钢筋间距不大于80mm及dcor/5, 也不得小于40mm,间接钢筋直径按箍筋 有关规定采用。
举例:
2020年4月5日星期日
❖ 2>、装配式楼盖: ❖底层L0 =1.25H ❖其它层L0 =1.5H ❖H0为基础顶面至楼板顶面的高度。 ❖H为层高。
二.设计计算时的控制条件 2020年4月5日星期日
❖ 在设计计算时,以构件的压应变为2‰时为控制条 件,认为此时砼已达到其棱柱体抗压强度值fc,相应 的纵向00N mm2
❖ L0与支承条件有关,其取值为(设计用): ❖1.当两端铰支承时:L0=L(L为构件的 实际长度)
❖2.当两端固定时:L0=0.5L ❖3.当一端固定,一端铰支时:L0=0.7L ❖4. 当一端固定,一端自由时:L0=2L ❖ 其余难于确定的参照规范的相关条款。
2020年4月5日星期日
四.轴心受压构件承载力计算
N s 为短柱破坏荷载 u
2020年4月5日星期日
❖ 值主要与构件的长细比有关。
❖A、当L0/b<8时,为短柱 =1.0; ❖B、当L0/b<8~34时, =1.177-0.021 L0/b; ❖C、当L0/b<35~50时, =0.87-0.012 L0/b。
❖式中b为构件的短边尺寸。
2020年4月5日星期日
❖ 而Ⅰ级钢筋f'y=210N/mm2 ,Ⅱ级钢筋为 f'y=300N/mm2 ,都达到了屈服强度,认为材料潜能得 到了充分的发挥。
❖ 钢筋f‘y大于400的只能取400 N/mm2。
2020年4月5日星期日
三.保证结构安全的措施
引入了结构的稳定系数 :
l
N
u s
Nu
N l 为长柱破坏荷载 u