第六章_轴心受压构件的正截面承载力.ppt

第六章 轴心受压构件的正截面承载力计算 1. 受压构件概述 总结：短柱是受压破坏，长柱是失稳破坏。而且截面尺寸相同、材料强度以及配筋完全相同的情况下，其承载力低于短柱，长细比越大，承载力降低越明显。其原因就是由于各种偶然因素引起的初始偏心距的存在而出现的附加弯矩，而附加弯矩对长柱的影响较敏感，在附加偏心距的作用下产生侧向挠度，而侧向挠度有加大了偏心距。随着荷载的增大，侧向挠度和偏心距不断增大，这样互相影响的结果，使长柱在轴力和弯矩共同作用下破坏。 * * * 1. 概述 2. 普通箍筋柱 3. 螺旋箍筋柱 4. 小结 目录 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。 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。 N 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 在实际结构中，理想的轴心受压构件是不存在的 普通箍筋柱：截面形状多为cube、rectangular和circle。纵筋对称布置，沿构件高度方向设置等间距的箍筋。受压承载力主要由混凝土提供。 纵筋设置的目的： 协助混凝土承受压力，减小截面尺寸； 承受可能存在的不大的弯矩； 防止构件的突然脆性破坏。 普通箍筋的作用： 减少纵筋的无支长度，避免纵向箍筋的过早局部压屈； 与纵筋形成钢筋骨架，便于施工。 螺旋箍筋柱：截面多为circle或正多边形。纵筋外围布置有连续环绕的间距较密的螺旋箍筋。其作用是截面中间部分混凝土成为约束混凝土，从而提高构件的承载力和变形能力，提高了柱的延性。箍筋还可承担剪力。 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。压应力的增长幅度随配筋率的减小而增大，如果不给配筋率规定一个下限，钢筋中的压应力就可能在持续使用荷载下增长到屈服应力水准。 箍筋的作用 （1）与纵筋形成骨架，便于施工； （2）防止纵筋的压屈； （3）对核心混凝土形成约束，提高混 凝土的抗压强度，增加构件的延性。 1. 概述 2. 普通箍筋柱 3. 螺旋箍筋柱 4. 小结 目录 2.1 试验研究成果 按构件的长细比 轴心受压构件分为短柱和长柱，它们受力后的侧向变形和破坏形态不相同。 ? 试验情况：试件的材料强度、截面尺寸和配筋均相同，只有柱的长度不同。记录的数据轴心压力N(通过油压千斤顶施加)，在柱的长度一半处设置百分表，测量横向挠度u。 补图 短柱 全截面受压，钢筋与混凝土共同变形，由于钢筋应力应变关系与混凝土不同，所以在不同的加载阶段钢筋和混凝土的应力比值在不断地变化。 荷载N 较小的阶段，材料处于弹性阶段 N逐步增大，混凝土的塑性变形开始发展，其弹模降低。随着柱子的变形增大，混凝土应力增加得很慢。钢筋应力的增长始终与变形成正比，混凝土与钢筋两者应力之比不再符合弹模之比。而且徐变引起应力的重分布。 荷载N增大到柱子破坏荷载的90%左右时，柱子横向变形达到极限出现纵向裂缝，混凝土保护层开始剥落。最后箍筋间的纵向钢筋发生屈折向外弯凸，混凝土被压碎，整个柱子也就破坏了。 思考题：受压钢筋来说，不宜采用高强钢筋？ 根据轴向力的平衡，可得短柱破坏时 A—柱截面混凝土面积； As’—纵向钢筋截面面积。 Pc fc As’ fy’ 长柱 长柱在压力N不大的情况下，全截面受压。随着压力的增大，不仅发生压缩变形，同时长柱中部的横向挠度数值u较大，长柱破坏前，u增长较快，破坏突然，导致的是失稳破坏。破坏时，凹侧的混凝土首先被压碎，混凝土表面有纵向裂缝，纵筋被压弯向外鼓出，混凝土保护层脱落，凸侧混凝土转变为受拉，出现横向裂缝。 图6.5为短柱和长柱试验的横向挠度与轴向力之间的关系对比图 2.2 稳定系数 以稳定系数? 代表长柱承载力Pl和短柱Ps的承载力之比 1，表示长柱承载力降低的程度。 材料失稳时的临界应力计算公式 EI—柱截面的抗弯刚度； l0—柱的计算长度。 刚度折减系数 钢筋混凝土受压构件的稳定系数 查表求稳定系数时，需知道构件的计算长度。在实际桥梁设计中，根据具体构造要求选择端部的约束条件，进而取得符合实际的计算长度。 2.3 正截面承载力计算 轴心受压构件承载力计算公式为 Nd—轴向力组合设计值； ?—受压构件稳定系数，按照附表取用； A—构件截面全面积； As’ —纵向钢筋截面面积； fcd—混凝土轴心抗压强度设计