3轴心受力构件的截面承载力计算20131105.ppt

3.1 轴心受拉构件的承载力计算 一、受力过程和破坏特征 轴心受拉构件从加载开始到破坏为止，其受力过程可分为三个不同阶段。 3个阶段 从加载到混凝土开裂前，属于第I阶段。此时，钢筋和混凝土共同承受拉力。应力与应变大致成正比。拉力荷载值和截面平均拉应变之间基本上呈线性关系。 二、承载力计算公式 轴心受拉构件破坏时，混凝土早已被拉裂，全部外力由钢筋来承受。轴心受拉构件的承载力计算公式如下： 3.2 轴心受压构件的承载力计算 当纵向压力N作用线与构件截面形心重合时，称为轴心受压构件；当纵向压力N作用线偏离构件轴线或同时作用轴力及弯矩时，称为偏心受压构件。 二、材料强度 混凝土：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，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。 3.3 轴心受压构件的截面承载力计算 钢筋混凝土构件由两种材料组成，其中混凝土是非匀质材料，钢筋可不对称布置，故对钢筋混凝土构件，只有均匀受压(或受拉)的内合力与纵向外力在同一直线时为轴心受力，其余情况下均为偏心受力。在工程中，严格意义上轴心受压不存在，所谓的轴压构件或多或少的都存在偏心。 习惯上利用纵向外力作用点与构件混凝土形心是否重合来判别是轴心受力还是偏心受力。 3.3. 1 轴心受压普通箍筋柱的正截面承载力计算 纵筋的作用: 提高柱的承载力，减小构件的截面尺寸；防止因偶然偏心造成的破坏；改善构件的延性；以及减小混凝土的徐变变形。 箍筋： 与纵筋形成骨架；防止纵筋受力后外凸。 1．受力分析和破坏特征 矩形截面轴心受压短柱 在轴心荷载作用下整个截面的应变基本上是均匀分布的。 试验表明，在整个加载过程中，由于钢筋和混凝土之间存在着粘结力，两者压应变基本一致 确定钢筋与混凝土的应力关系 矩形截面轴心受压长柱 前述是短柱的受力分析和破坏特征。对于长细比较大的长柱，试验表明，由于各种偶然因素造成的初始偏心距的影响是不可忽略的。加载后由于有初始偏心距将产生附加弯距及相应的侧向挠度，这样相互影响的结果使长柱最终在弯矩及轴力共同作用下发生破坏。对于长细比很大的长柱，还有可能发生“失稳破坏”的现象。 稳定系数? 试验表明，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载。《规范》中采用稳定系数?表示承载能力的降低程度，即 稳定系数?与构件的长细比l0 / b （ l0 为柱的计算长度， b 为柱截面短边）有关 l0/b ，?的关系 长细比l0/b的取值 l0与构件两端支承条件有关： 两端铰支 l0= l， 两端固支 l0=0.5 l 一端固支一端铰支 l0=0.7 l 一端固支一端自由 l0=2 l 《规范》采用的ψ值根据长细比l0/b查表3-1 实际结构中的端部支承条件并不好确定，《规范》6.2.20对排架柱、框架柱的计算长度做出了具体规定。 2.承载力计算公式 N——轴向力设计值； ψ——稳定系数，见表3—1； fc——混凝土的轴心抗压强度设计值 A——构件截面面积； fy——纵向钢筋的抗压强度设计值； A’s——全部纵向钢筋的截面面积。 0.9——可靠度调整系数（为了保证与偏压构件具有相近的可靠度） 计算解决两类问题 1. 截面设计 例题3.2 2.复核截面安全 3.3.2 配有螺旋式(或焊接环式)箍筋柱的承载力计算 若柱承受很大轴心受压荷载，并且柱截面尺寸由于建筑上及使用上的要求受到限制，此时若按配有普通箍筋的柱来计算，即使提高了混凝土强度等级和增加了纵筋配筋量也不足以承受该荷载时，可考虑采用螺旋筋柱或焊接环筋柱以提高构件的承载能力。 但这种柱因施工复杂，用钢量较多，造价较高，一般很少采用。 柱的截面形状一般为圆形或多边形。 混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度 基本公式---参数说明 f ----被约束后的混凝土轴心抗压强度， ?2 （?r）——当间接钢筋的应力达到屈服强度时，柱的核心混凝土受到的径向压应力值。 基本公式建立 据纵向内外力的平衡，得到螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式如下： 为使间接钢筋外面的混凝土保护层对抵抗脱落有足够的能力，《规范》规定按式 (3-8)算得的构件承载力不应比按式(3-2)算得的大50％。 凡属下列情况之一者，不考虑间接钢筋的影响而按式(3-2)计算构件的承载力： (1)当l0/d 12时，因长细比较大，因纵向弯曲引起螺旋筋不起作用； (2)当按式(3-8)算得受压承载力小于按式(3-2)算得的受压承载力时； (3)当间接钢筋换算截面面积小于纵筋全部截面面积的25％时，可以认为间接钢筋配置得太少，套箍作用的效果不明显。