叶见曙结构设计原理第四版第6章.ppt
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1、Principle of Structure Design叶见曙 结构设计原理(第4版)教学课件第6章 轴心受压构件的正截面承载力计算张娟秀 雷 笑 马 莹 编制 叶见曙 主审本章目录6.1 配有纵向钢筋和普通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2 2教学要求v深刻理解长细比对轴心受压构件破坏形态的影响。v理解螺旋箍筋柱的受力性能及“间接配筋”的原理。v理解轴心受压构件稳定系数的概念,掌握轴心受压构件正截面承载力计算方法。v了解关于纵向受力钢筋和箍筋的主要构造要求。3 3v当构件受到位于截面形心的轴向压力作用时,称为轴心受压构件。4 4配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压
2、构件(螺旋箍筋柱),图6-1 b)钢筋混凝土轴心受压构件配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件(普通箍筋柱),图6-1 a)1)普通箍筋柱的承载力主要由混凝土提供,设置纵向钢筋的目的:(1)协助混凝土承受压力,可减少构件截面尺寸;(2)承受可能存在的弯矩;(3)防止构件的突然脆性破坏。普通箍筋的作用是防止纵向钢筋局部压屈,并与纵向钢筋形成钢筋骨架,便于施工。5 52)螺旋箍筋柱的截面形状多为圆形或正多边形。纵向钢筋外围设有连续环绕的间距较密的螺旋箍筋(或间距较密的焊接环形箍筋)。螺旋箍筋的作用是使截面中间部分(核心)混凝土成为横向可约束混凝土(约束混凝土),从而提高构件的承载力和延性。6 66.
3、1 配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件 按照构件的长细比不同,轴心受压构件可分为短柱和长柱两种,它们受力后的侧向变形和破坏形态各不相同。7 7图6-2 轴心受压构件试件(尺寸单位:mm)钢筋混凝土轴心受压构件试件,截面尺寸相同、混凝土及纵向钢筋的强度级别相同、纵向钢筋根数及直径相同。构件试件的两端约束条件相同,但构件的几何长度不同,分别为500mm和2000mm。对比试验,观察在轴心压力作用下构件的变形及破坏形态。1)短柱当轴向力P值逐渐增加时,试件A柱也随之缩短,试验测试结果证明混凝土全截面和纵向钢筋均发生压缩变形,柱中部的横向挠度很小。钢筋混凝土短柱的破坏是一种材料破坏,即混凝土压碎破坏
4、。8 8图6-3 轴心受压短柱的破坏形态a)短柱的破坏 b)局部放大图 短柱破坏时的轴心力:(6-1)2)长柱长细比较大的长柱(试件B柱)破坏前,横向挠度增加得很快,使长柱的破坏来得比较突然,导致失稳破坏。破坏时,凹侧的混凝土首先被压碎,混凝土表面有纵向裂缝,纵向钢筋被压弯而向外鼓出,混凝土保护层脱落;凸侧则由受压突然转变为受拉,出现横向裂缝(图6-4)。9 9图6-4 轴心受压长柱的破坏形态a)长柱的破坏 b)局部放大图 1010图6-5 轴心受压构件的横向挠度ua)横向挠度沿柱长的变化 b)横向挠度u与轴心压力P的关系钢筋混凝土轴心受压构件试件对比试验结果比较。钢筋混凝土轴心受压短柱是受压
5、破坏,而长柱是失稳破坏;长柱的承载力要小于相同截面、配筋、材料的短柱承载力。可以将钢筋混凝土轴心受压短柱的承载力乘以一个折减系数 0来表示相同截面、配筋和材料的钢筋混凝土轴心受压长柱承载力 Pl:Ps短柱破坏时的轴心压力;Pl 相同截面、配筋和材料的长柱失稳时的轴心压力。1111(6-2)6.1.2 稳定系数 钢筋混凝土轴心受压构件计算中,考虑构件长细比增大的附加效应使构件承载力降低的计算系数称为轴心受压构件的稳定系数,用符号表示。稳定系数是长柱失稳破坏时的临界承载力力 Pl 与短柱压坏时的轴心力 Ps 的比值,表示长柱承载力降低程度。1212 稳定系数主要与构件的长细比有关,混凝土强度等级及
6、纵向钢筋配筋率 对其影响较小。公路桥规根据国内试验资料,考虑到长期荷载作用的影响和荷载初偏心影响,规定了稳定系数值0,见(附表1-9)。1313杆件构件及其两端固定情况计算长度l0直杆两端固定0.5l一端固定,一端为不移动铰0.7l两端均为不移动铰1.0l一端固定,一端自由2.0l构件纵向弯曲计算长度l0值 表6-1注:l 构件支点间长度;6.1.3 正截面承载力计算 配有纵向受力钢筋和普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算式为1414图6-6 普通箍筋柱正截面承载 力计算图式j 稳定系数,按附表1-9取用;A 构件毛截面面积;As 全部纵向钢筋截面面积;fcd 混凝土轴心抗压强度设计值;fs
7、d 纵向普通钢筋抗压强度设计值。(6-7)当纵向钢筋配筋率 =As/A3%,式(6-7)中A应改用混凝土截面净面积An=A-As。1)截面设计15152)截面复核16166.1.4 构造要求1)混凝土:一般采用C30级及以上强度级别的混凝土。2)截面尺寸:构件截面最小尺寸不宜小于250mm。3)纵向钢筋一般采用HPB300级和HRB400级等热轧钢筋,纵向受力钢筋的直径应不小于12mm。在构件截面上纵向受力钢筋至少应有4根并且在截面每一角隅处必须布置一根。纵向受力钢筋的净距不应小于50mm,也不应大350mm;纵向钢筋最小混凝土保护层厚度详见附表1-7。1717 4)箍筋 (1)普通箍筋柱中的
8、箍筋必须做成封闭式.箍筋直径应不小于纵向钢筋直径的1/4,且不小于8mm。(2)箍筋的间距应不大于纵向受力钢筋直径的15倍,且不大于构件截面的较小尺寸(圆形截面采用0.8倍直径),并不大于400mm。(3)在纵向钢筋搭接范围内,箍筋的间距应不大于纵向钢筋直径的10倍且不大于200mm。(4)当纵向钢筋截面积超过混凝土截面面积3%时,箍筋间距应不大于纵向钢筋直径的10倍,且不大于200mm。1818位于箍筋折角处的纵向钢筋定义为角筋。沿箍筋设置的纵向钢筋离角筋间距S 不大于150mm或15倍箍筋直径(取较大者)范围内。若超过此范围设置纵向受力钢筋,应设复合箍筋(图6-9)。复合箍筋是沿构件纵轴方
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