受压构件的截面承载力.pptx
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受压构件的截面承载力.pptx
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受压构件的截面承载力,5.0概述(introduction),一、基本概念1.受压构件:
承受轴向压力为主的构件2.分类:
(1)轴心受压构件(axiallyloadedmembers):
轴向力作用线通过构件截面的几何中心(理论上应为物理中心,即重心)
(2)偏心受压构件(eccentricallyloadedmembers):
轴向力作用线不通过构件截面的几何中心;不通过一个主轴时,为单向偏心;不通过二个主轴时,为双向偏心,受压构件(柱)往往在结构中具有重要作用,一旦产生破坏,往往导致整个结构的损坏,甚至倒塌,分类,Axialload,Uniaxialbending,Biaxialbending,Concretecolumns,Concretecolumns,Shortcolumn(mostcommon):
Concretecolumns,Slendercolumn,5.0概述,3.本章重点:
单向偏心受压构件(或简称偏心受压构件)二、工程应用1.轴心受压构件:
结构的中间柱(近似)2.单向偏心受压构件:
结构的边柱3.双向偏心受压构件:
结构的角柱如下图所示,5.1受压构件一般构造要求(GeneralDetailingRequirementsofCompressionMembers),5.1.1截面形式和截面尺寸1.形式:
矩形、圆形、工形2.尺寸的选择原则:
(1)满足不失稳的要求:
最小高度、刚度要求
(2)符合模板的模数;5.1.2材料强度要求:
1.混凝土:
选择强度等级较高的混凝土,C30、C35、C402.钢筋:
不宜选择高强钢筋:
纵向钢筋一般采用HRB400级、RRB400级和HRB500级钢筋;箍筋一般采用HRB400级、HRB335级钢筋,也可采用HPB300级钢筋。
Concretecolumns,Columnreinforcements,Tiedreinforcement,Spiralreinforcement,Canberound,square,andanyothershapes.,Usuallycircular,butsquareandpolygonalshapeshasalsobeenused.Usedextensivelyinhighseismiczone.,柱中纵向钢筋直径不宜小于12mm;全部纵向钢筋的配筋率不宜大于5%(详见5.2.1节末);全部纵向钢筋配率不应小于附表4-5中给出的最小配筋百分率min(%),且截面一侧纵向钢筋配筋率不应小于0.2%。
图5-1方形、矩形截面箍筋形式,5.1.3纵向钢筋,5.1.4箍筋,为了能箍住纵筋,防止纵筋压曲,柱及其他受压构件中的周边箍筋应做成封闭式;其间距在绑扎骨架中不应大于15d(d为纵筋最小直径),且不应大于400mm,也不大于构件横截面的短边尺寸。
箍筋直径不应小于d/4(d为纵筋最大直径),且不应小于6mm。
图5-1方形、矩形截面箍筋形式,图5-2I形、L形截面箍筋形式,5.1.4箍筋,
(1)采用封闭式
(2)间距不能太大(3)不能采用具有内折角的箍筋图(5-2),最小直径,最大间距简单箍筋,复合箍筋,5.2轴心受压构件正截面受压承载力(CompressionCapacityofAxiallyLoadedMembers),概述1.轴心受压构件分类:
普通箍筋柱:
Tiedcolumn纵筋+普通箍筋(矩形箍筋);螺旋箍筋柱:
Spiralcolumn纵筋+螺旋式箍筋;2.轴压构件中纵筋和箍筋的作用纵筋:
承受压力箍筋:
和纵筋形成骨架,防止纵筋压屈;约束核心混凝土变形,Concretecolumns,Columnreinforcements,Tiedreinforcement,Spiralreinforcement,Canberound,square,andanyothershapes.,Usuallycircular,butsquareandpolygonalshapeshasalsobeenused.Usedextensivelyinhighseismiczone.,Concretecolumns,Spiralvs.tiedreinforcements,Tiedreinforcement,Spiralreinforcement,Lessductile,Moreductile,Wight&MacGreggor,5.2.1轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算,1.受力分析和破坏形态
(1)柱的分类:
短柱(对一般截面L0/i28;对矩形截面L0/b8)、长柱
(2)短柱的试验研究:
随着荷载的增加,柱中开始出现微细裂缝,在临近破坏时,柱四周出现明显的纵向裂缝,箍筋间的纵筋发生压曲,向外凸出,混凝土被压碎,构件宣告破坏。
5.2.1轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算,1)轴力较小时,钢筋和混凝土分别按其模量承担应力:
设柱的压应变为,则钢筋承担的应力为混凝土承担的应力为因为,所以,即钢筋承担的应力大于混凝土承担的应力;2)随着轴向力的增加,因为,钢筋应力增加的幅度大于混凝土增加的幅度;3)当配筋适中时,钢筋应力先达到其屈服强度,然后混凝土达到其极限压应变而告破坏;破坏形态见图5-5。
5.2.1轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算,4)平均意义上讲,均匀受压时混凝土的极限压应变为0.002,因此,此时普通钢筋能达到其屈服强度;高强钢筋不能达到其屈服强度,计算时,只能取:
钢筋不宜采用高强钢筋!
5.2.1轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算,(3)长柱的试验研究:
轴向压力使柱产生侧向弯曲,从而增大了初始偏心矩。
这使得长柱的承载力较同等截面和配筋的短柱承载力小,规范中采用承载力降低系数(称为稳定系数)考虑这种影响(见表5-1),混凝土结构设计规范采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度,5.2.1轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算,2.正截面承载力计算公式几点说明:
A.公式(5-4)适用于普通箍筋短柱和长柱;B.纵筋配筋率不超过5%,以防止卸载时,混凝土拉裂;C.注意柱计算长度的选用;D.关于公式(5-4)前的系数0.9-为了和偏压构件具有相近的可靠度,5.2.2轴心受压螺旋式箍筋柱的正截面受压承载力计算,1.为何使用螺旋式箍筋柱:
截面尺寸受到限制2.为何螺旋式箍筋柱能提高承载力:
利用混凝土三向受压时强度提高的性质3.螺旋式箍筋柱的受力特点:
轴向压力较小时,混凝土和纵筋分别受压,螺旋箍筋受拉但对混凝土的横向作用不明显;接近极限状态时,螺旋箍筋对核芯混凝土产生较大的横向约束,提高混凝土强度,从而间接提高柱的承载能力,这种受到约束的混凝土称为“约束混凝土”4.螺旋箍筋又称为“间接钢筋”,产生“套箍作用”,5.2.2轴心受压螺旋式箍筋柱的正截面受压承载力计算,5.截面承载力计算1)约束混凝土的抗压强度:
2)受压承载力计算公式,5.3偏心受压构件正截面受压破坏形态(FailureModesofCompressionMembersUnderEccentricLoad)试验研究结论:
1)基本符合平均应变平截面假定2)根据的不同,有两种破坏形态,5.3.1偏心受压短柱(shortcolumn)的破坏形态1.受拉破坏形态Tensionfailure(如右图)
(1)相对偏心距较大;
(2)N较小时远侧受拉,近侧受压;(3)N增加后远侧产生横向裂缝;(4)随后远侧纵筋受拉屈服,然后近侧混凝土压碎,构件破坏。
大偏压破坏,5.3.1偏心受压短柱的破坏形态,(5)破坏特征:
相对偏心距较大,称为“大偏心受压”远侧钢筋自始至终受拉且先屈服,又称为“受拉破坏”,5.3.1偏心受压短柱的破坏形态,2.受压破坏形态Compressionfailure(如下图),受压破坏形态的三种情况,
(1)如图(a)所示:
相对偏心距稍大且远侧钢筋较多;A.N较小时,远侧受拉,近侧受压;B.破坏时,远侧钢筋受拉但不能屈服,近侧钢筋受压屈服,近侧混凝土压碎;
(2)如图(b)所示:
相对偏心距较小;A.N较小时,全截面受压(远侧和近侧钢筋均受压);B.远侧受压程度小于近侧受压程度;C.破坏时,远侧钢筋受压但不能屈服,近侧钢筋受压屈服,近侧混凝土压碎;,小偏压破坏,受压破坏形态的三种情况,(3)如上图(c)所示:
相对偏心距极小且近侧钢筋用量远大于远侧钢筋用量时:
A.实际中心轴移动至轴向力作用线右边B.N较小时,全截面受压(远侧和近侧钢筋均受压)C.近侧受压程度小于远侧受压程度D.破坏时,近侧钢筋受压但不能屈服,远侧钢筋受压屈服,远侧混凝土压碎综合
(1)-(3)可知:
(1)远侧钢筋均不能受拉且屈服;以混凝土受压破坏为标志,称为“受压破坏”
(2)相对偏心距较小,称为“小偏心受压”,受压破坏形态的三种情况,综合“受拉破坏”(大偏心)和“受压破坏”(小偏心)可知:
(1)两者的根本区别在于:
远侧的钢筋是否受拉且屈服
(2)前者远侧钢筋受拉屈服,破坏前有预兆,属“延性破坏”(3)后者远侧钢筋不能受拉屈服,破坏时取决于混凝土的抗压强度且无预兆,属“脆性破坏”(4)存在界限破坏(类似受弯构件正截面):
远侧钢筋屈服的同时,近侧混凝土压碎,5.3.2偏心受压长柱的破坏类型(LongColumns),特点:
(1)破坏形式取决于长细比(slendernessratio)
(2)随着长细比的增加,产生纵向弯曲,出现二阶弯矩,破坏由“材料破坏”“失稳破坏”,N,短柱Shortcolumn,长柱Longcolumn(Slendercolumn)(材料破坏),细长柱(失稳破坏),在图5-16中,示出了截面尺寸、配筋和材料强度等完全相同,仅长细比不相同的3根柱,从加载到破坏的示意图。
图5-16不同长细比柱从加荷到破坏的N-M关系,5.4偏心受压构件的二阶效应,轴向压力对偏心受压构件的侧移和挠曲产生附加弯矩和附加曲率的荷载效应称为偏心受压构件的二阶荷载效应,简称二阶效应。
其中,由侧移产生的二阶效应,习称P-效应;由挠曲产生的二阶效应,习称P-效应。
1.杆端弯矩同号时的二阶效应
(1)控制截面的转移,图5-17杆端弯矩同号时的二阶效应(P-效应),5.4.1由挠曲产生的二阶效应(P-)效应P-deltaeffects,
(2)考虑二阶效应的条件杆端弯矩同号时,发生控制截面转移的情况是不普遍的,为了减少计算工作量,混凝土结构设计规范规定,当只要满足下述三个条件中的一个条件时,就要考虑二阶效应:
M1/M20.9或轴压比N/fcA0.9或lc/i34-12(M1/M2),(3)考虑二阶效应后控制截面的弯矩设计值混凝土结构设计规范规定,除排架结构柱外,其他偏心受压构件考虑轴向压力在挠曲杆件中产生的二阶效应后控制截面的弯矩设计值,应按下列公式计算:
2.杆端弯矩异号时的二阶效应,图5-18杆端弯矩异号时的二阶效应(P-效应),虽然轴向压力对杆件长度中部的截面将产生附加弯矩,增大其弯矩值,但弯矩增大后还是比不过端节点截面的弯矩值,即不会发生控制截面转移的情况,故不必考虑二阶效应。
5.4.2由侧移产生的二阶效应(P-效应),图5-19由侧移产生的二阶效应(P-效应),附加弯矩将增大框架柱截面的弯矩设计值,故在框架柱的内力计算中应考虑P-效应。
总之,P-效应是在内力计算中考虑的;P-效应是在杆端弯矩同号,且满足式(5-11a、b、c)三个条件中任一个条件的情况下,必须在截面承载力计算中考虑,其他情况则不予考虑。
5.5矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力基本计算公式DesignEquationsforRectangularSectionMemberUnderEccentricCompressionLoad,5.5.1区分大、小偏心受压破坏形态的界限1.受拉破坏
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