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1、第六章钢筋混凝土受拉构件承载力计算,轴心受拉构件正截面承载力计算,大小偏心受拉构件的界限,小偏心受拉构件正截面承载力计算,大偏心受拉构件正截面承载力计算,一,二,三,四,偏心受拉构件对称配筋的计算,五,偏心受拉构件斜截面承载力计算,六,一、受拉构件的类型 构件上作用有轴向拉力时称为受拉构件。 当轴向拉力作用点与截面重心重合时,称为轴心受拉构件; 当轴向拉力作用点偏离截面重心,或构件截面上既作用有轴心拉力又作用有弯矩时,称为偏心受拉构件。,内水压力作用下管壁轴心受拉,土压力与内水压力共同作用下管壁偏心受拉,二、受拉构件的构造要求 1.纵向受拉钢筋 (1)为了增强钢筋与混凝土之间的粘结力并减少构件
2、的裂缝开展宽度,受拉构件的纵向受力钢筋宜采用直径稍细的变形钢筋。轴心受拉构件的受力钢筋应沿构件周边均匀布置;偏心受拉构件的受力钢筋布置在垂直于弯矩作用平面的两边。 (2)轴心受拉和小偏心受拉构件(如桁架和拱的拉杆)中的受力钢筋不得采用绑扎接头;大偏心受拉构件中的受拉钢筋,当直径大于28mm时,也不宜采用绑扎接头。 (3)为了避免受拉钢筋配置过少引起的脆性破坏,受拉钢筋的用量不应小于最小配筋率配筋。具体规定见附表42。 (4)纵向钢筋的混凝土保护层厚度的要求与梁相同。,二、受拉构件的构造要求 2.箍筋 在受拉构件中,箍筋的作用是与纵向钢筋形成骨架,固定纵向钢筋在截面中的位置;对于有剪力作用的偏心
3、受拉构件,箍筋主要起抗剪作用。受拉构件中的箍筋,其构造要求与受弯构件箍筋相同。,一、轴心受拉构件正截面承载力计算,钢筋混凝土轴心受拉构件,在开裂以前混凝土与钢筋共同承担拉力;混凝土开裂以后,裂缝截面与构件轴线垂直,并贯穿于整个截面。在裂缝截面上,混凝土退出工作,全部拉力由纵向钢筋承担。破坏时整个截面裂通,纵筋应力达到抗拉强度设计值。,轴心受拉构件破坏时截面的应力状态如图6-2所示。按照承载力极限状态设计原则及内力平衡条件可得: K N fy As,式中N轴向拉力设计值; K承载力安全系数; As全部纵向受拉钢筋截面面积。 受拉钢筋截面面积按式(6-1)计算得: As = KN/fy (6-2)
4、 注意:轴心受拉构件的钢筋用量并不完全由强度要求决定,在许多情况下,裂缝宽度对纵筋用量起决定作用。,K N fy As,案例6-1,某2级水工建筑物,压力水管内半径r800mm,管壁厚120mm,采用C25混凝土和HRB335级钢筋,水管内水压力标准值pk0.2N/mm2,承载力安全系数K1.20,试进行配筋计算。,解:,忽略管壁自重的影响,并考虑管壁厚度远小于水管半径,则可认为水管承受沿环向的均匀拉应力,所以压力水管承受内水压力时为轴心受拉构件。可变荷载(内水压力)属于一般可变荷载,计算内力时应乘以系数1.20。钢筋强度 fy300 N/mm2。 管壁单位长度(取b1000mm)内承受的轴向
5、拉力设计值为: N1.20pk rb1.200.28001000192000 N 钢筋截面面积 AsKN / fy1.20192000/300768mm2 管壁内外层各配置 10200(As786mm2)。 配筋图见下页。,解:,忽略管壁自重的影响,并考虑管壁厚度远小于水管半径,则可认为水管承受沿环向的均匀拉应力,所以压力水管承受内水压力时为轴心受拉构件。可变荷载(内水压力)属于一般可变荷载,计算内力时应乘以系数1.20。钢筋强度 fy300 N/mm2。 管壁单位长度(取b1000mm)内承受的轴向拉力设计值为: N1.20pk rb1.200.28001000192000 N 钢筋截面面积
6、 AsKN / fy1.20192000/300768mm2 管壁内外层各配置 10200(As786mm2)。 配筋图见下页。,二、大小偏心受拉构件的界限,如图所示,距轴向拉力N较近一侧的纵向钢筋为As,较远一侧的纵向钢筋为As。试验表明,根据轴向力偏心距e0的不同,偏心受拉构件的破坏特征可分为以下两种情况。,(1)轴向拉力作用在钢筋As和As之外,即偏心距e0h/2-as时,称为大偏心受拉。如图6-4(a)所示。 (2)轴向拉力N作用在钢筋As与As之间,即偏心距e0h/2-as时,称为小偏心受拉。如图6-4(b)所示。,因此,只要拉力N作用在钢筋As与As之间,不管偏心距大小如何,构件破
7、坏时均为全截面受拉,拉力由As与As共同承担,构件受拉承载力取决于钢筋的抗拉强度。 可见,轴向拉力是作用在钢筋As和As之外还是作用在As和As之间,是划分大小偏心受拉的界限。,三、小偏心受拉构件正截面受拉承载力计算,小偏心受拉构件在轴向力作用下,截面达到破坏时,全截面开裂,拉力全部由钢筋As和As承担,其应力均达到屈服强度。根据承载力计算简图及内力平衡条件,并满足承载能力极限状态设计表达式的要求,建立公式如下: KNefyAs(h0-as) KNefyAs(h0-as ),式中e 轴向拉力N至钢筋As合力点之间的距离, e= h/2ase0; e 轴向拉力N至钢筋As合力点之间的距离, e
8、= h/2ase0; e0为轴向拉力N对截面重心的偏心距, e0 = M /N 。,KNefyAs(h0- as)KNefyAs(h0-as ),截面设计时,由式(6-3)和(6-4)可求得钢筋的截面面积为 As及As均应满足最小配筋率的要求。,案例 6-2,某钢筋混凝土输水涵洞为2级建筑物,涵洞截面尺寸如图6-6示。该涵洞采用C25混凝土及HRB335级钢筋(fy =300N/mm2),使用期间在自重、土压力及动水压力作用下,每米涵洞长度内,控制截面A-A的内力设计值M= 36.4kNm,N =338.8kN,K=1.20,as = as=60mm,涵洞壁厚为550mm,试配置A-A截面的钢
9、筋。,图328 输水涵洞截面与AA截面配筋图,解:,(1)判别偏心受拉构件类型 h0 =has = 55060= 490mm e0 = M/N = 36.4/338.8 = 0.107m = 107mm h/2as = 550/260 = 215mm 属于小偏心受拉构件。 (2)计算纵向钢筋As和As e =h/2ase0 = 550/260107=108mm e= h/2ase0 = 550/260107=322mm,根据式(6-5)和(6-6)得: =1015mm2 minbh0=0.2%1000490 =980mm2 mm2 minbh0 = 0.2%1000490 =980mm2 (3
10、)选配钢筋并绘制配筋图 由于As及As均应满足最小配筋率的要求,所以内外侧钢筋各选配 14150(As= As=1026mm2/m),分布钢筋选用10200。,四、大偏心受拉构件正截面承载力计算,大偏心受拉构件的破坏形态与大偏心受压柱相似,即在受拉一侧混凝土发生裂缝后,钢筋承受全部拉力,而在另一侧形成受压区。随着荷载的增加,裂缝继续开展,受压区混凝土面积减小,最后受拉钢筋先达到屈服强度fy,随后受压区混凝土被压碎而破坏。计算时所采用的应力图形与大偏心受压柱相似。 因此,其计算公式及步骤与大偏心受压柱也相似,但轴向力N的方向相反。,基本公式,截面设计,承载力复核,(一),(二),(三),(一)基
11、本公式,大偏心受拉构件正截面承载力计算简图,根据图(6-7)所示的大偏心受拉构件正截面承载力计算简图及内力平衡条件,并满足承载能力极限状态设计表达式的要求,可得矩形截面大偏心受拉构件正截面受拉承载力计算的基本公式: KNfyAsfcbxfyAs (6-7) KNefcbx(h00.5x)+fyAs(h0as) (6-8),式中 e 轴向力N作用点到近侧受拉钢筋As合力点之间的距 离,e = e0h / 2as; 基本公式的适用条件为:x0.85bh0;x2as。,KNfyAsfcbxfyAs (6-7) KNefcbx(h00.5x)+fyAs(h0as) (6-8),为了计算方便,可将基本公
12、式改写如下: 将x=h0代入基本公式中,并令s=(1-0.5),可得: KN fyAs -fc bh0 -fyAs,KN fyAs fcbx fyAs,(6-7),(6-8),(6-9),(6-10),当x2as时,则上述两式不再适用。此时,可假设混凝土压力合力点与受压钢筋As合力点重合,取以As为矩心的力矩平衡方程得: KNefyAs(h0as) (6-11) 式中e轴向力N作用点到受压钢筋As合力点之间的距 离,e=e0h/2as。,(二)截面设计,当已知截面尺寸、材料强度及偏心拉力计算值N,按非对称配筋方式进行矩形截面大偏心受拉柱截面设计时,将会遇到以下两种情况: (1)As和As均未知
13、 这种情况下,两个基本公式中有三个未知数As、 As和,需要补充一个条件才能求解。通常以钢筋总用量(As As )最省作为补充条件。应充分发挥混凝土的抗压作用,即取x=0.85bh0。此时0.85b,ssmax=0.85b(1-0.50.85b)。,将ssmax代入式(6-10)得:,(1)若Asminbh0,则将As 和0.85b代入式(6-9)求As (2)若Asminbh0,则取As=minbh0,然后按第二种已知As的情况求As。 按式(6-13)求出的As若小于minbh0,则按As=minbh0配筋。,(6-12),(6-13),(2)已知As,求As 这种情况下,基本公式中有两个
14、未知数和As,直接利用基本公式求出两个未知数和As,步骤如下: x = h0 若2asxbh0时,由实用公式(6-7)计算As。,若x0.85bh0时,说明已配置的受压钢筋As数量不足。则按第一种情况重新计算As和As; 若x2as时,由式(6-11)计算As。 As一般可按最小配筋率并满足构造要求配置。大偏心受压柱截面设计计算步骤见图6-8。,图6-8 大偏心受拉构件正截面受拉承载力计算流程图,(三)承载力复核,当截面尺寸、材料强度及配筋面积已知,要复核截面的承载力是否满足要求时,可联立式(6-7)及式(6-8)求得x。 若2asx0.85bh0时,将x代入式(6-7)复核承载力,当式(6-
15、7)满足时,截面承载力满足要求,否则不满足要求。 若x0.85bh0时,取x=0.85bh0代入式(6-8)复核承载力,当式(6-8)满足时,截面承载力满足要求,否则不满足要求。,若x2as时,由式(6-11)复核截面承载力。当式(6-11)满足时,截面承载力满足要求,否则不满足要求。,案例 6-3,某渡槽(3级建筑物)底板设计时,沿水流方向取单宽板带为计算单元(取b =1000mm),取底板厚度h300mm,计算简图如图6-9所示,已知跨中截面上弯矩设计值M = 33.07kNm(底板下部受拉),轴心拉力设计值N =17.01kN,K1.20,as=as=40mm,采用C25混凝土(fc=1
16、1.9N/mm2)及HRB335级钢筋(fy= fy=300N/mm2),配置跨中截面的钢筋并绘制配筋图。,图6-9 渡槽底板计算简图,解:,(1)判别偏心受拉构件类型 e0=M/N=33.07/17.01=1.944m h/2as =0.3/20.04 =0.11m 属于大偏心受拉构件。 (2)计算受压钢筋As h0 = has =30040=260mm e =e0h/2as=1944300/240=1834mm 当x=0.85bh0时,s=smax=0.386代入公式得:,按构造规定配置 12/14200 (As=668mm2 minbh0 = 0.0021000260=520mm2),此
17、时,本题转化为已知As,求As,计算方法与大偏心受压柱相似. (3)已知As求As,x2as=240=80mm,则As应按式(6-11)计算。 e=e0 h/2as= 1944300/240 = 2054mm minbh0= 0.0021000260=520mm2,(4)选配钢筋并绘制配筋图 受拉钢筋选用 12/14200(实际钢筋面积As=668mm2),分布钢筋选用8200,配筋图如图6-10所示。,图6-10 渡槽底板截面配筋图,对称配筋的偏心受拉构件,不论大小偏心受拉情况,均按小偏心受拉构件的公式计算As及As,同时应满足最小配筋率的要求。,五、偏心受拉构件对称配筋的计算,当偏心受拉构
18、件同时作用有剪力时,应进行斜截面受剪承载力的计算。轴向拉力N的存在会使构件更容易出现斜裂缝,使原来不贯通的裂缝有可能贯通,使剪压区面积减小。因此,与受弯构件相比,偏心受拉构件的斜截面受剪承载力要低一些。 为了与受弯构件的斜截面受剪承载力计算公式相协调,矩形、T形和工形截面的偏心受拉构件斜截面受剪承载力计算公式为: KVVc+Vsv+Vsb-0.2N (6-14),六、偏心受拉构件斜截面受剪承载力计算,式中 N 与剪力设计值V相应的轴向拉力设计值。 当上式右边的设计值小于(Vsv+Vsb)时,应取为(Vsv+Vsb),且箍筋的受剪承载力Vsv值不得小于0.36ftbh0。 受拉构件斜截面受剪承载力的计算步骤与梁类似。 矩形、T形和工形截面的偏心受拉构件,其截面尺寸应满足下式要求: KV0.25fcbh0 (6-15),