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1、水工钢筋混凝土结构,第六章 受压构件的承载能力,压(拉)力通过构件截面形心轴线时，此构件为轴心受压(拉)构件。压(拉)力不通过构件截面形心轴线或虽通过截面形心轴线但同时作用有弯矩时，构件则为偏心受压(拉)构件 偏心距e0=0时，轴心受压构件;偏心距e0或N=0时，受弯构件;因此偏心受压构件受力性能和破坏形态界于轴心受压构件和受弯构件。,第六章 偏心受力构件承载力,绪论,纵筋,外力作用线与构件形心轴线重合的构件称为轴心受力构件。实际工程中严格意义上的轴心受力构件是不存在的。但当外加荷载的实际微小偏心对构件承载力的影响很小，此时的偏心受力构件可以近似地按轴心受力构件来设计，以简化计算。这样的轴心受
2、力构件有：屋架中的腹杆和下弦杆、等跨框架结构中的内柱、基桩、单纯承受内水压力的管道壁等。,第1节 轴心受压构件,1.轴心受压柱的分类 短柱：承载力取决于截面尺寸和材料强度；长柱：承载力既受截面尺寸和材料强度的影响，又受构件 长细比的影响。即受轴力和二次弯矩的共同作用。长短柱的分界线：矩形截面 圆形截面 任意截面 由于长柱破坏时，其截面上的应力分布是不均匀的。当纵向钢筋和部分的混凝土达到其极限强度时，另外的混凝土则处于稍低的应力状态下（低于其极限强度）；所以长柱的承载力低于相同截面尺寸和材料强度的短柱的承载力。,2.轴心受压短柱的破坏特征 从试验结果可以看出，在轴压力的作用下，截面上的应变分布是
3、均匀的，即钢筋与混凝土有相同的变形；但因二者弹性模量值相差较大，因此钢筋的应力较混凝土的应力高出较多。在混凝土达到极限压应变前，钢筋先达到抗压屈服强度 fy；此后随荷载的增大，混凝土应力快速增长至其抗压强度（或极限压应变cu）而钢筋应力保持不变；柱子四周逐渐出现明显的纵向裂缝，混凝土保护层开始脱落，受压钢筋产生凸出的压屈现象，中间部分混凝土被压碎导致构件破坏。纵筋的作用：承受压力、提高柱延性；箍筋的作用：约束纵筋、限制裂缝开展。,3.轴心受压短柱的应力重分布过程 在整个加载过程中，组成受压短柱的钢筋和混凝土的应力不是成比例的增大，而是根据应变的大小按各自的应力应变关系变化，这种现象称为应力重分
4、布过程。4.截面分析的基本方程 平衡方程：协调方程：物理方程：混凝土 钢 筋,5.荷载变形关系 第一阶段：当本阶段后期荷载较大时，混凝土处于弹塑性阶段，引入割线模量 Ec=uEc，有：第二阶段：当纵向钢筋屈服后，钢筋的应力不再变化，而混凝土压应力快速增长。,第三阶段：当c=0.002时，钢筋与混凝土的应力不再变化直至达到极限压应变，混凝土被压碎，而柱达到极限承载力。若s=0=0.002，则ss=0.002Es=400MPa，轴心受压短柱中，当钢筋的强度超过400MPa时，其强度不能充分发挥。6.轴心受压短柱的承载力 试验结果表明，压应力为最大时，短柱混凝土的压应变为0.00250.0035，纵
5、向受力钢筋早达到屈服强度。因此可偏安全地取混凝土的极限压应变为0.002作为受压钢筋设计抗压强度取值的依据，并认为受压钢筋与混凝土达到其各自的强度设计值。,由上述条件可得出轴心受压短柱破坏时的截面应力图形并由应力图形导出钢筋混凝土轴心受压短柱的承载力计算式：承载力计算包含：（1）截面设计；（2）截面校核。（1）截面设计:选择截面尺寸、材料强度等级 查得设计参数 计算受压钢筋截面积 选配钢筋。（2）截面校核:由设计参数和材料强度设计值 计算构件能承受的最大轴向压力设计值 与给定的条件进行比较。,7.长期荷载下徐变的影响 施加Nc后的瞬时，钢筋与混凝土的应力为：经历徐变后 由平衡方程 Nc撤去后，
6、钢筋仍承受压应力，但 混凝土转为承受拉应力：,8.轴心受压长柱的破坏特征 长柱的承载力短柱的承载力（相同材料、截面和配筋）；原因：长柱受轴力和弯矩（二次弯矩）的共同作用。由于长柱的承载力低于相同截面尺寸和材料强度的短柱的承载力。规范采用稳定系数j来反映长柱承载力降低的程度，因此有：从试验结果的分析和理论计算可知受压柱的稳定系数 j与构件的长细比l、材料强度等级、钢筋的配筋率等有关。构件的长细比l 按下式计算：矩形截面 其他截面,9.轴心受压长柱的稳定系数 根据试验结果进行统计分析，得出下列计算式；为保证安全，规范取值小于下述公式的计算结果。,轴心受压构件的稳定系数,10.承载力计算 由稳定系数
7、j的定义，可导出 除需计算稳定系数外，轴心受压长柱的截面设计及承载力校核的计算步骤同受压短柱。,11.轴心受压柱的构造规定(1)截面形状和截面尺寸 截面形式多采用矩形。特殊场合采用正多边形或圆形。矩形截面的短边边长300mm；正多边形(圆形)截面直 径300mm。同时有必要限制柱的长细比。轴压柱满足 l 30，偏压柱满足l 25。为方便施工，截面尺寸一 般取整数且应符合模数制。(2)材料强度 柱混凝土宜采用高强度等级（C25、C30）；构件尺寸 由构造规定确定时，可以采用较低等级的混凝土。柱纵向受力钢筋宜采用强度等级较低的钢筋（HPB235、HRB335和HRB400）。,(3)纵筋的布置 纵
8、向受力钢筋宜沿截面周边均匀布置，钢筋的中心距宜在 70mm350mm之间，否则须另加受力钢筋或构造钢筋。纵向受力钢筋根数不得少于4根，直径宜在12mm32mm 之间，尽可能选用较粗的钢筋。纵筋的配筋率宜在于0.45之间，应对钢筋配筋率加 以限制。纵筋最少根数：矩形为4根；圆形为8根。(4)纵筋保护层厚度 受力钢筋外表面至截面边缘的距离为混凝土保护层厚度。正常环境条件下，混凝土保护层最小厚度取30mm，环境 条件差时，可取较大值。,(5)箍筋 箍筋的作用：约束纵向钢筋、限制裂缝开展、承受水平剪 力、增加构件延性、宜绑扎成受力骨架，便于施工。箍筋直径：热轧钢筋直径6mm12mm（特殊时可取更大 直径）；冷拉钢筋直径取d/5和5mm中较大者。箍筋间距：绑扎骨架时，箍筋间距15d；焊接骨架时，箍筋间距20d且均应截面短边尺寸。(6)附加箍筋 当截面尺寸较大或纵筋数量较多时，为防止箍筋弯曲，应 设置附加箍筋，附加箍筋的直径间距要求同一般箍筋，其 形状按安全、可靠、易于施工等原则确定,第六章 偏心受力构件承载力,绪论,纵筋,
