第六章第六章 钢筋混凝土偏心受力构件钢筋混凝土偏心受力构件苏州科技学院苏州科技学院 土木工程学院土木工程学院唐兴荣唐兴荣 博博 士士 教教 授授二二O O一二年元月一二年元月第一节第一节 偏心受压构件构造要求偏心受压构件构造要求1 1、截面形式及尺寸、截面形式及尺寸 为了施工支模方便，柱截面尺寸宜取模数，在为了施工支模方便，柱截面尺寸宜取模数，在800mm以下者，取以下者，取50mm的的倍数；倍数；800mm以上者，取以上者，取100mm的倍数的倍数 框架柱的截面尺寸宜符合以下各项要求：框架柱的截面尺寸宜符合以下各项要求： 截面的宽度和高度：四级或不超过截面的宽度和高度：四级或不超过2层时，不宜小于层时，不宜小于300mm 一、二、三级且超过一、二、三级且超过2层时，不宜小于层时，不宜小于400mm 圆柱的直径：圆柱的直径： 四级或不超过四级或不超过2层时，不宜小于层时，不宜小于350mm 一、二、三级且超过一、二、三级且超过2层时，不宜小于层时，不宜小于450mm 剪跨比宜大于剪跨比宜大于2； 截面长边与短边的边长之比不宜大于截面长边与短边的边长之比不宜大于3 2、纵向受力钢筋、纵向受力钢筋 ?标准标准?(GB50010-2021)规定：规定： 受压构件全部纵向钢筋最小配筋率取受压构件全部纵向钢筋最小配筋率取0.50%强度等级强度等级500Mpa，0.55%强度强度等级等级400Mpa、0.60%强度等级强度等级300Mpa、335Mpa 全部纵向钢筋配筋率不宜大于全部纵向钢筋配筋率不宜大于5%。 配筋过多将给施工带来困难，也不经济配筋过多将给施工带来困难，也不经济 纵向受力钢筋的直径一般不宜小于纵向受力钢筋的直径一般不宜小于12mm，通常在，通常在12mm 32mm范围内选用范围内选用 纵向受力钢筋的直径应采用得较大一些，以增大施工时钢筋骨架的刚度和减小纵向受力钢筋的直径应采用得较大一些，以增大施工时钢筋骨架的刚度和减小钢筋纵向压曲的可能性钢筋纵向压曲的可能性 柱内纵向钢筋的净距不应小于柱内纵向钢筋的净距不应小于50mm，且不宜大于，且不宜大于300mm。 偏心受压构件中，纵向受力钢筋应沿截面短边设置偏心受压构件中，纵向受力钢筋应沿截面短边设置 当截面高度当截面高度h600mm时，为承受混凝土的收缩应力和温度应力，在侧面应设置直时，为承受混凝土的收缩应力和温度应力，在侧面应设置直径不小于径不小于10mm的纵向构造钢筋，并相应地设置复合箍筋或拉筋图示。的纵向构造钢筋，并相应地设置复合箍筋或拉筋图示。 偏压构件中，垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力钢筋的中距不宜大于偏压构件中，垂直于弯矩作用平面的侧面上的纵向受力钢筋的中距不宜大于300mm。 3 3、箍筋、箍筋 柱柱中中及及其其他他受受压压构构件件中中的的周周边边箍箍筋筋应应做做成成封封闭闭式式，箍箍筋筋末末端端应应作作13501350的的弯弯钩钩，弯钩末端平直段长度不应小于弯钩末端平直段长度不应小于5d5dd d为箍筋直径。为箍筋直径。 箍筋的间距箍筋的间距 ： 不不应应大大于于400mm400mm及及构构件件截截面面的的短短边边尺尺寸寸b b，且且不不应应大大于于15d15dd d为为纵纵向向钢钢筋筋的的最最小直径小直径 箍筋的直径：箍筋的直径： 不应小于不应小于d/4d/4，且不应小于，且不应小于6mm6mmd d为纵向钢筋的最大直径为纵向钢筋的最大直径 当当柱柱中中全全部部纵纵向向受受力力钢钢筋筋的的配配筋筋率率超超过过3%3%时时，箍箍筋筋直直径径不不宜宜小小于于8mm8mm，箍箍筋筋间间距不应大于距不应大于10d10dd d纵向钢筋的最小直径，且不应大于纵向钢筋的最小直径，且不应大于200mm200mm。 当柱的截面短边大于当柱的截面短边大于400mm400mm，且纵向钢筋多于，且纵向钢筋多于3 3根时，根时， 当柱截面短边尺寸不大于当柱截面短边尺寸不大于400400，但各边纵筋多于，但各边纵筋多于4 4根时根时 应设置应设置复合箍筋复合箍筋图图6-3 偏心受压柱的钢筋偏心受压柱的钢筋 偏偏压压构构件件的的混混凝凝土土强强度度等等级级不不应应低低于于C20，采采用用强强度度等等级级400Mpa及及以以上上的的钢钢筋时，混凝土强度等级不应低于筋时，混凝土强度等级不应低于C25 偏压构件中纵向钢筋应采用偏压构件中纵向钢筋应采用HRB400HRB400、HRB500HRB500、HRBF400HRBF400、HRBF500HRBF500级。级。4 4、材料强度等级、材料强度等级第二节第二节 偏心受压构件的受力性能偏心受压构件的受力性能一、偏心受压短柱的破坏形态一、偏心受压短柱的破坏形态 在荷载作用下靠近纵向力的一侧受压，另一侧受拉，随着荷载的增加，在荷载作用下靠近纵向力的一侧受压，另一侧受拉，随着荷载的增加，首先在受拉区产生横向裂缝，随着裂缝的不断开展，并向截面内部开展，首先在受拉区产生横向裂缝，随着裂缝的不断开展，并向截面内部开展，受压区高度逐渐减小。当荷载增大到一定程度后，受拉钢筋首先到达屈服，受压区高度逐渐减小。当荷载增大到一定程度后，受拉钢筋首先到达屈服，由于钢筋的塑性变形的开展，裂缝不断开展，受压区高度进一步减小，最由于钢筋的塑性变形的开展，裂缝不断开展，受压区高度进一步减小，最后当受压区混凝土边缘到达极限压应变被压碎，导致构件破坏后当受压区混凝土边缘到达极限压应变被压碎，导致构件破坏 与适筋的与适筋的双筋受弯构件类似双筋受弯构件类似 大偏心受压破坏大偏心受压破坏图图6-4 6-4 大偏心破坏形态大偏心破坏形态 当偏心距当偏心距e0很小时，构件全截面受压，靠近轴向力一侧压应力较大，而很小时，构件全截面受压，靠近轴向力一侧压应力较大，而另一侧压应力较小，当荷载增加到一定程度时，靠近轴向力一侧的钢筋到另一侧压应力较小，当荷载增加到一定程度时，靠近轴向力一侧的钢筋到达抗压屈服强度，同一侧的混凝土也随即到达极限压应变而压碎，而远离达抗压屈服强度，同一侧的混凝土也随即到达极限压应变而压碎，而远离轴向力一侧钢筋可能受拉而不屈服或受压。轴向力一侧钢筋可能受拉而不屈服或受压。 小偏心受压破坏小偏心受压破坏 当偏心距较大时，构件大局部截面受压。由于中和轴靠近受拉一侧，当偏心距较大时，构件大局部截面受压。由于中和轴靠近受拉一侧，截面受拉边缘的拉应力很小，受拉区混凝土有可能开裂，也可能不开裂，截面受拉边缘的拉应力很小，受拉区混凝土有可能开裂，也可能不开裂，且不管受拉钢筋配置多少，受拉钢筋中的应力都很小。最后构件由于受压且不管受拉钢筋配置多少，受拉钢筋中的应力都很小。最后构件由于受压钢筋到达抗压屈服强度，同时受压区混凝土到达极限压应变而发生破坏。钢筋到达抗压屈服强度，同时受压区混凝土到达极限压应变而发生破坏。 假设构件受拉钢筋配置过多，尽管偏心距较大，受拉钢筋在构件到达假设构件受拉钢筋配置过多，尽管偏心距较大，受拉钢筋在构件到达破坏时达不到屈服，破坏仍然是由于受压区混凝土到达极限压应变而被压破坏时达不到屈服，破坏仍然是由于受压区混凝土到达极限压应变而被压碎。碎。 总总 结：结： 破坏特征破坏特征 受拉破坏受拉破坏：受拉钢筋先屈服而后受压区混凝土被压碎：受拉钢筋先屈服而后受压区混凝土被压碎 受压破坏受压破坏：混凝土先被压碎，远侧钢筋可能受拉也可能受压，但都不屈服：混凝土先被压碎，远侧钢筋可能受拉也可能受压，但都不屈服 界限破坏界限破坏 在受拉破坏形态和受压破坏形态之间的一种破坏形态，即受拉钢筋屈服的在受拉破坏形态和受压破坏形态之间的一种破坏形态，即受拉钢筋屈服的同时受压区混凝土被压碎。同时受压区混凝土被压碎。二、长柱的正截面受压破坏二、长柱的正截面受压破坏(1.25(1.25是考虑柱在长期荷载作用下是考虑柱在长期荷载作用下, ,混凝土徐变引起应变增大系数混凝土徐变引起应变增大系数) )四、附加偏心矩四、附加偏心矩ea第四节第四节 矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力计算矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力计算一、大偏心受压构件一、大偏心受压构件 适用条件适用条件二、小偏心受压构件二、小偏心受压构件 适用条件适用条件 为了防止这种情况的发生，对小偏心受压构件除了按式为了防止这种情况的发生，对小偏心受压构件除了按式(6-2)和式和式(6-3)计算计算外，还应满足以下条件：外，还应满足以下条件：三、大小偏心受压构件的界限判别三、大小偏心受压构件的界限判别四、矩形截面对称配筋的计算方法四、矩形截面对称配筋的计算方法讨论：讨论：2 2小偏心受压构件计算小偏心受压构件计算3 3、截面复核、截面复核讨论讨论：讨论：讨论：【解】【解】【解】【解】五、偏心受压构件裂缝宽度验算五、偏心受压构件裂缝宽度验算 当当e0/h0大于大于0.55时，应进行裂缝宽度验算，以满足正常使用要求时，应进行裂缝宽度验算，以满足正常使用要求 裂缝宽度计算要求、方法、内容与受弯构件相仿裂缝宽度计算要求、方法、内容与受弯构件相仿（5-29）构件受力特征系数构件受力特征系数 受弯构件、偏心受压构件，受弯构件、偏心受压构件，1.9 偏心受拉受拉构件，偏心受拉受拉构件，2.4 轴心受拉构件，轴心受拉构件，2.7第七节第七节 偏心受拉构件承载力计算偏心受拉构件承载力计算一一、两类偏心受拉构件的判别、两类偏心受拉构件的判别 二二、大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 非对称配筋非对称配筋 三三、小偏心受拉构件正截面承载力计算、小偏心受拉构件正截面承载力计算 （6-20）（6-21）【解】【解】第八节 偏心受力构件斜截面受剪承载力一、偏心受压构件斜截面受剪承载力一、偏心受压构件斜截面受剪承载力 轴向力对构件的受剪承载力其有利作用轴向力对构件的受剪承载力其有利作用 (轴向力能阻滞斜裂缝的出现和开展，增加了混凝土剪压区高度，从而提轴向力能阻滞斜裂缝的出现和开展，增加了混凝土剪压区高度，从而提高混凝土承担的剪力高混凝土承担的剪力) 轴向压力对箍筋所承担的剪力没有明显影响轴向压力对箍筋所承担的剪力没有明显影响 (在轴压比限值范围内，斜截面水平投影长度与相同参数的无轴向力梁相在轴压比限值范围内，斜截面水平投影长度与相同参数的无轴向力梁相比根本不变比根本不变) 轴向压力对构件受剪承载力的有利作用是有限度的轴向压力对构件受剪承载力的有利作用是有限度的 (当轴压比在当轴压比在0.30.5的范围内时，受剪承载力到达最大值，；假设再增加的范围内时，受剪承载力到达最大值，；假设再增加轴向压力，将导致受剪承载力的降低，并转变为带斜裂缝的正截面小偏轴向压力，将导致受剪承载力的降低，并转变为带斜裂缝的正截面小偏心受压破坏心受压破坏) 矩形、T形和I形截面钢筋混凝土偏压构件斜截面受剪承载力（6-18）二、偏心受拉构件斜截面受剪受剪承载力二、偏心受拉构件斜截面受剪受剪承载力 轴向拉力使斜截面受剪承载力明显降低轴向拉力使斜截面受剪承载力明显降低 在轴向拉力作用下，构件上可能产生横贯全截面、垂直于杆轴的初始垂直裂在轴向拉力作用下，构件上可能产生横贯全截面、垂直于杆轴的初始垂直裂缝；施加横向荷载后，构件顶部裂缝闭合而底部裂缝加宽，且斜裂缝可能直缝；施加横向荷载后，构件顶部裂缝闭合而底部裂缝加宽，且斜裂缝可能直接穿过初始垂直裂缝向上开展，也可能沿初始垂直裂缝延伸再斜向开展。斜接穿过初始垂直裂缝向上开展，也可能沿初始垂直裂缝延伸再斜向开展。斜裂缝呈现宽度较大、倾角较大，斜裂缝末端剪压区高度减小，甚至没有剪压裂缝呈现宽度较大、倾角较大，斜裂缝末端剪压区高度减小，甚至没有剪压区，从而截面的受剪承载力要比受弯构件的受剪承载力有明显降低区，从而截面的受剪承载力要比受弯构件的受剪承载力有明显降低 轴向拉力对箍筋的抗剪承载力几乎没有影响轴向拉力对箍筋的抗剪承载力几乎没有影响 矩形、矩形、T形和形和I形截面钢筋混凝土偏压构件斜截面受剪承载力形截面钢筋混凝土偏压构件斜截面受剪承载力（6-23）