混凝土构造设计原理混凝土构造设计原理第第 3 章章 轴心受力构件心受力构件教材陈教材陈 平平课件制造：马乐为课件制造：马乐为课件审查：李晓文课件审查：李晓文第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算轴心受拉构件承载力计算轴心受拉构件承载力计算重点：重点：重点：重点：轴心受压构件承载力计算轴心受压构件承载力计算第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算1 轴心受压构件的实践运用轴心受压构件的实践运用 第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算框架构造中的柱框架构造中的柱 (Columns of Frame Structure)第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算屋架构造中的上弦杆屋架构造中的上弦杆 (Top Chord of Roof Truss Structure)第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算桩根底桩根底 (Pile Foundation)第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算2 普通箍筋柱与螺旋箍筋柱普通箍筋柱与螺旋箍筋柱 实实践工程构造中，普通把接受践工程构造中，普通把接受践工程构造中，普通把接受践工程构造中，普通把接受轴轴向向向向压压力的力的力的力的钢钢筋混凝土柱按照筋混凝土柱按照筋混凝土柱按照筋混凝土柱按照箍筋的作用及配置方式分箍筋的作用及配置方式分箍筋的作用及配置方式分箍筋的作用及配置方式分为为两种：两种：两种：两种： 普通箍筋柱普通箍筋柱普通箍筋柱普通箍筋柱Tied ColumnsTied Columns 配有配有配有配有纵纵向向向向钢钢筋和普通箍筋的柱筋和普通箍筋的柱筋和普通箍筋的柱筋和普通箍筋的柱 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱Spiral ColumnsSpiral Columns 配有配有配有配有纵纵向向向向钢钢筋和螺旋箍筋的柱筋和螺旋箍筋的柱筋和螺旋箍筋的柱筋和螺旋箍筋的柱 纵纵筋的作用：筋的作用：筋的作用：筋的作用： 提高承提高承提高承提高承载载力，减小截面尺寸力，减小截面尺寸力，减小截面尺寸力，减小截面尺寸 提高混凝土的提高混凝土的提高混凝土的提高混凝土的变变形才干形才干形才干形才干 抵抗构件的偶抵抗构件的偶抵抗构件的偶抵抗构件的偶尔尔偏心偏心偏心偏心 减小混凝土的收减小混凝土的收减小混凝土的收减小混凝土的收缩缩与徐与徐与徐与徐 第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算普通钢箍柱普通钢箍柱Tied ColumnsTied Columns螺旋钢箍柱螺旋钢箍柱Spiral ColumnsSpiral Columns2/2第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算3 短柱与长柱短柱与长柱 短柱短柱短柱短柱Short ColumnsShort Columns是如何构成是如何构成是如何构成是如何构成 的？的？的？的？ 我我我我们们通常将柱的截面尺寸与柱通常将柱的截面尺寸与柱通常将柱的截面尺寸与柱通常将柱的截面尺寸与柱长长之比之比之比之比较较小的柱，称小的柱，称小的柱，称小的柱，称为为短柱。在短柱。在短柱。在短柱。在实实践构造中，践构造中，践构造中，践构造中，带带窗窗窗窗间墙间墙的柱、高的柱、高的柱、高的柱、高层层建筑地下建筑地下建筑地下建筑地下车库车库的柱子，以及楼的柱子，以及楼的柱子，以及楼的柱子，以及楼梯梯梯梯间处间处的柱都容易构成短柱。的柱都容易构成短柱。的柱都容易构成短柱。的柱都容易构成短柱。 窗间墙的短柱窗间墙的短柱第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算 受受受受压压短柱的破坏短柱的破坏短柱的破坏短柱的破坏过过程程程程n 在开场加载时，混凝土和钢筋都处于弹性任务阶段，钢筋和混凝土的应力根本上按弹性模量的比值来分配。n 随着荷载的添加，混凝土应力的添加愈来愈慢，而钢筋的应力根本上与其应变成正比添加，柱子变形添加的速度就快于外荷添加的速度。随着荷载的继续添加，柱中开场出现微小的纵向裂痕。应力力轴力轴力混凝土的应力增长钢筋应力增长第四章第四章 受弯构件受弯构件 3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算n 在临近破坏荷载时，在临近破坏荷载时，柱身出现很多明显的纵柱身出现很多明显的纵向裂痕，混凝土维护层向裂痕，混凝土维护层剥落，箍筋间的纵筋被剥落，箍筋间的纵筋被压曲向外鼓出，混凝土压曲向外鼓出，混凝土压碎。压碎。n 柱子发生破坏时，柱子发生破坏时，混凝土的应变到达其抗混凝土的应变到达其抗压极限应变，而钢筋的压极限应变，而钢筋的应力普通小于其屈服强应力普通小于其屈服强度。度。第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算 什么是什么是什么是什么是长长柱柱柱柱Slender ColumnsSlender Columns 我我我我们们通常将截面尺寸与柱通常将截面尺寸与柱通常将截面尺寸与柱通常将截面尺寸与柱长长之比之比之比之比较较大的柱定大的柱定大的柱定大的柱定义为长义为长柱。在柱。在柱。在柱。在实实践构造中，普通的框架柱、践构造中，普通的框架柱、践构造中，普通的框架柱、践构造中，普通的框架柱、门厅门厅柱等都属于柱等都属于柱等都属于柱等都属于长长柱。柱。柱。柱。轴轴心受心受心受心受压长压长柱与短柱的主要受力区柱与短柱的主要受力区柱与短柱的主要受力区柱与短柱的主要受力区别别在于：由于偏心所在于：由于偏心所在于：由于偏心所在于：由于偏心所产产生的附加弯矩和失生的附加弯矩和失生的附加弯矩和失生的附加弯矩和失稳稳破坏在破坏在破坏在破坏在长长柱柱柱柱计计算中必需思索。算中必需思索。算中必需思索。算中必需思索。 第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算 轴轴心受心受心受心受压长压长柱的破坏柱的破坏柱的破坏柱的破坏过过程程程程n 由于初始偏心距的存在，构件受荷由于初始偏心距的存在，构件受荷后产生附加弯矩，伴之发生横向挠度。后产生附加弯矩，伴之发生横向挠度。n 构件破坏时，首先在接近凹边出现构件破坏时，首先在接近凹边出现大致平行于纵轴方向的纵向裂痕，同时大致平行于纵轴方向的纵向裂痕，同时在凸边出现程度的横向裂痕，随后受压在凸边出现程度的横向裂痕，随后受压区混凝土被压溃，纵筋向外鼓出，横向区混凝土被压溃，纵筋向外鼓出，横向挠度迅速开展，构件失去平衡，最后将挠度迅速开展，构件失去平衡，最后将凸边的混凝土拉断。凸边的混凝土拉断。n 采用稳定系数采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度。来表示长柱承载力的降低程度。 轴心受心受压长柱柱稳定系数定系数 主要与柱的主要与柱的长细比比 l0 / b 有关，有关，稳定系数的定定系数的定义如下：如下： 3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算l l0 0/b/bl l0 0/d/dl l0 0/i/il l0 0/b/bl l0 0/d/dl l0 0/i/i87281.030261040.52108.5350.9832281110.481210.5420.953429.51180.441412480.9236311250.41614550.8738331320.361815.5620.814034.51390.322017690.754236.51460.292219760.744381530.262421830.6546401600.232622.5900.64841.51670.212824970.5650431740.19给出的稳定系数与长细比的关系给出的稳定系数与长细比的关系第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件 3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算4 普通箍筋柱受压承载力的计算普通箍筋柱受压承载力的计算 计算简图计算简图fcfyAsNfyAsAs 计算公式计算公式第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件 3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算 中心区混凝土三轴受压形状的产生中心区混凝土三轴受压形状的产生5 轴心受压螺旋式箍筋柱正截面承载力计算轴心受压螺旋式箍筋柱正截面承载力计算fyAss1 dcorfyAss1S第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件 3.1 3.1 轴轴心受心受压压构件承构件承载载力力计计算算 f 为被被约束后混凝土的束后混凝土的轴心抗心抗压强度度;为系数。系数。 混凝土遭到的径向压应力值混凝土遭到的径向压应力值 的计算方法的计算方法 螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件3.2 3.2 轴轴心受拉构件承心受拉构件承载载力力计计算算有关螺旋箍的有关螺旋箍的规定：定： 螺旋箍筋螺旋箍筋计算的承算的承载力不力不应大于按普通箍筋柱受大于按普通箍筋柱受压承承载力的力的 50%。 对长细比比l0/d大于大于12的柱不思索螺旋箍筋的的柱不思索螺旋箍筋的约束作用。束作用。 螺旋箍筋的螺旋箍筋的换算面算面积Ass0不得小于全部不得小于全部纵筋筋As 面面积的的25% 螺旋箍筋的螺旋箍筋的间距距s不不应大于大于80mm 及及dcor/5，也不，也不应小于小于40mm。第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件 3.2 3.2 轴轴心受拉构件承心受拉构件承载载力力计计算算 工程实践中的轴心受拉构件包括桁架式屋架的受拉杆、拱的拉工程实践中的轴心受拉构件包括桁架式屋架的受拉杆、拱的拉杆以及水池的池壁等。杆以及水池的池壁等。 轴心受拉构件从加载到破坏，其受力过程分为三个阶段：从加轴心受拉构件从加载到破坏，其受力过程分为三个阶段：从加载到砼受拉开裂前，为弹性阶段；砼开裂后到钢筋即将屈服，为载到砼受拉开裂前，为弹性阶段；砼开裂后到钢筋即将屈服，为第二阶段；受拉钢筋开场屈服到全部受拉钢筋到达屈服，为第三第二阶段；受拉钢筋开场屈服到全部受拉钢筋到达屈服，为第三阶段，此时混凝土裂痕开展很大，可以以为构件到达了破坏形状。阶段，此时混凝土裂痕开展很大，可以以为构件到达了破坏形状。 破坏特征：轴心受拉构件破坏时，混凝土不接受拉力，全部拉破坏特征：轴心受拉构件破坏时，混凝土不接受拉力，全部拉力由钢筋来接受。力由钢筋来接受。 轴心受拉破坏时混凝土裂痕贯穿，纵向拉钢筋到达其受拉屈服轴心受拉破坏时混凝土裂痕贯穿，纵向拉钢筋到达其受拉屈服强度，正截面承载力公式如下：强度，正截面承载力公式如下： 纵向钢筋抗拉强度设计值；N 轴心受拉承载力设计值。 第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件小结小结 普普通通钢钢箍箍轴轴心心受受压压构构件件在在计计算算上上分分为为长长柱柱和和短短柱柱。对对于于轴轴心心受受压压构构件件的的受受压压承承截截力力，短短柱柱和和长长柱柱均均采采用用一一致致的的公公式式计计算算，其其中中采采用用稳稳定定系系数数来来表表达达纵纵向向弯弯曲曲变变形形对对受受压压承截力的影响。承截力的影响。 在在螺螺旋旋钢钢箍箍轴轴心心受受压压构构件件中中，由由于于螺螺旋旋箍箍筋筋对对中中心心混混凝凝土土的的约约束束作作用用，提提高高了了中中心心混混凝凝土土的的抗抗压压强强度度，从从而而使使构构件的承载力有所添加。件的承载力有所添加。 轴轴心心受受拉拉构构件件的的特特点点是是裂裂痕痕贯贯穿穿整整个个截截面面，裂裂痕痕截截面面的纵向拉力全部由纵向钢筋负担。的纵向拉力全部由纵向钢筋负担。第第3 3章章 轴轴心受力构件心受力构件