偏心受力构件2.pptx
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1、会计学1偏心受力构件偏心受力构件22工程实例工程实例桁架受节间荷载桁架受节间荷载矩形水池矩形水池剪力墙剪力墙框架框架拱拱第1页/共82页35.1 5.1 偏心受压构件的构偏心受压构件的构造要求造要求 截面形式截面形式 现浇柱现浇柱:矩形、方形、圆形、正矩形、方形、圆形、正多边形多边形 预制柱预制柱:矩形、工形、双肢截面矩形、工形、双肢截面等等 b250mm(抗震时300mm)l0/h25 及 l0/b30 纵向受力钢筋纵向受力钢筋 1、钢筋的种类、直径与间距钢筋的种类、直径与间距 纵向受力钢筋宜采用纵向受力钢筋宜采用HRB400级、级、HRB500级等热轧带肋钢筋或级等热轧带肋钢筋或HRBF4
2、00级、级、HRBF500级细晶粒级细晶粒热轧带肋钢筋。热轧带肋钢筋。第2页/共82页4 钢筋直径不宜小于钢筋直径不宜小于12mm,并宜优先选择直径较大的受力并宜优先选择直径较大的受力钢筋钢筋;钢筋净距不应小于钢筋净距不应小于5Omm。在偏心受压柱中,垂直于弯矩在偏心受压柱中,垂直于弯矩作用平面的纵向受力钢筋,钢作用平面的纵向受力钢筋,钢筋的中距不应大于筋的中距不应大于30Omm。纵向受力钢筋按计算要求设纵向受力钢筋按计算要求设置在弯矩作用方向的两对边置在弯矩作用方向的两对边;当当截面高度截面高度600mm时,还应在柱时,还应在柱的侧面设置直径为的侧面设置直径为10l6mm的的纵向构造钢筋并相
3、应设置复合纵向构造钢筋并相应设置复合箍筋或拉筋箍筋或拉筋 第3页/共82页5 2.纵向受力钢筋的配筋百分纵向受力钢筋的配筋百分率率 1)最小配筋百分率最小配筋百分率 偏心受压构件的的最小配筋百分率均按构件的全截面面积A计算:受压构件一侧纵向钢筋的最小配筋百分率为0.2;全部纵向钢筋的最小配筋百分率与钢筋级别有关。2)全部纵向受力钢筋最大配全部纵向受力钢筋最大配筋率筋率 偏心受压构件的全部纵向受力钢筋的配筋率不宜大于5%,一般情况下不宜超过3%。当超过3%时,则箍筋应采取加强措施 第4页/共82页6 箍筋箍筋 n n采用封闭式箍筋封闭式箍筋、不得采用内折不得采用内折角式箍筋角式箍筋内折角处!内折
4、角处!bh 箍筋直径箍筋直径箍筋直径箍筋直径d d6mm6mm、不应小于纵筋、不应小于纵筋、不应小于纵筋、不应小于纵筋较大较大较大较大直直直直径的径的径的径的1/4;1/4;箍筋间距箍筋间距箍筋间距箍筋间距 b b且且且且 400mm400mm且且且且 15d15d(d(d为纵筋较小直径为纵筋较小直径为纵筋较小直径为纵筋较小直径)第5页/共82页7h400600h1000(d)b400600h1000(e)b4001000h1500(f)构造给筋212600h1000b400(b)1000h1500构造给筋416b400(c)在截面尺寸较大时,采用复合箍在截面尺寸较大时,采用复合箍(见图见图)
5、第6页/共82页8混凝土混凝土 1.混凝土强度等级混凝土强度等级 宜选用较高强度等级宜选用较高强度等级 一般一般C20 2.混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度 室内正常环境下室内正常环境下(一类环境一类环境)宜宜 30mm 且且纵向受力纵向受力筋直径筋直径d 环境类别较高时环境类别较高时,应加厚保应加厚保护层护层第7页/共82页95.2 5.2 偏心受压构件的受力性能偏心受压构件的受力性能 (主要研究矩形截面单向偏心受压情形主要研究矩形截面单向偏心受压情形)试验研究分析试验研究分析 试验研究表明试验研究表明:截面的平截面的平均应变符合平截面假定均应变符合平截面假定;构件构件的最终破坏是由于受压区
6、混凝的最终破坏是由于受压区混凝土的压碎所造成的。土的压碎所造成的。由于引起混凝土压碎的原因由于引起混凝土压碎的原因不同,偏心受压的破坏形态可不同,偏心受压的破坏形态可以分为大偏心受压破坏和小偏以分为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两类。心受压破坏两类。第8页/共82页10小偏心受压破小偏心受压破坏坏大偏心受压破坏大偏心受压破坏第9页/共82页11 1.大偏心受压破坏大偏心受压破坏(受拉破坏受拉破坏)发生在偏心距较大且受拉钢筋发生在偏心距较大且受拉钢筋发生在偏心距较大且受拉钢筋发生在偏心距较大且受拉钢筋A A A AS S S S配配配配置不多时置不多时置不多时置不多时 具有与适筋梁相似的受力特点
7、和具有与适筋梁相似的受力特点和具有与适筋梁相似的受力特点和具有与适筋梁相似的受力特点和相同的破坏特征相同的破坏特征相同的破坏特征相同的破坏特征 破坏时破坏时破坏时破坏时受拉钢筋首先屈服受拉钢筋首先屈服受拉钢筋首先屈服受拉钢筋首先屈服,最后由于最后由于最后由于最后由于受压区混凝土被压碎而破坏受压区混凝土被压碎而破坏受压区混凝土被压碎而破坏受压区混凝土被压碎而破坏;破坏时受破坏时受破坏时受破坏时受压钢筋一般能受压屈服压钢筋一般能受压屈服压钢筋一般能受压屈服压钢筋一般能受压屈服(同双筋梁同双筋梁同双筋梁同双筋梁););由由由由于破坏始于受拉钢筋屈服于破坏始于受拉钢筋屈服于破坏始于受拉钢筋屈服于破坏始
8、于受拉钢筋屈服,故也称为受故也称为受故也称为受故也称为受拉破坏拉破坏拉破坏拉破坏(tension failure)(tension failure)。第10页/共82页122 2 小偏心受压破坏小偏心受压破坏(受压破坏受压破坏)发生在偏心距较小或偏心发生在偏心距较小或偏心距较大、且受拉钢筋距较大、且受拉钢筋A AS S S S配置过多配置过多时时 具有与轴心受压构件或超具有与轴心受压构件或超筋梁相似的受力特点和破坏特筋梁相似的受力特点和破坏特征征 破坏时破坏时离纵向力较远一侧钢离纵向力较远一侧钢筋钢筋筋钢筋AsAs可能受压、也可能受可能受压、也可能受拉拉,但不会屈服但不会屈服,最后由于离纵最后
9、由于离纵向力较近一侧的受压区混凝土向力较近一侧的受压区混凝土被压碎而破坏被压碎而破坏;该侧受压钢筋能该侧受压钢筋能受压屈服受压屈服;由于破坏始于受压区由于破坏始于受压区混凝土的压碎混凝土的压碎,破坏具有明显的破坏具有明显的脆性脆性,称为受压破坏称为受压破坏(compression failure)(compression failure)。第11页/共82页13 3.弯矩和轴心压力对偏心受弯矩和轴心压力对偏心受压构件正截面受压承载力的影压构件正截面受压承载力的影响响 偏心受压构件实际上是弯矩偏心受压构件实际上是弯矩M和轴向压力和轴向压力N共同作用的构件。共同作用的构件。轴向压力对截面轴向压力对
10、截面 重心的偏心距重心的偏心距e0 0=M/N(e0 0称为荷称为荷载偏心距载偏心距)。弯矩和轴向压力的。弯矩和轴向压力的不同组合使偏心距不同,将对不同组合使偏心距不同,将对给定材料、截面尺寸和配筋的给定材料、截面尺寸和配筋的偏心受压构件的承载力产生不偏心受压构件的承载力产生不同的影响。构件可以在不同同的影响。构件可以在不同N和和M的组合下到达承载力极限状的组合下到达承载力极限状态。换言之,偏心受压构件在态。换言之,偏心受压构件在到达承载力极限状态时的正截到达承载力极限状态时的正截面受压承载力面受压承载力Nu与弯矩与弯矩M具有具有相关性相关性。第12页/共82页14M M、N N相关曲线相关曲
11、线A A0 0202030301000100080080060060040040020020010104040N Nu u(kN)(kN)M Mu u(kN(kN m)m)B BB B破坏破坏A A安全安全第13页/共82页15当偏心距为零,构件为轴心受压破坏;随着偏心距当偏心距为零,构件为轴心受压破坏;随着偏心距当偏心距为零,构件为轴心受压破坏;随着偏心距当偏心距为零,构件为轴心受压破坏;随着偏心距的增加,截面的破坏形态逐渐由的增加,截面的破坏形态逐渐由的增加,截面的破坏形态逐渐由的增加,截面的破坏形态逐渐由“受压破坏受压破坏受压破坏受压破坏”向向向向“受拉破坏受拉破坏受拉破坏受拉破坏”转化
12、。在转化。在转化。在转化。在受压破坏时受压破坏时受压破坏时受压破坏时,随看,随看,随看,随看偏心距偏心距偏心距偏心距的增加,构件的受压承载力减少、受弯承载力增的增加,构件的受压承载力减少、受弯承载力增的增加,构件的受压承载力减少、受弯承载力增的增加,构件的受压承载力减少、受弯承载力增加加加加;在在在在受拉破坏时,随着偏心距的增加,构件受受拉破坏时,随着偏心距的增加,构件受受拉破坏时,随着偏心距的增加,构件受受拉破坏时,随着偏心距的增加,构件受压承载力和受弯承载力都减少。压承载力和受弯承载力都减少。压承载力和受弯承载力都减少。压承载力和受弯承载力都减少。这也意味着这也意味着这也意味着这也意味着:
13、在在在在小偏心受压小偏心受压小偏心受压小偏心受压时,当时,当时,当时,当MM相同、截面的相同、截面的相同、截面的相同、截面的几何特征和材料都相同时,几何特征和材料都相同时,几何特征和材料都相同时,几何特征和材料都相同时,轴压力越大,所需配轴压力越大,所需配轴压力越大,所需配轴压力越大,所需配筋越多筋越多筋越多筋越多;而在;而在;而在;而在大偏心受压时,轴压力越小,需要大偏心受压时,轴压力越小,需要大偏心受压时,轴压力越小,需要大偏心受压时,轴压力越小,需要的配筋越多的配筋越多的配筋越多的配筋越多。而不论是小偏心受压和大偏心受压,。而不论是小偏心受压和大偏心受压,。而不论是小偏心受压和大偏心受压
14、,。而不论是小偏心受压和大偏心受压,其他条件相同时、弯矩越大则所需配筋越多。其他条件相同时、弯矩越大则所需配筋越多。其他条件相同时、弯矩越大则所需配筋越多。其他条件相同时、弯矩越大则所需配筋越多。第14页/共82页16大、小偏心受压的分界大、小偏心受压的分界 大、小偏心受压破坏的根本区别大、小偏心受压破坏的根本区别大、小偏心受压破坏的根本区别大、小偏心受压破坏的根本区别是离纵向力较远一侧钢筋是离纵向力较远一侧钢筋是离纵向力较远一侧钢筋是离纵向力较远一侧钢筋AsAsAsAs是否受拉是否受拉是否受拉是否受拉屈服屈服屈服屈服,而其共同点是离纵向力较近一而其共同点是离纵向力较近一而其共同点是离纵向力较
15、近一而其共同点是离纵向力较近一侧混凝土被压碎。侧混凝土被压碎。侧混凝土被压碎。侧混凝土被压碎。显然显然,其分界状态是其分界状态是:离纵向离纵向力较远一侧钢筋力较远一侧钢筋AsAs刚受拉屈服刚受拉屈服时时,离纵向力较近一侧混凝土同离纵向力较近一侧混凝土同时被压碎时被压碎,此时此时cucu与受弯构件与受弯构件破坏时的破坏时的cucu 相同。这种状态相同。这种状态与受弯构件的界限破坏状态是与受弯构件的界限破坏状态是完全一致的。完全一致的。第15页/共82页17 界界限限破破坏坏:当当受受拉拉钢钢筋筋屈屈服服的的同同时时,受受压压边边缘缘混混凝凝土应变达到极限压应变土应变达到极限压应变。大小偏心受压的
16、分界大小偏心受压的分界:当 b 小偏心受压小偏心受压 ae =b 界限破坏状态界限破坏状态 adAsAsh0bcdefghx0 xb0s0.0033aaay0.002第16页/共82页18纵向弯曲纵向弯曲(挠曲挠曲)的影响的影响 偏心受压荷载使构件产生纵向弯曲变形偏心受压荷载使构件产生纵向弯曲变形偏心受压荷载使构件产生纵向弯曲变形偏心受压荷载使构件产生纵向弯曲变形,引起引起引起引起附加弯矩附加弯矩附加弯矩附加弯矩,导致受压承载力降低。导致受压承载力降低。导致受压承载力降低。导致受压承载力降低。1.1.附加偏心距附加偏心距附加偏心距附加偏心距e ea a 由于荷载作用位置偏差由于荷载作用位置偏差
17、由于荷载作用位置偏差由于荷载作用位置偏差,截面混凝土非匀质性截面混凝土非匀质性截面混凝土非匀质性截面混凝土非匀质性,施工偏差等施工偏差等施工偏差等施工偏差等 e ea a=20mm(h600mm=20mm(h600mm时时时时)及及及及h/30 (h600mmh/30 (h600mm时时时时)2.2.荷载偏心距荷载偏心距荷载偏心距荷载偏心距e e0 0 e e0 0=M/N=M/N 3.3.初始偏心距初始偏心距初始偏心距初始偏心距e ei i e ei i=e=e0 0+e+ea a第17页/共82页19 4.弯矩增大系数弯矩增大系数 无论是大偏心受压和小偏心无论是大偏心受压和小偏心受压,弯矩
18、的增加都将使受压受压,弯矩的增加都将使受压承载力降低,故偏心受压构件承载力降低,故偏心受压构件考虑纵向弯曲影响的方法是考虑纵向弯曲影响的方法是:将将构件两端截面按结构分析确定构件两端截面按结构分析确定的的对同一主轴的弯矩设计值对同一主轴的弯矩设计值M2 2(绝对值较大端弯矩绝对值较大端弯矩)乘以不小于乘以不小于1.0的增大系数。的增大系数。在设计计算中在设计计算中,取取M=Cmmnsns M2 2第18页/共82页20 规范规范规定,弯矩作用平规定,弯矩作用平面内截面对称的偏心受压构件,面内截面对称的偏心受压构件,当同一主轴方向的杆端弯矩比当同一主轴方向的杆端弯矩比M1 1/M2 2不大于不大
19、于0.9 且设计轴压比且设计轴压比(N/fc cA)不大于不大于0.9 时,若构件的时,若构件的长细比长细比l0 0/i 满足满足 可不考虑该方向构件自身挠可不考虑该方向构件自身挠曲产生的附加弯矩影响曲产生的附加弯矩影响;否则应否则应按截面的两个主轴方向分别考按截面的两个主轴方向分别考虑轴向压力在挠曲杆件中产生虑轴向压力在挠曲杆件中产生的附加弯矩影响。的附加弯矩影响。第19页/共82页21 除排架结构柱外除排架结构柱外,其他偏心受压构件考虑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轴向压力在挠曲杆件中产生的二阶效应后控制截面弯矩设计值制截面弯矩设计值M,应按下列公式计算:,应按
20、下列公式计算:M=Cmns M2 其中其中 Cm=0.7+0.3M1/M2式中:式中:M 1、M2 分别为己考虑侧移影响的偏心受分别为己考虑侧移影响的偏心受压构件两端截面按结构弹性分析确定的对同一主轴的压构件两端截面按结构弹性分析确定的对同一主轴的组合弯矩设计值,绝对值较大端为组合弯矩设计值,绝对值较大端为M2,绝对值较小端,绝对值较小端为为M 1,当构件按单曲率弯曲时,当构件按单曲率弯曲时,M1/M2 取正值,否取正值,否则取负值则取负值 c _截面曲率修正系数截面曲率修正系数,c=0.5fcA/N,A为构件截面面积为构件截面面积,当计算值大于当计算值大于1.0时取时取1.0 第20页/共8
21、2页225.3 5.3 5.3 5.3 矩形截面偏心受压构件受压承载力计算矩形截面偏心受压构件受压承载力计算矩形截面偏心受压构件受压承载力计算矩形截面偏心受压构件受压承载力计算 bAsAsashh0 xasef yAseifceAs sN以上二式为基本计算公式以上二式为基本计算公式 基本计算公式基本计算公式第21页/共82页23式中式中 e_轴向压力作用点至受拉钢筋合力点轴向压力作用点至受拉钢筋合力点 的距离的距离,_混凝土相对受压区高度,混凝土相对受压区高度,=x/h0;s s_离轴向压力较远一侧的受拉边或受离轴向压力较远一侧的受拉边或受压较小边的纵向钢筋应力压较小边的纵向钢筋应力:当当b时
22、为大偏心受压,取时为大偏心受压,取s s=fy;当当b时为小偏心受压,取时为小偏心受压,取 第22页/共82页24垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力验算 该方向处于轴心受压状态该方向处于轴心受压状态,但但由于支承条件及长细比与受弯由于支承条件及长细比与受弯矩作用平面不同矩作用平面不同,故应验算该方故应验算该方向的受压承载力。向的受压承载力。验算按轴心受压公式进行验算按轴心受压公式进行,考虑考虑稳定系数稳定系数值、采用全部纵向受值、采用全部纵向受力钢筋面积代入公式力钢筋面积代入公式;小偏心受压必须验
23、算小偏心受压必须验算,对于对于l0/h0 24时的大偏心受压构件可不验时的大偏心受压构件可不验算。算。第23页/共82页25基本计算公式的应用基本计算公式的应用 基本计算公式基本计算公式可解决两方面的问题可解决两方面的问题:一是截面设计一是截面设计,即己知内力设计即己知内力设计值值N和和M、己知截面尺寸、构件、己知截面尺寸、构件长细比、材料强度长细比、材料强度,求配筋面积求配筋面积的问题的问题;二是截面二是截面承载力校核承载力校核,即己知即己知截面配筋、求受压承载力的问截面配筋、求受压承载力的问题。题。第24页/共82页261.截面设计截面设计1)非对称配筋非对称配筋需用其他方法即用偏心距的需
24、用其他方法即用偏心距的大小进行初步判断大小进行初步判断大偏心受压大偏心受压(ei 0.3h0)小偏心受压小偏心受压(ei 0.3h0)第25页/共82页271)大偏心受压大偏心受压(ei i 0.3h0 0)As及及As均未知均未知 此时有三个此时有三个未知数未知数:、As、As 与双筋矩形受弯构件相仿与双筋矩形受弯构件相仿,取=b b 由式由式(5-3b)先求出先求出As 再由式式(5-3a)求出求出As 验算配筋率验算配筋率,当计算值低于按最小当计算值低于按最小配筋率计算的数值时配筋率计算的数值时,应按最小配应按最小配筋率配筋筋率配筋第26页/共82页28己知己知己知己知AsAs求求求求A
25、sAs 此时只有两个未知数此时只有两个未知数此时只有两个未知数此时只有两个未知数:、AsAs 利用计算公式利用计算公式利用计算公式利用计算公式(5-3a)(5-3a)、(5-3b)(5-3b)可得唯一解。可得唯一解。可得唯一解。可得唯一解。先由先由(5-3b)(5-3b)解出解出 再判断再判断再判断再判断 是否满足要求是否满足要求是否满足要求是否满足要求:b b 不满足时不满足时不满足时不满足时,应调整应调整应调整应调整AsAs 2a2as s,/h,/h0 0 不满足时不满足时不满足时不满足时,与双筋矩形梁的作法类似与双筋矩形梁的作法类似与双筋矩形梁的作法类似与双筋矩形梁的作法类似,对对对对
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