钢筋溷凝土偏心受力构件承载力计算.pptx
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1、 实际工程中真正的轴心受压构件是没有的。由于施工的偏差及混凝土的不均匀性和钢筋的不对称性,都将使构件产生初始偏心距,所以即时设计时理论计算是轴心受压构件,也不一定为轴心受压构件,但对于一些偏心距较小的构件,可按轴心受压构件计算。受压构件在实际工程中应用比较广泛。说明说明第1页/共83页第2页/共83页New Antioch Bridge.This high-level bridge completed in 1979 replaced an older truss-type lift bridge crossing the main shipping channel.The bridge co
2、nsists of continuous spans of variable depth in Cor-Ten steel.Maximum span is 460 ft,and maximum height of roadway above water level is 135 ft.(California)第3页/共83页Elevated highway.Taken during construction.Designed as concrete box girders,these bridges were cast in place and post-tensioned.(Vienna,A
3、ustria)第4页/共83页Highway interchange structure.Spans are all multi-cell reinforced concrete box girders.Being stiff in torsion,these sections can be supported on a single line of columns,as well as on double columns or bents.(Oakland,California)第5页/共83页Elevated highway,San Pablo Bay,California.The 2-s
4、tory concrete frames supporting the roadway are loaded on the top beam by highway loading,and transversely by inertia forces due to earthquake.(San Francisco Bay Area)第6页/共83页第7页/共83页第8页/共83页第9页/共83页工业和民用建筑中的单层厂房和多层框架柱偏心受压构件第10页/共83页偏心受压构件拱和屋架上弦杆,以及水塔、烟囱的筒壁等属于偏心受压构件偏心受压构件第11页/共83页 第六章 受压构件承载力计算第12页/
5、共83页7.2 7.2 偏心受压构件正截面承载力计算偏心受压构件正截面承载力计算M=N e0AssAM=N e0NAssANAssAM=N e0NAssA=ANe0ssA第13页/共83页试验表明,钢筋混凝土偏心受压构件的破坏,有两种情况:1.破坏类型受拉破坏情况 (大偏心受压破坏)受压破坏情况 (小偏心受压破坏)(1)受拉破坏情况 (大偏心受压破坏)形成这种破坏的条件是:偏心距e0较大,且受拉侧纵向钢筋配筋率合适,是延性破坏。破坏特征:截面受拉侧混凝土较早出现裂缝,As的应力随荷载增加发展较快,首先达到屈服。最后受压侧钢筋As 受压屈服,压区混凝土压碎而达到破坏。有明显预兆,变形能力较大,与
6、适筋梁相似。偏心受压构件的破坏特征偏心受压构件的破坏特征第14页/共83页第15页/共83页(2)受压破坏(小偏心受压破坏)产生受压破坏的条件有两种情况:当相对偏心距e0/h0较小或虽然相对偏心距e0/h0较大,但受拉侧纵向钢筋配置较多时As太多第16页/共83页偏心距小,截面大部分受压,小部分受拉,破坏时压区混凝土压碎,受压钢筋屈服,另一侧钢筋受拉,但由于离中和轴近,未屈服。偏心距大,但受拉钢筋配置较多。由于受拉钢筋配置较多,钢筋应力小,破坏时达不到屈服强度,破坏是由于受压区混凝土压碎而引起,类似超筋梁。特征:破坏是由于混凝土被压碎而引起的,破坏时靠近纵向力一侧钢筋达到屈服强度,另一侧钢筋可
7、能受拉也可能受压,但都未屈服。小偏心受压破坏又有三种情况偏心距小,构件全截面受压,靠近纵向力一侧压应力大,最后该区混凝土被压碎,同时压筋达到屈服强度,另一侧钢筋受压,但未屈服。第17页/共83页2.两类偏心受压破坏的界限两类偏心受压破坏的界限破坏特征:破坏时纵向钢筋达到屈服强度,同时压区混凝土达到极限压应变,混凝土被压碎。同受弯构件的适筋梁和超筋梁间的界限破坏一样。此时相对受压区高度称为界限相对受压区高度 b。因此,受压构件的界限相对受压区高度同受弯构件一样。第18页/共83页第19页/共83页3.偏心受压构件的NM相关曲线 由上述承载力计算知,当构件界面尺寸、材料强度、及配筋一定时,M和N有
8、一定关系,理论上可推导出M和N的关系,见图。轴力一定时,弯矩越大越危险。弯矩一定时,小偏心受压,轴力越大越危险,大偏心受压,轴力越小越危险。第20页/共83页4.附加偏心距构件受压力和弯矩作用,其偏心距为:e0为相对偏心距。由于施工误差及材料的不均匀性等,将使构件的偏心距产生偏差,因此设计时应考虑一个附加偏心距ea,规范规定:附加偏心距取偏心方向截面尺寸的1/30 和20mm中的较大值。考虑附加偏心距后的偏心距:第21页/共83页5.结构侧移和构件挠曲引起的附加内力偏心受压构件在荷载作用下,由于侧向挠曲变形,引起附加弯矩Nf,也称二阶效应,即跨中截面的弯矩为M=N(ei+f)。对于短柱,l0/
9、h8,Nf较小,可忽略不计,M与N为直线关系,构件是由于材料强度不足而破坏,属于材料破坏。对于长柱,l0/h=830,二阶效应引起附加弯矩在计算中不能忽略,M与N 不是直线关系,承载力比相同截面的短柱 要小,但破坏仍为材料破坏。对于长细柱,构件将发生失稳破坏。纵向弯曲引起的二阶弯矩第22页/共83页长细比加大降低了构件的承载力这三个柱虽然具有相同的外荷载初始偏心距值ei,其承受纵向力N值的能力是不同的,即由于长细比加大降低了构件的承载力第七章 偏心受力构件的截面承载力计算第23页/共83页结构有侧移引起的二阶弯矩M0maxMmaxMmax=Mmax+M0max最大一阶和二阶弯矩在柱端且符号相同
10、,与前述情况相同。当二阶弯矩不可忽略时,应考虑结构侧移和构件纵向弯曲变形的影响。NNF第24页/共83页 无论哪一种情况,由于产生了二阶弯矩,对结构的承载力都将产生影响,如何考虑这种影响,我国规范规定,对于由于侧移产生的二阶弯矩,通过柱的计算长度的取值来考虑其影响,对于纵向弯曲产生的二阶弯矩则通过偏心距增大系数来考虑其影响。弯曲前的弯矩:偏心距增大系数弯曲后的弯矩:第25页/共83页式中:l0柱的计算长度;h截面高度;ei=e0+ea1考虑偏心距对截面曲率影响的修正系数;第26页/共83页 2考虑构件长细比对截面曲率影响的修正系数;从理论上讲,在l0h8时就要修正,但是试验表明,当l0h=81
11、5时,长细比对截面极限曲率影响不大。因此,规范规定在l0h15时才对截面曲率进行修正。,公式为:l0h=1530时,按上式计算l0h15,2=1 第27页/共83页的计算说明:当构件长细比l0h(或l0 d)8时,可不考虑纵向弯曲对偏心距的影响(短柱),设计时可取=1。以d表示环形截面的外直径或圆形截面的直径,则上式中的h换成d,h0=0.9d。上式不仅适合于矩形、圆形和环形,也适合于T形和I形,式中的h与h0分别为其截面总高度和有效高度。第28页/共83页 fyAsNehei N轴向力设计值;e轴向力作用点至受拉钢筋As合力点之间的距离建筑工程偏心受压构件正截面承载力计算方法1.1.矩形截面
12、偏心受压构件计算矩形截面偏心受压构件计算第29页/共83页 s受拉钢筋应力;As受拉钢筋面积;As受压钢筋面积;b宽度;x 受压区高度;fy受压钢筋屈服强度;第30页/共83页对于大偏心受压:公式适用条件:对于小偏心受压:第31页/共83页6-2733a连立求x,三次方程。?钢筋的应力钢筋的应力 s s可由平截面假定求得可由平截面假定求得混凝土强度等级混凝土强度等级C50C50时,时,1 1=0.8=0.8。第32页/共83页如将上式带入基本方程,需要解x的一元三次方程,另外,根据试验,与 基本为直线关系。考虑:当 =b,s=fy;当 =b b1 1,s=0规范规定规范规定 s s近似按近似按
13、下式计算:下式计算:第33页/共83页第34页/共83页(2)截面配筋计算)截面配筋计算两种偏心受压情况的判别j b即x bh0属于大偏心破坏形态 b即x bh0属于小偏心破坏形态但与钢筋面积有关,设计时无法根据上述条件判断。界限破坏时:=b,由平衡条件得 fyAsNb第35页/共83页代入并整理得:由上式知,配筋率越小,e0b越小,随钢筋强度降低而降低,随混凝土强度等级提高而降低,当配筋率取最小值时,e0b取得最小值,若实际偏心距比该最小值还小,必然为小偏心受压,将最小配筋率及常用的钢筋和混凝土强度代入上式得到e0b大致在0.3h0上下波动,平均值为0.3h0,因此设计时,第36页/共83页
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