第六章 軸心受壓構件承載力計算 本章主要內容 1 配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構件的破壞形態 承載力計算 2 配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構件的破壞形態 承載力計算 3 穩定系數的概念及其影響因素 4 核心混凝土強度分析及強度計算 5 普通箍筋柱 螺旋箍筋柱的配筋特點和構造要求 6 1配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構件 一 鋼筋混凝土柱的分類 普通箍筋柱 配有縱筋和箍筋的柱 圖6 1a 螺旋箍筋柱 配有縱筋和螺旋筋或焊接環筋的柱 圖6 1b 其中 縱筋幫助受壓 承擔彎距 防止脆性破壞 螺旋筋提高構件的強度和延性 圖6 1兩種鋼筋混凝土軸心受壓構件a 普通箍筋柱b 螺旋箍筋柱 6 1配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構件 縱向鋼筋作用 幫助混凝土承擔壓力防止混凝土出現突然的脆性破壞 并承受由于荷載的偏心而引起的彎矩 箍筋作用 與縱筋組成空間骨架 減少縱筋的計算長度因而避免縱筋過早的壓屈而降低柱的承載力 二 破壞形態 1 影響因素 1 徐變 使鋼筋應力突然增大 砼應力減小 應力重分布 突然卸載砼會產生拉應力 2 長細比 l0 b 2 普通箍筋柱的破壞特征 1 短柱破壞 材料破壞 破壞特征 縱向裂縫 縱筋鼓起 砼崩裂 6 1配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構件 承載能力 2 長柱破壞 失穩破壞破壞特征 凹側砼先被壓碎 砼表面有縱向裂縫 凸側則由受壓突然轉為受拉 出現橫向裂縫 破壞前 橫向撓度增加很快 破壞來得比較突然 導致失穩破壞 承載能力要小于同截面 配筋 材料的短柱 承載能力 三 縱向穩定系數 1 定義 考慮構件長細比增大的附加效應使構件承載力降低的計算系數 2 計算 pl ps3 影響因素 長細比 柱的初始撓度 豎向力的偏心有關 混凝土強度等級 鋼筋強度等級及配筋率對其影響較小 6 1配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構件 短柱 1 0 長柱 l0 i 或l0 b 查表 l0 構件的計算長度 與構件端部的支承條件有關 兩端鉸 一端固定 一端鉸支 兩端固定 一端固定 一端自由 實際結構按規范規定取值 1 0l 0 7l 0 5l 2 0l 四 正截面承載力計算 公路橋規 規定配有縱向受力鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構件正截面承載力計算式為 軸心受壓構件穩定系數 附表1 10普通箍筋柱的正截面承載力計算分截面設計和強度復核兩種情況 6 1配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構件 Ac 截面面積 當 0 03時 Ac A A s 1 截面設計已知截面尺寸 計算長度l0 混凝土軸心抗壓強度和鋼筋抗壓強度設計值 軸向壓力組合設計值 求縱向鋼筋所需面積 2 截面復核已知截面尺寸 計算長度l0 全部縱向鋼筋的截面面積 混凝土軸心抗壓強度和鋼筋抗壓強度設計值 軸向力組合設計值 求截面承載力 五 構造要求1 混凝土一般多采用C25 C40級混凝土 2 截面尺寸 尺寸模數化 25 30 35 不宜小于250mm 3 縱向鋼筋直徑 12 32cm 根為 4 縱筋之間凈距 5cm 凈保護層 2 5cm 6 1配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構件 最小配筋率 全截面0 5 一則0 2 附表1 9 4 箍筋 箍筋直徑 應不小于縱向鋼筋直徑的1 4 且不小于8mm 箍筋間距 不應大于縱向鋼筋直徑的15倍 且不大于構件截面的較小尺寸 圓形截面用0 8倍直徑 并不大于400mm 在縱向鋼筋截面積超過混凝土計算截面積的3 時 箍筋的間距應不大于縱向鋼筋直徑的10倍 且不大200mm 復合箍筋 沿箍筋設置的縱向鋼筋離角筋間距大于150mm或15倍箍筋直徑 取較大者 范圍 則應設置復合箍筋 6 1配有縱向鋼筋和普通箍筋的軸心受壓構件 復合箍筋的布設 1600KN 6 2配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構件 一 受力分析及破壞特征1 受力分析螺旋箍筋或焊接圓環箍筋能約束混凝土在軸向壓力作用下所產生的側向變形 對混凝土產生間接的被動側向壓力 從而提高混凝土的抗壓強度和變形能力 箍筋則產生環向拉力 當箍筋外部的混凝土被壓壞并剝落后 箍筋以內即核心部分的混凝土仍能繼續承受荷載 當箍筋達到抗拉屈服強度而失去約束砼側向變形的能力時 核心砼才會被壓碎而導致整個構件破壞 其破壞形態如圖6 2所示 2 破壞特征當承受軸向壓力時 螺旋箍筋阻止砼的橫向變形 使砼處于三向受力狀態 軸向力增大到一定數值 砼保護層開始剝落 隨著軸向力增大 螺旋箍筋應力也增大 最后達到屈服強度 失去核心砼的約束作用 使砼壓碎而破壞 圖6 2螺旋箍筋柱軸心受壓構件破壞情況 6 2配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構件 二 適用條件和強度提高原理1 適用條件 尺寸受到限制 注意 螺旋箍筋柱不如普遍箍筋柱經濟 一般不宜采用 2 強度提高原理螺旋箍筋對其核心混凝土的約束作用 使混凝土抗壓強度提高 根據圓柱體三向受壓試驗結果 約束混凝土的軸心抗壓強度近似表達式 式中為作用于核心混凝土的徑向壓應力值 6 2配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構件 三 承載力計算螺旋箍筋柱正截面承載力的計算式并應滿足 螺旋筋僅能間接地提高強度 對柱的穩定性問題毫無幫助 因此長柱和中長柱應按著通箍筋柱計算 不考慮螺旋筋作用 6 2配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構件 四 與按普通箍筋柱強度計算值的比較1 螺旋箍筋柱的強度不會小于普通箍筋柱的強度 即這種情況在砼保護層面積相對較大時發生 2 螺旋箍筋配量過小 作用不顯著 不計其作用 即如果那么3 螺旋筋不能提高強度過多 否則會導致混凝土保護層剝落 即 6 2配有縱向鋼筋和螺旋箍筋的軸心受壓構件 五 構造要求1 螺旋箍筋柱的縱向鋼筋應沿圓周均勻分布 其截面積應不小于箍筋圈內核心截面積的0 5 常用的配筋率在0 8 1 2 之間 2 構件核心截面積應不小于構件整個截面面積的2 3 3 螺旋箍筋的直徑不應小于縱向鋼筋直徑的1 4 且不小于8mm 一般采用 8 12 mm 為了保證螺旋箍筋的作用 螺旋箍筋的間距S應滿足 S應不大于核心直徑的1 5 即S S應不大于80mm 且不應