1、西南科技大學結構力學(6)剖析5.1 概述受壓構件分為軸心受壓構件和偏心受壓構件。軸心受壓構件：軸向力作用在構件截面的形心上。偏心受壓構件：軸向力不作用在構件截面的形心上（有彎矩和軸力共同作用的構件）。NNN(a)軸心受壓 (b)單向偏心受壓M 實際工程中真正的軸心受壓構件是沒有的。由實際工程中真正的軸心受壓構件是沒有的。由于施工的偏差及混凝土的不均勻性和鋼筋的不對稱于施工的偏差及混凝土的不均勻性和鋼筋的不對稱性性,都將使構件產生初始偏心距都將使構件產生初始偏心距,所以即時設計時理所以即時設計時理論計算是軸心受壓構件論計算是軸心受壓構件, 也不一定為軸心受壓構件也不一定為軸心受壓構件,但對于一

2、些偏心距較小的構件但對于一些偏心距較小的構件,可按軸心受壓構件計可按軸心受壓構件計算。算。 受壓構件在實際工程中應用比較廣泛受壓構件在實際工程中應用比較廣泛,下面看幾張下面看幾張圖片實例。圖片實例。說明說明New Antioch Bridge. This high-level bridge completed in 1979 replaced an older truss-type lift bridge crossing the main shipping channel. The bridge consists of continuous spans of variable depth i

3、n Cor-Ten steel. Maximum span is 460 ft, and maximum height of roadway above water level is 135 ft. (California)Elevated highway. Taken during construction. Designed as concrete box girders, these bridges were cast in place and post-tensioned. (Vienna, Austria)Highway interchange structure. Spans ar

4、e 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)Elevated highway, San Pablo Bay, California. The 2-story concrete frames supporting the roadway are loade

5、d on the top beam by highway loading, and transversely by inertia forces due to earthquake. (San Francisco Bay Area)混凝土結構設計原理混凝土結構設計原理6.受壓構件受壓構件工業和民用建筑中的單層廠房和多層框架柱偏心受壓構件偏心受壓構件拱和屋架上弦桿，以及水塔、煙囪的筒壁等屬于偏心受壓構件偏心受壓構件受壓構件的配筋構造要求 5.2.1 截面形狀和尺寸截面形狀和尺寸采用矩形截面，單層工業廠房的預制柱常采采用矩形截面，單層工業廠房的預制柱常采用工字形截面。用工字形截面。 橋墩、樁和公共

6、建筑中的柱主要采用圓形截面。橋墩、樁和公共建筑中的柱主要采用圓形截面。 柱的截面尺寸不宜過小，不宜小于柱的截面尺寸不宜過小，不宜小于250*250。一般。一般應控制在應控制在l0/b30及及l0/h25。 當柱截面的邊長在當柱截面的邊長在800mm以下時，一般以以下時，一般以50mm為模數，邊長在為模數，邊長在800mm以上時，以以上時，以100mm為模數。為模數。 I形截面，翼緣厚度不宜小于形截面，翼緣厚度不宜小于120mm ，腹板厚度，腹板厚度不宜小于不宜小于100mm。5.2 受壓構件構造要求5.2.2 材料強度材料強度 混凝土混凝土：受壓構件的承載力主要取決于混凝土受壓構件的承載力主要

7、取決于混凝土強度，一般應采用強度等級較高的混凝土。目強度，一般應采用強度等級較高的混凝土。目前我國一般結構中柱的混凝土強度等級常用前我國一般結構中柱的混凝土強度等級常用C30C40，在高層建筑中，在高層建筑中，C50C60級混凝級混凝土也經常使用。土也經常使用。鋼筋鋼筋：縱向受力鋼筋通常采用縱向受力鋼筋通常采用HRB400、 RRB400和和HRB500級鋼筋。級鋼筋。 箍筋通常采用箍筋通常采用HRB335、 HRB400和和HPB300級鋼筋。級鋼筋。受壓構件的配筋構造要求縱向鋼筋配筋率過小時，縱筋對柱的承載力影響很小，接近縱向鋼筋配筋率過小時，縱筋對柱的承載力影響很小，接近于素混凝土柱，縱

8、筋不能起到防止混凝土受壓脆性破壞的緩沖于素混凝土柱，縱筋不能起到防止混凝土受壓脆性破壞的緩沖作用。同時考慮到實際結構中存在偶然附加彎矩的作用（垂直作用。同時考慮到實際結構中存在偶然附加彎矩的作用（垂直于彎矩作用平面），以及收縮和溫度變化產生的拉應力，對受于彎矩作用平面），以及收縮和溫度變化產生的拉應力，對受壓構件的最小配筋率應有所限制。壓構件的最小配筋率應有所限制。 規范規范規定，軸心受壓構件、偏心受壓構件全部縱向鋼筋規定，軸心受壓構件、偏心受壓構件全部縱向鋼筋的配筋率不應小于的配筋率不應小于附表附表4-5規定；規定；同時一側受壓鋼筋的配筋率同時一側受壓鋼筋的配筋率不應小于不應小于0.2%，受

9、拉鋼筋最小配筋率的要求同受彎構件。受拉鋼筋最小配筋率的要求同受彎構件。另一方面，考慮到施工布筋不致過多影響混凝土的澆筑質量，另一方面，考慮到施工布筋不致過多影響混凝土的澆筑質量，全部縱筋配筋率不宜超過全部縱筋配筋率不宜超過5%。全部縱向鋼筋的配筋率按全部縱向鋼筋的配筋率按r r =(As+As)/A計算，一側受壓鋼筋的配筋率按計算，一側受壓鋼筋的配筋率按r r =As/A計算，其計算，其中中A為構件全截面面積。為構件全截面面積。5.2.3 縱向鋼筋縱向鋼筋受壓構件的配筋構造要求 柱中縱向受力鋼筋的的直徑柱中縱向受力鋼筋的的直徑d不宜小于不宜小于12mm，且選配鋼筋時，且選配鋼筋時宜根數少而粗，

10、但對矩形截面根數不得少于宜根數少而粗，但對矩形截面根數不得少于4根，圓形截面根數根，圓形截面根數不宜少于不宜少于8根，不應少于根，不應少于6根，且應沿周邊均勻布置。根，且應沿周邊均勻布置。縱向鋼筋的保護層厚度要求見表，且不小于鋼筋直徑縱向鋼筋的保護層厚度要求見表，且不小于鋼筋直徑d。當柱為豎向澆筑混凝土時，縱筋的凈距不小于當柱為豎向澆筑混凝土時，縱筋的凈距不小于50mm；對水平澆筑的預制柱，其縱向鋼筋的最小應按梁的規定取值。對水平澆筑的預制柱，其縱向鋼筋的最小應按梁的規定取值。截面各邊縱筋的中距不應大于截面各邊縱筋的中距不應大于300mm。當。當h600mm時，在柱時，在柱側面應設置直徑側面應

11、設置直徑1016mm的縱向構造鋼筋，并相應設置復合箍的縱向構造鋼筋，并相應設置復合箍筋或拉筋。筋或拉筋。受壓構件的配筋構造要求350350350400b400b400b600h1000600 h1000600 h15001000 h箍筋復合箍筋復合箍筋拉筋受壓構件的配筋構造要求5.2.4箍箍 筋筋受壓構件中箍筋應采用封閉式，其直徑不應小于受壓構件中箍筋應采用封閉式，其直徑不應小于d/4，且不，且不小于小于6mm，此處，此處d為縱筋的最大直徑。為縱筋的最大直徑。箍筋間距不應大于箍筋間距不應大于400mm，也不應大于截面短邊尺寸；對綁，也不應大于截面短邊尺寸；對綁扎鋼筋骨架，箍筋間距不應大于扎鋼筋

12、骨架，箍筋間距不應大于15d；對焊接鋼筋骨架不應大；對焊接鋼筋骨架不應大于于20d，此處，此處d為縱筋的最小直徑。為縱筋的最小直徑。當柱中全部縱筋的配筋率超過當柱中全部縱筋的配筋率超過3%，箍筋直徑不宜小于，箍筋直徑不宜小于8mm，且箍筋末端應應作成且箍筋末端應應作成135的彎鉤，彎鉤末端平直段長度不應的彎鉤，彎鉤末端平直段長度不應小于小于10箍筋直徑，或焊成封閉式；此時，箍筋間距不應大于箍筋直徑，或焊成封閉式；此時，箍筋間距不應大于10縱筋最小直徑，也不應大于縱筋最小直徑，也不應大于200mm。當柱截面短邊大于當柱截面短邊大于400mm，且各邊縱筋配置根數超過多于，且各邊縱筋配置根數超過多于

13、3根時，或當柱截面短邊未大于根時，或當柱截面短邊未大于400mm，但各邊縱筋配置根數超，但各邊縱筋配置根數超過多于過多于4根時，應設置復合箍筋。根時，應設置復合箍筋。對截面形狀復雜的柱，不得采用具有內折角的箍筋，以避免對截面形狀復雜的柱，不得采用具有內折角的箍筋，以避免箍筋受拉時使折角處混凝土破損。箍筋受拉時使折角處混凝土破損。第六章 受壓構件承載力計算第六章 受壓構件承載力計算內折角不應采用內折角不應采用復雜截面的箍筋形式5.3 軸心受壓構件的截面承載力計算 Behavior of Axial Compressive Member一、配有縱筋和普通箍筋柱的承載力計算一、配有縱筋和普通箍筋柱的

14、承載力計算 二、配有縱筋和螺旋式二、配有縱筋和螺旋式(或焊接環式或焊接環式)箍筋柱箍筋柱的承載力計算（螺旋箍筋柱）的承載力計算（螺旋箍筋柱）第六章 受壓構件承載力計算5.3.1 軸心受壓普通箍筋柱的正截面承載力計算軸心受壓普通箍筋柱的正截面承載力計算 縱筋作用縱筋作用：縱筋幫助混凝土：縱筋幫助混凝土承受壓力，以減小構件的截承受壓力，以減小構件的截面尺寸；防止構件突然脆裂面尺寸；防止構件突然脆裂破壞及增強構件的延性；以破壞及增強構件的延性；以及減小混凝土的徐變變形。及減小混凝土的徐變變形。箍筋作用：箍筋作用：箍筋能與縱筋形箍筋能與縱筋形成骨架；防止縱筋受力后外成骨架；防止縱筋受力后外凸；提高混凝

15、土的強度凸；提高混凝土的強度。1受力分析和破壞特征受力分析和破壞特征 矩形截面軸心受壓矩形截面軸心受壓短柱短柱 在軸心荷載作用下整個截面的應變基本在軸心荷載作用下整個截面的應變基本上是均勻分布的。上是均勻分布的。當外力較小時壓縮變形的增加與外力的當外力較小時壓縮變形的增加與外力的增長成正比，但外力稍大后，變形增加增長成正比，但外力稍大后，變形增加的速度快于外力增長的速度，配置縱筋的速度快于外力增長的速度，配置縱筋數量越少，這個現象越為明顯數量越少，這個現象越為明顯。隨著外力的繼續增加，柱中開始出現隨著外力的繼續增加，柱中開始出現微細裂縫，在臨近破壞荷載時，柱四微細裂縫，在臨近破壞荷載時，柱四周

16、出現明顯的縱向裂縫，箍筋間的縱周出現明顯的縱向裂縫，箍筋間的縱筋發生壓屈，向外凸出，混凝土被壓筋發生壓屈，向外凸出，混凝土被壓碎而整個柱破壞碎而整個柱破壞N初始受力試驗表明，在整個加載過程中，由于鋼筋和混凝土之間存在試驗表明，在整個加載過程中，由于鋼筋和混凝土之間存在著粘結力，兩者壓應變基本一致著粘結力，兩者壓應變基本一致 鋼筋與混凝土的應力鋼筋與混凝土的應力變形條件：es =ec =e物理關系物理關系：平衡條件：ssccAANyyssyyssfEfEeeeee fy ey1Esuccffeeeeeeeee00200 0 2鋼筋：鋼筋：混凝土：混凝土：根據變形條件：根據變形條件：e es =e

17、 ec =e e，確定鋼筋及混凝土的確定鋼筋及混凝土的 應力及其關系應力及其關系建立混凝土與鋼筋間的應力關系cccEecelccEEEeeeccEsessEccEssEccssEEcEcEseEc= tan csEEE根據平衡條件確定混凝土應力與根據平衡條件確定混凝土應力與N的關系的關系 受壓鋼筋配筋率平衡條件：sscAANcssEcAAcEscssEAAA)1 (AAsrcsEAr)1 ()/1(rEcAN混凝土與N的關系根據平衡條件確定鋼筋應力與根據平衡條件確定鋼筋應力與N的關系的關系cEsrEEAN)/1()(rEEAN鋼筋應力與鋼筋應力與N的關系：的關系：)/1(rEsANAAsrrsAA)(rrEsEAN)/1(rEssAN,E是常數，而是常數，而是一個隨著混凝土是一個隨著混凝土壓應力的增長而不斷降低的變數壓應力的增長而不斷降低的變數)/1(rEcAN混凝土與混凝土與N的關系的關系鋼筋應力與鋼筋應力與N的關系的關系)/1(rEssANcelccEEEeeeAAsrcsEEE荷載荷載很小時很小時(彈性階段彈性階段)，N與混凝土和鋼筋的應力的與混凝土和鋼筋的應力的關系基本上是關系基本上是線性關系線性關系。此時此時 鋼筋應力與混凝土應鋼筋應力與混凝土應力成正比力成正比。 隨著荷載的增加，混凝土隨著荷載的增加，混凝土的塑性變形有所發展