第六章
受压构件截面承力
计算
6.1 概 述
? 轴心受压构件
? 偏心受压构件 {
单向偏心受压
双向偏心受压
6.2 受弯构件的一般应用和基本构造
6.2.1 材料的强度等级
6.2.2 截面的形式和尺寸
* 混凝土常用 C20~C40
* 钢筋常用 HRB335和 HRB400
正方形、矩形、圆形、多边形、环形等
6.2.3 纵向钢筋
纵筋,0.6% < ?? < 5% d ? 12mm
或更粗一些防止过早压屈
间距不应小于 50mm不应大于 350mm
6.2.4 箍 筋
箍筋:直径 ? 6mm 或 d/4
纵筋搭接范围 S ? 10d 或 ? 200mm
6.2.5 柱中钢筋的搭接
当柱中全部纵向钢筋的配筋率超过 3%时,
箍筋直径不宜小于 8mm
6.3.1 轴心受压短柱的应力分布及破坏形式
柱 (受压构件 )
lo/i ? 28 lo/b ? 8
lo/i >28
初始偏心产生附加弯矩
?在截面尺寸, 配筋, 强度相同的条件下, 长
柱的承载力低于短柱, (采用降低系数 ?来考虑 )
短柱
长柱
?加大初始偏心,最终构件是在 M,N共同作用
下破坏。
?附加弯矩引起挠度
6.3.2轴心受压长柱的应力分布及破坏形式
6.3,配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算
短柱承载力:
sc ?? ?条件:
时,当 002.00m a xc,??? ???
,则钢筋先屈服,当 m a x,cy ?? ?
混凝土:
钢 筋:
当采用高强钢筋,则砼压碎时钢筋未屈服
??'s=0.002Es=0.002× 2.0× 105=400N/mm2
ccksyku AfAfN ????
纵筋压屈 (失稳 )钢筋强度不能充分发挥。
ckc f??
yks f ????
6.3.3 正截面受压承载力计算
? ––– 稳定系数,反映受压构件
的承载力随长细比增大而
降低的现象。
? = N长 /N短 ? 1.0
)(9.0 csy AfAfN ???? ?
Ac ––– 截面面积:
当 b或 d ? 300mm时
当 ? > 0.03时
N
A?s
fc
f ?y A?s
b
h
Ac=A- A?s
fc ? 0.8
?
短柱,?= 1.0
长柱,? … lo/i (或 lo/b) 查表 3-1
A
I=i
lo ––– 构件的计算长度,与构件端部的支承条件有关。
两端铰
一端固定,一端铰支
两端固定
一端固定,一端自由
实际结构按
规范规定取值
1.0l
0.7l
0.5l
2.0l
? 截面设计:
? 强度校核:
y
cc
s
)
9.0
(
f
Af
N
A
?
??

?
?? > ??min
Nu=0.9? (A'sf 'y+fcAc)
?安全
已知,b?h,fc,f ?y,l0,N,求 A?s
已知,b?h,fc,f ?y,l0,A?s,求 Nu
??min = 0.4%
当 Nu ? N
6.4.1 鼓劲的纵向约束作用
纵向压缩
当 N增大, 砼 的横向变形足够大时, 对箍筋形
成径向压力, 反过来箍筋对砼施加被动的径向均
匀约束压力 。
提高的承载力
横向变形 纵向裂纹 (横向拉坏 )
若约束横向变形,使砼处于三向受压状态
rcc1 4ff ???
6.4 配有螺旋箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算
6.4.2 正截面受压承载力计算
?x = 0
c o r21ssy2 dSAf ???? ?
c o r
ss1y
r S
2
d
Af
?
?
?
?
?
仅在轴向受力较大, 而截面尺寸受到限制时采用 。
?配置的箍筋较多
f y Ass1
f y Ass1
?2s dcor
应用:
rcc1 4ff ???
?y = 0
syc o rc1 AfAfN ?????
c o r
s s 1y
cc1
2
dS
Afff
?
???
代入得:
代入得:
)20, 9 (≤ s s 0ysyc o rc AfAfAfN ?????? ?
式中
S
AdA 1ssc o r
ss0
?? ?
4
c o r
c o r
dA ??
间接钢筋的换
算截面面积
注意事项:
?为防止混凝土保护层过早脱落,(6-7)式计
算的 N应满足
?应用于 lo/b ?12的情况
N ? 1.5× 0.9? (fyAs+fcA)
? 40mm ? S ? 80mm 或 dcor/5
? (6-7)式中不考虑 ?
偏心受压构件是介于轴压构件和受弯构件之间
的受力状态 。
e0 ? 0
e0 ??
轴压构件
受弯构件
大量试验表明:构件截面中的符合,偏压
构件的最终破坏是由于混凝土压碎而造成的。其影响因
素主要与 的大小和所配 有关。
平截面假定
偏心距 钢筋数量
6.5 偏心受压构件正截面承载力计算的有关原理
6.5.1 偏心受压构件正截面的破坏形态和机理
?N的偏心距较大,且 As不太多。 受拉破坏
(大偏心受
压破坏 )As先屈服,然后受压混凝土达到 ??cu,A?s? f ?
y。
?cu
N
f ?yA?sfyAs
N
N
(a) (b)
e0
与适筋受弯构件相似,
N
f ?yA?s f ?yA?s
N
N
N
?sAs ?
sAs
?cmax2?cmax1
?cu
(a) (c)(b)
ei ei
?N的偏心较小一些或 N的 e0大,
然而 As较多。



坏(






坏)
最终由近力侧砼压碎,A?s?f ?y而
破坏。 As为压应力,未达到屈服 。
使得实际的近力侧成为名义上的
远力侧,破坏与 ?相似,
截面大部分受压
最终由受压区砼压碎,A?s?f ?y
导致破坏,而 As未屈服。
但近力侧的压应力大一些,
? e0更小一些,全截面受压。
? e0很小。
由远力侧的砼压碎及 As屈服导致
构件破坏,A?s ???s。
?界限破坏:当受拉钢筋屈服的同时, 受压边缘混凝
土应变达到极限压应变 。
?大小偏心受压的分界:
??
0h
x
b
0
b ??
h
x
当 ? < ?b ––– 大偏心受压 ab
? > ?b ––– 小偏心受压 ae
? = ?b ––– 界限破坏状态 ad
图 7-5
b
cd
e
fg
h
A?sAs
h0
x0
x?b0
?s
? cua?
a??
a
?y
0.002
柱:在压力作用下
产生纵向弯曲
短柱
中长柱
细长柱
––– 材料破坏
––– 失稳破坏
? 轴压构件中:
? 偏压构件中:


N
N
φ =
偏心距增大系数 ?
N0
N1
N2
N0ei
N1ei
N2ei
N1af1
N2af2
B
C
A
D
E
短柱 (材料破坏 )
中长柱 (材料破坏 )
细长柱 (失稳破坏 )
N
M0
6.5.2 偏心受压构件的纵向弯曲影响
侧向挠曲将引起附加弯矩,
M增大较 N更快, 不成正比 。
?二阶矩效应
ei+ ?f = ei(1+ ?f / ei) = ?ei
? =1 +?f / ei
? ––– 偏心距增大系数
M = N(ei+?f) N
N
?ei
af ei
N ?f
f
0
2 1
10
?
?
??l
0
ycu
h
??
?
?
?
规范采用了的界限状态为
依据, 然后再加以修正
21
20
0
)(
1400
1
1 ???
h
l
h
e i
???
式中,ei = e0+ ea
l0 ––– 柱的计算长度
?1––– 考虑偏心距的变化对截面曲率的修正系数,
?2 ––– 考虑构件长细比对截面曲率的影响系数,
长细比过大,可能发生失稳破坏。
当 e0 ? 0.3h0时
?2 = 1.15 – 0.01l0 / h ? 1.0
当 l0 / h ?15时
? 当构件长细比 l0 / h ?8,即视为短柱。 ?取 = 1.0
?cu,?y可能达不到。e,
大偏心 ?1 = 1.0
?2 = 1.0
0.15.01 ?? N Af c?
6.5.3 偏心受压构件正截面承载力计算的
基本假定
N
M
e ?0
原始偏心矩
附加偏心矩 mmhe
a 2030 ??
出始偏心矩
a0i eee ??
6.5.4 附加偏心距
6.5.5 两种破坏形态的界限
当 ? < ?b ––– 大偏心受压
? > ?b ––– 小偏心受压
? = ?b ––– 界限破坏状态
6.5.6 小偏心受压构件中远离纵向偏心力一侧的
钢筋应力
6.6 不对称配筋矩形截面偏心受压构件
正截面承载力计算
1,大偏心受压构件的截面计算
?As,A's均未知。
ysy's0c1 fAfAbhfN ???? ??
?X = 0
)()5.01( s0ss02c1 ???? ??????? hfAbhfNe
?M = 0
e
f ?yA?s
?ei
fc
e?
Asfy
N
b
As A?
s
a?s
as h
0
h
x
式中 As,A's, ?为未知数,无法求解
? ? bhahf
bhfNeA
m i n
s0y
bb0
2
c1
s
)5.01( ???? ??
???
????
解得:
从最小用钢量原则出发,充分发挥砼的作用,
取 ? = ?b
bh
f
NfAbhf
A m i n
y
ysb
2
0c1
s ?
??
?
????
?
式解得:
?已知 A's 求 As
解得 ?
b
0
s2 ?? ???
h
a
若:
0
s2
h
a ??? 则 As不屈服,对 As取矩
s2 a
hee
i ????? ?
若,?b< ? 说明 As太小,
再求 As
且要求 As ??minbh0

按 As, A's 未知求解
f yAs
?ei
N
<2a?s
as
f cmbx
e
e?
??yA?s
h0 – x/2
2a?s
a?s
y ?s
a?s
cbx
?
e
f ?yA?s
?ei
b
fc
e?
As?s
As A?
s
a?s
h
N
h0
xa
s
2,小偏心受压 的构建截面计算
?As,A's均未知。
ssys0c1 AfAbhfN ??? ?????
)()5.01( 0ss02c1 sahfAbhfNe ?????? ??? -
…6.23
)8.0(
8.0b
y
s ??? ???
f …6.11
基本公式:
…6.24
未知数,?,?s,,A‘s,As 四个,只有三个方程
? As无论拉、压一般均达不到屈服,
?M = 0
)(
)
2
(
s0ss
0
s
0
2
c1
ahA
h
a
bhfeN
???
???
?
?
??
?取 As=?min bh
对 A's取矩:
x
e?
?sAs
f ?yA?sf cbx
N
h0 – a?s
s2 ax ??
a?s
?ei
将 (6.11)代入求解 ?得
B
AeN
BB
A
h
a
B
A
h
a 6.1
5.0
)8.0()()( b2
0
s
0
s ?????????? ??
式中 )(
s0sy ahAfA ???
2
0c1b )8.0( bhfB ????
s2 ae
he
i ???? ?=
求得 ?代入 (7-8?)解得 A's
当 ? > h/h0(全截面受压 ) 取 ? = h/h0
?当偏心距很小且轴力较大时,
?M = 0
)()2( s0sy0c1 ahAfhhbhfeN ???????? ?
可能使远离轴向力一侧纵筋屈服
?sA?sf ?yA?s
as
a1f cbx
h0 – a?s
h?0
ei e?
N
a?s
式中:
e? ––– N到 A's的距离
e? = h/2 – ei – a?s
ei = e0 – ea
项验算。中数值时,可不进行此
不大于表不小于表中数值,当
bhf
N
h
e
c1
0
?
?已知 As求 A?s或已知 A?s 求 As
已知 As求 A?s与情况 ?相同
已知 A's求 As
解 ?,代入 ?s,再代入求 As
求得 As受拉 (?s为正 )则 As ??minbh
(?s为负 )则 受压 As ??'minbh
已知,b?h,A‘s,As,lo,fy,f ’y,砼等级
求:在给定 lo下的 N和 M(Neo)或能够承担 N,M
解,先判别类型,先用大偏压公式:
ysys0c1 fAfAbhfN ????? ??
)()5.01( s0ss02c1 ahfAbhfNe ??????? ???
6.6.3 截面复核
求得 ?
???b ––– 大偏心。
? > ?b ––– 小偏心。
解得 N?M= Ne0
则按小偏心公式重求 ? (基本方程 )
6.6.4 大小偏心的判别
( 1) 按 ξ判别
sy
'
s
'
yb0c1b AfAfbhfN ??? ??
( 2) 使用界限偏心矩判别大小偏心
0bbb eNM ?
sy Af??
?????
?? '
s
'
yb0c1
ssy
'
s
'
s
'
y
0b
b0c1
b
b
b0 Afbhf
)a
2
h(Af)a
2
h(Af)
2

2
h(ξbhfα
N
Me
??

bi ee 0??
( 3) 经验公式
时,为大偏心;反之为小偏心
将 bhA
S ??

bh''sA ??
代入上式
( 4) 计算方法
?对称配筋,? As = A's,fy = f 'y,as = a's
判别类型:
ysys0c1 fAfAbhfN ????? ??
b0cb ?bhfN ?
––– 大偏心
当 N ? Nb
b
0c
?? ?? bhf N

当 N > Nb ––– 小偏心
6.7.2 截面计算与复核
6.7 矩形截面对称配筋的计算
6.7.1 大小偏心受压构件的判别
1,大偏心受压:
?X = 0
)()5.01( s0ys02c1 ahfAbhfNe ??????? ???
?M = 0
?? 0c1 bhfN ?
由 (6-17)解 ? 代入 (6-18)求得 A?s,
…6 - 17
…6 - 18
A?s = As
b
0
s2 ?? ???
h
a
0
s2
h
a ???
b?? ? ––– 小偏心受压

代入 (6-18)求得 A?s,
? ?s0yss ahf
eNAA
??
????
ssys0c1 AfAhbfN ??? ?????
)()5.01( s0ss02c1 ahfAbhfNe ??????? ???
? ?8.08.0
b
y
s ??? ???
f
?X = 0
?M = 0
…6 - 8?
2,小偏心受压:
…6 - 9?
…6 - 2
代入 得:
? ?
? ? sy0c1b
sybb
8.0
8.0
Afbhf
AfN
????
????
?
??
??
?
写成:
s0
0
2
c1/
y
)5.01(
ah
bhfNeAf
s ??
???? ???
…6 - 19
…6 - 20
从 (6-19),(6-20)看出
?与是 A?s,f ?y相互依存的
? 在迭代中如何选取 [?]0
? ?b < ? < h / h0
?对于 I,II 级钢在此范围的 ? ( 1~ 0.5? )为 0.4~0.5
之间,因此取 [?]0 = 0.45
[A's f 'y]1
––– 迭代公式
[?]0 [A's f 'y]0 [? ]1 ……
? ?
s0
0
2
c1
ys
45.0
ah
bhfNefA
??
???? ?
? ? ? ?
? ? ? ?sy0c1b
sybb
8.0
8.0
Afbhf
AfN
????
????
?
??
??
?
? ? bhAah
bhfNeA
mi ns
s0
0
2
c1
s
)5.01( ???? ???
??
????
b
s0b
2
0c1
0c1b
))(8.0(
45.0
?
?
?
??
? ?
???
?
?
?
ah
bhfNe
bhfN …6 - 20
,规范, 规定:
将 ?代入式 (6-9?)