箍筋的作用与纵筋形成骨架课件.ppt
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- 作用 形成 骨架 课件
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1、混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理Design Principle for Concrete Structure引 言双向偏心双向偏心受压构件受压构件 单向偏心单向偏心受压构件受压构件受受压压构构件件类类型型偏心受偏心受压构件压构件轴心受轴心受压构件压构件第六章第六章 受压构件的截面承载力受压构件的截面承载力 第六章第六章 受压构件的截面承载力受压构件的截面承载力破破坏坏形形态态斜截面破坏斜截面破坏正截面破坏正截面破坏由由M与与N引起的破坏引起的破坏 由由M、N与与V引起的破坏引起的破坏 受受力力类类型型偏心受压构件偏心受压构件受 弯 构 件受 弯 构 件N=0,M0N0,M=0 轴心受压构
2、件轴心受压构件N0,M0 引 言6 受压构件截面承载力主要内容主要内容l6.1 受压构件一般构造受压构件一般构造l6.2 轴心受压构件正截面受压承载力轴心受压构件正截面受压承载力l6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态偏心受压构件正截面受压破坏形态l6.4 偏心受压长柱的二阶弯矩偏心受压长柱的二阶弯矩l6.5 矩形截面正截面受压承载力的一般计算公式矩形截面正截面受压承载力的一般计算公式l6.6 不对称配筋矩形截面正截面承载力计算不对称配筋矩形截面正截面承载力计算l6.7 对称配筋矩形截面正截面承载力计算对称配筋矩形截面正截面承载力计算l6.8 正截面承载力正截面承载力Nu-Mu相关曲线及其应用
3、相关曲线及其应用l6.9 双向偏心受压构件正截面受压承载力计算双向偏心受压构件正截面受压承载力计算l6.10 偏心受压构件斜截面承载力计算偏心受压构件斜截面承载力计算主要内容6 受压构件截面承载力6.1 受压构件一般构造受压构件一般构造截面形式与尺寸截面形式与尺寸采用矩形截面,单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。采用矩形截面,单层工业厂房的预制柱常采用工字形截面。圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。圆形截面主要用于桥墩、桩和公共建筑中的柱。柱的截面尺寸不宜过小,一般应控制在柱的截面尺寸不宜过小,一般应控制在l0/b30及及l0/h25。当柱截面的边长在当柱截面的边长在800mm以下时,
4、一般以以下时,一般以50mm为模数,边长为模数,边长在在800mm以上时,以以上时,以100mm为模数。为模数。材料的选择材料的选择混凝土:混凝土:受压构件的承载力主要取决于混凝土强度,一般应采用受压构件的承载力主要取决于混凝土强度,一般应采用强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级强度等级较高的混凝土。目前我国一般结构中柱的混凝土强度等级常用常用C25C40,在高层建筑中,在高层建筑中,C50C60级混凝土也经常使用。级混凝土也经常使用。钢钢 筋筋:纵筋通常采用纵筋通常采用HRB335级、级、HRB400级和级和RRB400级钢筋,级钢筋,不宜过高。箍筋通常采用不宜过高。箍
5、筋通常采用HRB335级和级和 HRB400级,也可采用级,也可采用RRB400级钢筋。级钢筋。截面与材料6.1 受压构件一般构造纵向钢筋纵向钢筋为提高受压构件的延性,减少混凝土收缩和温度变化产生的为提高受压构件的延性,减少混凝土收缩和温度变化产生的拉应力,规定了受压钢筋的最小配筋率。拉应力,规定了受压钢筋的最小配筋率。规范规范规定,轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋规定,轴心受压构件、偏心受压构件全部纵向钢筋的配筋率不应小于的配筋率不应小于0.6%;当混凝土强度等级大于当混凝土强度等级大于C50时不应时不应小于小于0.7%;一侧受压钢筋的配筋率不应小于一侧受压钢筋的配筋率不应小于0.2%
6、,受拉钢,受拉钢筋最小配筋率的要求同受弯构件。筋最小配筋率的要求同受弯构件。另一方面,考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量,另一方面,考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质量,全部纵筋配筋率不宜超过全部纵筋配筋率不宜超过5%。全部纵向钢筋的配筋率按全部纵向钢筋的配筋率按r r=(As+As)/A计算,一侧受压钢筋计算,一侧受压钢筋的配筋率按的配筋率按r r=As/A计算,其中计算,其中A为构件全截面面积。为构件全截面面积。纵 筋6.1 受压构件一般构造纵向钢筋纵向钢筋 柱中纵向受力钢筋的的直径柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于不宜小于12mm,且选配钢筋时且选配钢筋时宜根数少而粗,但对
7、矩形截面根数不得少于宜根数少而粗,但对矩形截面根数不得少于4根,圆形截面根根,圆形截面根数不宜少于数不宜少于8根,且应沿周边均匀布置。根,且应沿周边均匀布置。当柱为竖向浇筑混凝土时,纵筋的净距不应小于当柱为竖向浇筑混凝土时,纵筋的净距不应小于50mm。对水平浇筑的预制柱,其纵向钢筋的最小净距应按梁的规定对水平浇筑的预制柱,其纵向钢筋的最小净距应按梁的规定取值。取值。截面各边纵筋的中距不应大于截面各边纵筋的中距不应大于300mm。当。当h600mm时,在柱时,在柱侧面应设置直径侧面应设置直径1016mm的纵向构造钢筋,并相应设置附加的纵向构造钢筋,并相应设置附加箍筋或拉筋。箍筋或拉筋。纵 筋6.
8、1 受压构件一般构造偏心受压柱的纵向构造钢筋与复合箍筋偏心受压柱的纵向构造钢筋与复合箍筋纵 筋6.1 受压构件一般构造箍箍 筋筋受压构件中箍筋应采用受压构件中箍筋应采用封闭式封闭式,其直径不应小于,其直径不应小于d/4,且不且不小于小于6mm,此处此处d为纵筋的最大直径。为纵筋的最大直径。箍筋间距对绑扎钢筋骨架,箍筋间距不应大于箍筋间距对绑扎钢筋骨架,箍筋间距不应大于15d;对焊接对焊接钢筋骨架不应大于钢筋骨架不应大于20d(d为纵筋的最小直径)且不应大于为纵筋的最小直径)且不应大于400mm,也不应大于截面短边尺寸也不应大于截面短边尺寸当柱中全部纵筋的配筋率超过当柱中全部纵筋的配筋率超过3%
9、,箍筋直径不宜小于,箍筋直径不宜小于8mm,且箍筋末端应作成且箍筋末端应作成135的弯钩,弯钩末端平直段长度不应的弯钩,弯钩末端平直段长度不应小于小于10倍箍筋直径,或焊成封闭式;箍筋间距不应大于倍箍筋直径,或焊成封闭式;箍筋间距不应大于10倍倍纵筋最小直径,也不应大于纵筋最小直径,也不应大于200mm。当柱截面短边大于当柱截面短边大于400mm,且各边纵筋配置根数超过且各边纵筋配置根数超过3根时,根时,或当柱截面短边不大于或当柱截面短边不大于400mm,但各边纵筋配置根数超过但各边纵筋配置根数超过4根时,应设置复合箍筋。根时,应设置复合箍筋。对截面形状复杂的柱,对截面形状复杂的柱,不得采用具
10、有内折角的箍筋不得采用具有内折角的箍筋,以避免,以避免箍筋受拉时产生向外的拉力,使折角处混凝土破损。箍筋受拉时产生向外的拉力,使折角处混凝土破损。箍 筋6.1 受压构件一般构造复杂截面的箍筋形式复杂截面的箍筋形式箍 筋6.2 轴心受压构件正截面受压承载力轴心受压构件正截面受压承载力在实际结构中,理想的轴心受压构件几乎是不存在的。在实际结构中,理想的轴心受压构件几乎是不存在的。通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不通常由于施工制造的误差、荷载作用位置的偏差、混凝土的不均匀性等原因,往往存在一定的初始偏心距。均匀性等原因,往往存在一定的初始偏心距。但有些构件,如以恒载为主的等跨多层
11、房屋的内柱、桁架中的但有些构件,如以恒载为主的等跨多层房屋的内柱、桁架中的受压腹杆等,主要承受轴向压力,可近似按轴心受压构件计算。受压腹杆等,主要承受轴向压力,可近似按轴心受压构件计算。普通钢箍柱螺旋钢箍柱普通箍筋柱普通箍筋柱:纵筋纵筋的作用的作用?箍筋箍筋的作用的作用?螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱:箍筋的形状:箍筋的形状为圆形,且间距较密,其为圆形,且间距较密,其作用作用?概 述概 述6.2 轴心受压构件正截面受压承载力概 述纵筋的作用:纵筋的作用:协助混凝土受压协助混凝土受压受压钢筋最小配筋率:受压钢筋最小配筋率:0.6%(单侧单侧0.2%)承担弯矩作用承担弯矩作用减小持续压应力下混凝土收缩和徐变
12、的影响。减小持续压应力下混凝土收缩和徐变的影响。试验表明,收缩和徐变能把柱截面中的压力由混凝土向试验表明,收缩和徐变能把柱截面中的压力由混凝土向钢筋转移,从而使钢筋压应力不断增长。压应力的增长钢筋转移,从而使钢筋压应力不断增长。压应力的增长幅度随配筋率的减小而增大。如果不给配筋率规定一个幅度随配筋率的减小而增大。如果不给配筋率规定一个下限,钢筋中的压应力就可能在持续使用荷载下增长到下限,钢筋中的压应力就可能在持续使用荷载下增长到屈服应力水准。屈服应力水准。6.2 轴心受压构件正截面受压承载力概 述 箍筋的作用:箍筋的作用:与纵筋形成骨架,便于施工;与纵筋形成骨架,便于施工;防止纵筋的压屈;防止
13、纵筋的压屈;对核心混凝土形成约束,提高混凝土的抗压对核心混凝土形成约束,提高混凝土的抗压强度,增加构件的延性。强度,增加构件的延性。6.2 轴心受压构件正截面受压承载力普普 通通 箍箍 筋筋 柱柱一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算1.破坏形态及受力分析破坏形态及受力分析截面应变大体上均匀分布,随着外荷增大,纵筋先达到屈服,截面应变大体上均匀分布,随着外荷增大,纵筋先达到屈服,随着荷载增加,最后混凝土达到最大应力值。随着荷载增加,最后混凝土达到最大应力值。为什么?为什么?短柱6.2 轴心受压构件正截面受压承载力普普 通通 箍箍 筋筋 柱柱一、
14、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算1.破坏形态及受力分析破坏形态及受力分析截面应变大体上均匀分布,随着外荷增大,纵筋先达到屈服,截面应变大体上均匀分布,随着外荷增大,纵筋先达到屈服,随着荷载增加,最后混凝土达到最大应力值。随着荷载增加,最后混凝土达到最大应力值。EcscccEsssE设计时,偏安全取设计时,偏安全取c=0.002,混凝土达到混凝土达到fc,此时钢筋的应力为:,此时钢筋的应力为:522 100.002400/sssEN mm短柱6.2 轴心受压构件正截面受压承载力普普 通通 箍箍 筋筋 柱柱一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力
15、计算一、轴心受压普通箍筋柱的正截面受压承载力计算1.破坏形态及受力分析破坏形态及受力分析长柱在轴力和弯矩的共同作用下发在轴力和弯矩的共同作用下发生破坏,首先在构件凹侧出现生破坏,首先在构件凹侧出现纵向裂缝,随后混凝土被压碎,纵向裂缝,随后混凝土被压碎,纵筋被压曲外凸,凸侧混凝土纵筋被压曲外凸,凸侧混凝土出现横向裂缝,侧向挠度急剧出现横向裂缝,侧向挠度急剧增大,柱子被破坏。增大,柱子被破坏。初始偏心距初始偏心距由初始偏心距引起的附加弯矩由初始偏心距引起的附加弯矩6.2 轴心受压构件正截面受压承载力2.承载力计算承载力计算轴心受压轴心受压短短柱柱sucysNf Af A 轴心受压轴心受压长长柱柱l
16、suuNNlusuNN稳定系数稳定系数稳定系数稳定系数 主要与柱的长细主要与柱的长细比比l0/i有关有关0.9()ucysNNf Af A 普普 通通 箍箍 筋筋 柱柱6.2 轴心受压构件正截面受压承载力3.公式的应用公式的应用普普 通通 箍箍 筋筋 柱柱截面设计问题截面设计问题(1)根据构造要求及经验,确定定截面尺寸()根据构造要求及经验,确定定截面尺寸(b,h)0,(),cyN H lff 求:求:步骤:步骤:已知:已知:,sA A(2)计算)计算 l0,确定,确定(4)选配筋并绘制配筋图。)选配筋并绘制配筋图。(3)计算)计算As6.2 轴心受压构件正截面受压承载力3.公式的应用公式的应
17、用普普 通通 箍箍 筋筋 柱柱截面校核问题截面校核问题 0,(),cysb h H lffA求:求:步骤:步骤:已知:已知:uN(2)计算)计算Nu则则则则若若若若3%r3%rcys0.9()uNf Af A cys0.9()usNfAAf A(1)确定)确定6.2 轴心受压构件正截面受压承载力混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度混凝土圆柱体三向受压状态的纵向抗压强度214cf二、轴心受压螺旋式箍筋柱的正截面受压承载力计算二、轴心受压螺旋式箍筋柱的正截面受压承载力计算螺螺 旋旋 箍箍 筋筋 柱柱 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力螺螺 旋旋 箍箍 筋筋 柱柱 螺旋箍筋柱与普通箍筋柱力位移曲
18、线的比较螺旋箍筋柱与普通箍筋柱力位移曲线的比较6.2 轴心受压构件正截面受压承载力2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)螺螺 旋旋 箍箍 筋筋 柱柱 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)122ssycorAfsdcorssydsAf122corssycdsAff118达到极限状态时(保护层已剥落,只考虑核心混凝土)达到极限状态时(保护层已剥落,只考虑核心混凝土)214cf螺螺 旋旋 箍箍 筋筋 柱柱 corcorssysycorcsycoruAdsAfAfAfAfAN1186.2 轴心受压构件正截面受压承载力
19、2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)01sssscorAsAdsAdAsscorss1002ssysycorcuAfAfAfN214cf螺螺 旋旋 箍箍 筋筋 柱柱 corcorssysycorcsycoruAdsAfAfAfAfAN1186.2 轴心受压构件正截面受压承载力达到极限状态时(保护层已剥落,只考虑核心混凝土)达到极限状态时(保护层已剥落,只考虑核心混凝土)2 fyAss1 fyAss12sdcors(a)(b)(c)01sssscorAsAdsAdAsscorss1002ssysycorcuAfAfAfN00.9(2)uccorysyssNNf Af A
20、f A 螺旋箍筋对承载力的影响系数螺旋箍筋对承载力的影响系数,当,当fcu,k50N/mm2时,取时,取 =1.0;当;当fcu,k=80N/mm2时,取时,取 =0.85,其间直线插值。,其间直线插值。螺螺 旋旋 箍箍 筋筋 柱柱 6.2 轴心受压构件正截面受压承载力螺螺 旋旋 箍箍 筋筋 柱柱 采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。但配置过多,采用螺旋箍筋可有效提高柱的轴心受压承载力。但配置过多,极限承载力提高过大,则会在远未达到极限承载力之前保护层极限承载力提高过大,则会在远未达到极限承载力之前保护层剥落,从而影响正常使用。剥落,从而影响正常使用。规范规范规定:规定:按螺旋箍筋计算的
21、承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力按螺旋箍筋计算的承载力不应大于按普通箍筋柱受压承载力的的50%;对长细比过大柱,由于纵向弯曲变形较大,截面不是全部受对长细比过大柱,由于纵向弯曲变形较大,截面不是全部受压,螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。因此,对长细比压,螺旋箍筋的约束作用得不到有效发挥。因此,对长细比l0/d大于大于12的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用;的柱不考虑螺旋箍筋的约束作用;螺旋箍筋的约束效果与其截面面积螺旋箍筋的约束效果与其截面面积Ass1和间距和间距S有关,为保证有关,为保证约束效果,螺旋箍筋的换算面积约束效果,螺旋箍筋的换算面积Ass0不得小于不得小于全部纵筋全部纵筋As面积面
22、积的的25%;螺旋箍筋的间距螺旋箍筋的间距S不应大于不应大于dcor/5,且不大于且不大于80mm,同时为同时为方便施工,方便施工,S也不应小于也不应小于40mm。螺旋箍筋柱限制条件6.2 轴心受压构件正截面受压承载力思路:思路:螺螺 旋旋 箍箍 筋筋 柱柱 一个公式,需配置两种钢筋,其Ass1=?As=?假定受压筋假定受压筋As由公式计算出由公式计算出Asso假定箍筋直径假定箍筋直径d,去求出去求出S或假定或假定S求箍筋直径求箍筋直径dsAdAsscorss106.2 轴心受压构件正截面受压承载力公式应用6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态偏心受压构件正截面受压破坏形态一、受拉破坏形态一、
23、受拉破坏形态偏心受压构件的破坏形态与偏心受压构件的破坏形态与偏心距偏心距e0和和纵向钢筋配筋率纵向钢筋配筋率有关有关 fyAs fyAsNMM较大,较大,N较小较小偏心距偏心距e0较大较大 fyAs fyAsNAs配筋合适配筋合适受受 拉拉 破破 坏坏 6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态截面受拉侧混凝土较早出现裂缝,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的应力随荷载增加发展较快,较快,首先达到屈服强度首先达到屈服强度。此后,裂缝迅速开展,受压区高度减小。此后,裂缝迅速开展,受压区高度减小。最后受压侧钢筋最后受压侧钢筋As 受压屈服,压区混凝土压碎而达到破坏。受压屈服,压区混
24、凝土压碎而达到破坏。这种破坏具有明显预兆,变形能力较大,破坏特征与配有受这种破坏具有明显预兆,变形能力较大,破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似,压钢筋的适筋梁相似,承载力主要取决于受拉侧钢筋。承载力主要取决于受拉侧钢筋。形成这种破坏的形成这种破坏的条件条件是:偏心距是:偏心距e0较大,且受拉侧纵向钢筋较大,且受拉侧纵向钢筋配筋率合适,通常称为配筋率合适,通常称为大偏心受压大偏心受压。一、受拉破坏形态一、受拉破坏形态偏心受压构件的破坏形态与偏心受压构件的破坏形态与偏心距偏心距e0和和纵向钢筋配筋率纵向钢筋配筋率有关有关受受 拉拉 破破 坏坏 6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态受拉破坏时的截面
25、应力和受拉破坏形态受拉破坏时的截面应力和受拉破坏形态(a)截面应力截面应力 (b)受拉破坏形态受拉破坏形态 受受 拉拉 破破 坏坏 6.3 偏心受压构件正截面受压破坏形态产生受压破坏的条件有两种情况:产生受压破坏的条件有两种情况:当相对偏心距当相对偏心距e0/h0较小,截面全部受压或大部分受压较小,截面全部受压或大部分受压 sAs fyAsN或虽然相对偏心距或虽然相对偏心距e0/h0较大,但受拉侧纵向钢筋配置较多时较大,但受拉侧纵向钢筋配置较多时 sAs fyAsN相对偏心距相对偏心距e0/h0 较小较小As太多太多二、受压破坏形态二、受压破坏形态受受 压压 破破 坏坏 6.3 偏心受压构件正
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