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1、轴心受拉构件-屋架弦杆6.1 轴心受拉构件的承载力计算 一、受力过程和破坏特征 轴心受拉构件从加载开始到破坏为止，其受力过程可分为三个不同阶段。0Ncr0NcrnAAsNNcrNNcrNyNyIII阶段 从加载到混凝土开裂前，属于第I阶段。此时，钢筋和混凝土共同承受拉力。应力与应变大致成正比。拉力荷载值和截面平均拉应变之间基本上呈线性关系，混凝土开裂后至钢筋屈服前，属于第阶段。首先在截面最薄弱处产生第一条裂缝，随 着荷载的增加，先后在一些截面上出现裂缝。此时，在裂缝处的混凝土不再承受拉力，所有拉力均由钢筋来承担。在相同的拉力增量作用下，平均拉应变增量加大当拉力值接近屈服荷载Ny时，受拉钢筋开始
2、屈服。在此过程中，荷载稍有增加，裂缝迅速扩展。当钢筋全部达到屈服时，(即荷载达到屈服荷载Ny时)裂缝开展很大，可认为构件达到了破坏状态Nu。二、承载力计算公式轴心受拉构件破坏时，混凝土早已被拉裂，全部外力由钢筋来承受。轴心受拉构件的承载力计算公式如下：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当纵向外力N作用线与构件截面形心重合时，称为轴心受力构件；当纵向外力N作用线偏离构件轴线或同时作用轴力及弯矩时，称为偏心受力构件。受压构件往往在结构中具有重要作用，一旦产受压构件往往在结构中具有重要作用，一旦产生破坏，将导致整个结构的损坏，甚至倒塌。生破坏，将导致整个结构的损坏，甚至倒塌。轴心受压
3、构件的截面承载力计算对于单一匀质材料的构件，当纵向外力对于单一匀质材料的构件，当纵向外力N的作的作用线与构件截面形心轴线重合时为用线与构件截面形心轴线重合时为轴心受力轴心受力，不重合时为不重合时为偏心受力偏心受力。钢筋混凝土构件由两种材料组成，其中混凝土钢筋混凝土构件由两种材料组成，其中混凝土是非匀质材料，钢筋可不对称布置，故对钢筋是非匀质材料，钢筋可不对称布置，故对钢筋混凝土构件，只有均匀受压混凝土构件，只有均匀受压(或受拉或受拉)的内合力的内合力与纵向外力在同一直线时为轴心受力，其余情与纵向外力在同一直线时为轴心受力，其余情况下均为偏心受力。习惯上利用纵向外力作用况下均为偏心受力。习惯上利
4、用纵向外力作用点与构件混凝土形心是否重合来判别是点与构件混凝土形心是否重合来判别是轴心受轴心受力还是偏心受力力还是偏心受力。在工程中，严格意义上轴线受压不存在，所谓在工程中，严格意义上轴线受压不存在，所谓的轴压构件或多或少的都存在偏心。的轴压构件或多或少的都存在偏心。一、配有纵筋和箍筋柱的承载力计算一、配有纵筋和箍筋柱的承载力计算 二、配有纵筋和螺旋式二、配有纵筋和螺旋式(或焊接环式或焊接环式)箍筋箍筋柱的承载力计算柱的承载力计算5.2.1 轴心受压普通箍筋柱的正截面承载力计算纵筋的作用:提高柱的承载力，减小构件的截面尺寸；防止因偶然偏心造成的破坏;改善构件的延性；以及减小混凝土的徐变变形。箍
5、筋能与纵筋形成骨架；防止纵筋受力后外凸。1受力分析和破坏特征矩形截面轴心受压短柱在轴心荷载作用下整个截面的应变基本上是均匀分布的。当外力较小时压缩变形的增加与外力的增长成正比，但外力稍大后，变形增加的速度快于外力增长的速度，配置纵筋数量越少，这个现象越为明显。随着外力的继续增加，柱中开始出现微细裂缝，在临近破坏荷载时，柱四周出现明显的纵向裂缝，箍筋间的纵筋发生压屈，向外凸出，混凝土被压碎而整个柱破坏N初始受力试验表明，在整个加载过程中，由于钢筋和混凝土之间存在着粘结力，两者压应变基本一致确定钢筋与混凝土的应力关系es=ec=e平衡条件：010020030040050020406080100sc
6、ss2004006008001000N(kN)scyf=235MPafy=540MPa矩形截面轴心受压长柱 前述是短柱的受力分析和破坏特征。对于长细比较大的长柱，试验表明，由于各种偶然因素造成的初始偏心距的影响是不可忽略的。加载后由于有初始偏心距将产生附加弯距，这样相互影响的结果使长柱最终在弯矩及轴力共同作用下发生破坏。对于长细比很大的长柱，还有可能发生“失稳破坏”的现象，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载。稳定系数稳定系数试验表明，长柱的破坏荷载低于其他条件相同的短柱破坏荷载。规范中采用稳定系数表示承载能力的降低程度，即稳定系数与构件的长细比l0/b（l0 为柱的计算长度，b 为柱
7、截面短边）有关l0/b，的关系长细比l0/b 越大，值越小。l0/b8时，=1；考虑混凝土强度等级，钢筋种类及陪筋率得出以下统计关系：l0/b=3550l0/b=834长细比l0/b的取值l0与构件两端支撑条件有关：两端铰支 l0=l，两端固支 l0=0.5 l一端固支一端铰支 l0=0.7 l一端固支一端自由 l0=2 l表5-1直接查取规范7.3.2.-32.承载力计算公式N轴向力设计值；稳定系数，见表5-1；fc混凝土的轴心抗压强度设计值A构件截面面积；fy纵向钢筋的抗压强度设计值；As全部纵向钢筋的截面面积。0.9可靠度调整系数纵向钢筋配筋率大于3时，式中A应改用An：An=A-As计
8、算解决两类问题1.计算截面承载力 例题5.12.复核截面安全度 例题5.25.2.2配有纵筋和螺旋式(或焊接环式)箍筋柱的承载力计算柱承受很大轴心受压荷载，并且柱截面尺寸由于建筑上及使用上的要求受到限制，若按配有纵筋和箍筋的柱来计算，即使提高了混凝土强度等级和增加了纵筋配筋量也不足以承受该荷载时，可考虑采用螺旋筋柱或焊接环筋柱以提高构件的承载能力。但这种柱因施工复杂，用钢量较多，造价较高，一般很少采用。柱的截面形状一般为圆形或多边形。第四章 轴心受力构件的截面承载力计算混凝土在三向受力的情况下，由于侧压力的的约束作用，其抗压强度会有所提高。配置螺旋筋或焊接环筋的柱能起到这种侧向约束作用。试验表
9、明，在螺旋筋或焊接环筋约束混凝土横向变形从而提高混凝土强度和变形能力的同时，螺旋筋或焊接环筋中产生了拉应力。当外力逐渐加大，它的应力达到抗拉屈服强度时，就不再能有效地约束混凝土的横向变形，混凝土的抗压强度就不能再提高，这时构件达到破坏。螺旋筋或焊接环筋外的混凝土保护层在螺旋筋或焊接环筋受到较大拉应力时 就开裂，故在计算时不考虑此部分混凝土。螺旋筋或焊接环筋(也可称为“间接钢筋”)所包围的核心截面的混凝土的实际抗压强度，因套箍作用而高于混凝土轴心抗压强度。第一节 轴心受压构件的承载力计算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基本公式-参数说明f-被约束后的混
10、凝土轴心抗压强度，2（r）当间接钢筋的应力达到屈服强度时，柱的核心混凝土受到的径向压应力值。Ass1单根间接钢筋的截面面积；fy间接钢筋的抗拉强度设计值；s沿构件轴线方向间接钢筋的间距；dcor构件的核心直径；Asso间接钢筋的换算截面面基本公式建立2（r）确定的首要内容间接钢筋的换算截面面核心混凝土面积据纵向内外力的平衡，得到螺旋式或焊接环式间接钢筋柱的承载力计算公式如下：为使间接钢筋外面的混凝土保护层对抵抗脱落有足够的安全，为使间接钢筋外面的混凝土保护层对抵抗脱落有足够的安全，规规范范规定按式规定按式(59)算得的构件承载力不应比按式算得的构件承载力不应比按式(54)算得的算得的大大50。
11、凡属下列情况之一者，不考虑间接钢筋的影响而按式凡属下列情况之一者，不考虑间接钢筋的影响而按式(54)计算计算构件的承载力：构件的承载力：(1)当当l0/d 12时，因长细比较大，因纵向弯曲引起螺旋筋不起作时，因长细比较大，因纵向弯曲引起螺旋筋不起作用；用；(2)当按式当按式(59)算得受压承载力小于按式算得受压承载力小于按式(54)算得的受压承载算得的受压承载力时；力时；(3)当间接钢筋换算截面面积小于纵筋全部截面面积的当间接钢筋换算截面面积小于纵筋全部截面面积的25时，时，可以认为间接钢筋配置得太少，套箍作用的效果不明显。可以认为间接钢筋配置得太少，套箍作用的效果不明显。间接钢筋间距不应大于间接钢筋间距不应大于80mm及及dcor5，也不小于也不小于40mm。作业：作业：5.2