受压构件

null§7.3 偏心受压构件承载力计算　　当轴向力N偏离截面形心或构件同时承受轴向力和弯矩时，则成为偏心受力构件。轴向力为压力时称为偏心受压构件；轴向力为拉力时称为偏心受拉构件（图1）。 　　偏心受力构件又分为单向偏心和双向偏心两类：当轴向力的作用线仅与构件截面的一个方向的形心线不重合时，称为单向偏心（图1 (a)、(b)、(d)、(e)）；两个方向都不重合时，称为双向偏心（图1 (c)、(f) ）。§7.3 偏心受压构件承载力计算null图1　偏心受力构件的受力状态类型 null　　 偏心受压构件的正截面受力性能可视为轴心受压构件（M=0）和受弯构件（N=0）的中间状况。 　　 试验结果表明：截面的平均应变符合平截面假定；构件的最终破坏是由于受压区混凝土被压碎所造成的。由于引起混凝土被压碎的原因不同，偏心受压构件的破坏形态可分为两类。 一、试验研究分析null　　 当偏心距较大且受拉区钢筋配置得不太多时，在荷载作用下，柱截面靠近纵向力一侧受压，另一侧受拉。随着荷载的增加，首先在受拉边产生横向裂缝。随着荷载不断增加，受拉区的裂缝不断发展和加宽，受拉区的纵向钢筋首先屈服，裂缝开展比较明显，受压区不断减小，受压边缘混凝土达到极限压应变εcu而被压碎，构件宣告破坏。 　　 这种破坏始于受拉钢筋先达到屈服强度，最后由混凝土（受压区）被压碎而引起的。图2为大偏心受压破坏。 1 大偏心受压破坏null图2　大偏心受压破坏形态 破坏特征：受拉钢筋首先达到屈服强度，最后受压区混凝土达到界限压应变而被压碎，构件破坏。此时，受压区钢筋也达到屈服强度。 破坏性质：延性破坏null　　当偏心距较小，或者虽然偏心距较大但受拉纵向钢筋配置得太多时，构件的破坏始于靠近纵向力一侧。在破坏时，靠近纵向力一侧的钢筋首先屈服，该侧混凝土也达到极限压应变；而另一侧的钢筋和混凝土应力均较小，且可能受拉，也可能受压。这种破坏称为小偏心受压破坏。 　　小偏心受压破坏无明显预兆，混凝土强度越高，破坏越突然。图3为小偏心受压破坏形态。 　　大、小偏心受压之间的根本区别是：截面破坏时受拉钢筋是否屈服。 2 小偏心受压破坏null图3　小偏心受压破坏形态 null 破坏特征：临近破坏时，构件截面压应力较大一侧混凝土达到极限压应变而被压碎。构件截面压应力较大一侧的纵向钢筋应力也达到了屈服强度；而另一侧混凝土及纵向钢筋可能受拉，也可能受压，但应力较小，均未达到屈服强度。 破坏性质：脆性破坏null　　 大、小偏心的判别式为： 　　当ξ ≤ξb时，或x≤ξbh0时为大偏心受压； 　　当ξ＞ξb时，或x＞ξbh0时为小偏心受压。 3 大、小偏心的界限界限破坏：在受拉钢筋达到受拉屈服强度时，受压区混凝土也达到极限压应变而被压碎，构件破坏，这就是大小偏心受压破坏的界限。null　　 规定附加偏心距ea：取20mm和偏心方向截面最大的1/30两者中的较大者。 即： ea=max（20mm,h/30) 　　偏心受压构件的初始偏心距为： 　　　　 ei=e0+ea二 偏心距增大系数η1 附加偏心距eanull　　 钢筋混凝土偏心受压构件，在承受偏心压力后，会产生纵向弯曲变形，然后纵向力又将加剧纵向弯曲变形，这种现象随柱的长细比和初始偏心距的增大而增大，见图4。 　　 规范规定，采用把初始偏心距乘以一个偏心距增大系数η的方法解决纵向弯曲的影响问题，即：2 偏心距增大系数ηnull图4　纵向弯曲变形 null　　 根据偏心受压构件试验挠曲线的实验结果和理论分析，规范给出了偏心距增大系数的如下计算： null　　式中ζ1和ζ2可分别按下式计算： 　　　　ζ1=0.5fcA/N 　　或近似计算 　　　　ζ1=0.2+2.7ei/h0 　　当计算的ζ1＞1时，取ζ1=1。 　　当l0/h＞15时，ζ2=1.15-0.01l0/h 　　当l0/h≤15时，取ζ2=1。 null 　　当ξ≤ξb时为大偏心受压，其正截面承载力计算的基本假定与受弯构件相同，计算应力图形如图5所示。由静力平衡条件可得： 　∑Y=0 N≤α1fcbx+fy′As′-fyAs 　∑M=0 Ne≤α1fcbx(h0-x/2)+fy′As′(h0-as′)三、矩形截面对称配筋大偏心受压时的基本公式和适用条件1 大偏心受压时的基本公式和适用条件null图5 大偏心受压构件的截面计算 ∑Y=0 N≤α1fcbx+fy′As′-fyAs 　∑M=0 Ne≤α1fcbx(h0-x/2)+fy′As′(h0-as′)null　　与双筋受弯构件相似，为保证截面破坏时受压钢筋应力能达到其抗压强度，必须满足： 　　　 x≥2as′ 　　当x＜2as′时，受压钢筋As′不屈服，对受压钢筋合力点取矩，并忽略受压砼对此点的力矩可得 　　　　 Ne′≤fyAs(h0-as′) 　　为了保证截面为大偏心受压，必须满足： 　　　　ξ≤ξb或　x≤ξbh0null　　 偏心受压构件的配筋有两种情况：非对称配筋和对称配筋。所谓非对称配筋即As′≠As，而对称配筋为As′=As，钢筋种类亦对称。 　　对称配筋时，As′=As，fy′=fy，并要求配筋率ρ和ρ′同时大于0.2%，即 　　　　 As=As′≥0.002bh 　　由式（6-17)可得： 　　　　x=N/(α1fcb)2 对称配筋时的计算方法null　　如果2as′≤x≤ξbh0，则由式（6-18)可得： 　　如果x＜2as′,则由式(6-19)可得： 　　 null　　当ξ＞ξb时为小偏心受压，其正截面承载力应力图形如图7所示。 　　根据平衡条件可得： 　　　　N≤α1fcbx+fy′As′-σsAs 　　　　Ne≤α1fcbx(h0-x/2)+fy′As′(h0-as′) 　　基本公式适用条件： 　　　　ξ＞ξb和ξ≤1+as/h0四、矩形截面对称配筋小偏心受压构件承载力基本公式和适用条件1 小偏心受压时的基本公式和适用条件null图7 小偏心受压 null　　将As=As′、fy=fy′代入基本公式，并且x介于ξbh0和N/α1fcb之间，经推导整理得： 2 对称配筋的计算方法