钢筋混凝土受压及受弯构件正截面强度计算

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1、三受压及受弯构件正截面强度3．1概述讨论钢筋混凝土构件在轴心压力N，或弯矩M的单独作用下，或二者的组合作用下，与构件纵向轴线垂直的正截面强度计算问题。同时作用在构件垂直截面上的N和M相当于一个偏心受力的作用，偏心距e0等于M／N0当轴力为压力时为偏心受压构件，中心受压构件(e0＝0)、受弯构件(e0＝∝)均属于偏心受压构件的特殊情况。偏心受压构件的正截面强度计算的一般理论——全过程分析方法，同样适用于轴力N为拉力时的偏心受拉构件。钢筋混凝土构件正截面的极限强度计算，已在工程实际中广泛应用。构件的承载能力不论是以“破坏”或“极限”强度出现，

2、都是指构件所承受的荷载刚达到其最大值而言，尽管此后随变形增大荷载下降，截面才完全丧失其承载能力。计算机在钢筋混凝土构件计算中的应用，使得过去由于数学上的困难无法计算的很多问题得解决。例如反映材料的非线性应力——应变关系的，把构件从受荷开始直到破坏的各个阶段的应力及变形计算贯串起来的全过程分析。在短柱及长柱的理论计算中，将是建立在有限元基础上的全过程分析方法。全过程分析方法适用于试验研究的理论分析，实际工程设计中的应用尚不普遍。3.2中心受压构件1试验研究图3—1为构件长度、截面尺寸以及混凝土标号完全相同的三种不同配筋的中心受压短柱，在荷载

3、作用下，自加载开始直至破坏的荷载N与纵向应变εh的变化关系。A为无配筋的纯混凝土柱，B为配有一般钢箍和纵向钢筋的钢筋混凝土柱，C是配螺旋钢箍的钢筋混凝土柱(C1，C2，C3代表不同螺旋钢箍间距的情况C3的间距最大，C1其次，C2最小。)。纯混凝土柱在荷载作用下的变形与柱体受压试件基本相同，最大荷载下混凝土的压应变εh随混凝土标号的不同在0．0014~0.0023内变化，一般取平均值εh＝0．002。普通钢筋混凝土柱的N～εh曲线(B)的形态和混凝土柱曲线(A)相似，由于配筋的存在不仅承载能力得到提高，而且最大荷载下的应变值也有所增加，随混

4、凝土标号及配筋构造的不同，其值一般约在0．0025~0．0035之间，最大甚至可达0．005以上。螺旋钢箍柱的曲线C荷载达到第一次峰值以前和普通钢筋混凝土柱相似，但由于螺旋钢箍对混凝土的侧限作用比普通钢箍更为有效，因此，荷载达到第一次峰值、外围混凝土发生劈裂后(曲线略有下降)，构件仍能承受相当大的荷载。且随变形的增长，螺旋钢箍的侧限作用愈益发挥，曲线不仅不再下降，反而会逐渐回升。当变形增加很多，荷载达到第二次峰值时，外围混凝土严重剥落。直到螺旋钢箍达到流限，才出现荷载缓缓下降的破坏现象。荷载第二次达到峰值时的应变值与螺旋钢箍间距的大小有关

5、，有时可达0．01以上。第二次荷载峰值的大小和螺旋钢箍间距有关，间距愈小，其值愈大(C2>C1>C3)；当螺旋钢箍间距减小到一定数值后，第二次荷载峰值将超过第一次荷载的峰值(如曲线C2)。70普通钢筋混凝土柱当接近破坏荷载时出现大致与荷载方向平行的纵向裂缝，最后混凝土被压碎崩裂。如混凝土保护层较薄，而且钢箍间距较大，可能产生保护层崩裂，纵向钢筋压屈的破坏现象。如果钢箍间距较小，特别是采用螺距较小的螺旋钢箍时，最后将形成钢筋外围混凝土严重剥落的破坏现象。当钢箍的间距过小时，由于钢箍对混凝土的侧限影响，甚至可使柱的初始破坏，由纵向劈裂转变为钢

6、箍间混凝土的锥形破坏。长期荷载作用下混凝土徐变引起钢筋和混凝土之间的应力重分布。如果纵向受压钢筋的配筋率过高，在很短时间内施加大部分荷载时，可能由于混凝土徐变变形来不及充分发展，形成混凝土的过早受压破坏。如果纵向受压钢筋的配筋率很小，长期荷载作用下，由于混凝土收缩和徐变引起的应力重分布，使钢筋的压应力过早地达到其屈服强度，产生钢筋混凝土柱的所谓混凝土徐变破坏。因此，柱的纵向钢筋的配筋率应有最大和最小的合理限制。2钢筋对构件强度和变形的影响本世纪初人们通过试验就已经注意到横向钢筋可以提高混凝土的抗压强度和变形。70图3—2是矩形截面混凝土短

7、柱中心受压时，实测的应力-应变曲线。对比图3—2a和b可知，带横向矩形箍筋的混凝土短柱，其最大应力和相应的应变值，都比素混凝土短柱的对应值为大。强度和变形的增大程度与箍筋的配筋量k(k=,其中b为矩形截面的宽度，为箍筋的截面积，为箍筋的间矩)有关。箍筋的k愈大，强度和变形的增大程度愈高，应力-应变曲线下降段的坡度也愈平缓。说明横向钢筋不仅能提高混凝土的抗压强度，而且还可以改进其变形性能。箍筋对混凝土应力-应变曲线的影响，主要发生在荷载接近素混凝土临界压应力，表明由于箍筋对混凝土的侧限作用，可以阻滞或延缓混凝土内微裂缝的发展，因而提高混凝土

8、的强度和耐受变形的能力，从而延缓了混凝土最终破坏的到达。图3—3是配螺旋钢箍的混凝土圆柱体中心受压试件的应力-应变曲线。其变化特征和图3—2b中的曲线相似，但螺旋钢箍对混凝土强度提高和变形增大