、——纵向受拉钢筋和受压钢筋的截面面积;
——纵向压力作用点至受拉钢筋 为保证受压钢筋的适用条件为:
应力达到
合力点的距离,及受拉钢筋
应力达到
。
,式 (13.7)、式(13.8)
<≤
当≤时,受压钢筋不能屈服,为偏于安全和计算方便起见,取,并
对受压钢筋合力点取矩,得
(13.9)
式中: ——纵向压力作用点至受压钢筋合力点的距离,
2、小偏心受压
>
由平衡条件,可写出基本计算公式为
(13.10)
(13.11)
式中:——离纵向力较远一侧钢筋的应力;
(13.12)
当为正值时,钢筋受拉;当为负值时,钢筋受压。
其符号含义同大偏心受压情况。
13.3.4、矩形截面对称配筋的正截面承载力计算
非对称配筋的偏心受压构件,是在充分利用混凝土强度的前提下,按受压和受拉的不同需要计算出不便,容易把
和和
(
),这种非对称配筋方式可以节省钢筋,但缺点是施工
的位置放错,其计算方法可参见《规范》或其它教材。为了便于施工,
,
。
,对称配筋的计算包括截
在实际工程中常采用对称配筋,即:
大偏心受压的计算公式(13 .7)可简化为面设计和承载力校核两方面的内容。 1、截面设计
已知:轴向压力和弯矩设计值
。求钢筋面积
和
。
、
,构件的截面尺寸
,材料强度值
(1)大、小偏心受压的判别
当≤时,按大偏心受压计算;
当时,按小偏心受压计算。
(2)大偏心受压
若,
≥ (13.13)
若≤,取
≥ (13.14)
其中,。
(3)小偏心受压
取,,联立上式,可得的三次方程,直接求解极为不便。
可近似采用下式计算
(13.15)
式中:——截面中和高度修正系数。当混凝土强度等级不超过C50时,取
;其间按线形内插法取用。
;当混凝土强度等级为C80时,取
将代入式得
≥
13.3.5偏心受压构件斜截面承载力计算简介
(13.16)
偏心受压构件,一般情况下承受的剪力值相对较小 ,可不进行斜截面承载力的计算。但对有较大水平力作用的框架柱,有横向力作用下的桁架上弦压杆等,剪力影响相对较大,必须考虑其斜截面受剪承载力。
试验表明,由于轴向压力的存在,延缓了斜裂缝的出现和开展,且能使构件各点的主拉应力方向与构件轴线的夹角与无轴向压力构件相比均有增大,因而临界斜裂缝与构件轴线的夹角较小,增加了混凝土剪压高度,使剪压区的面积相对增大,从而提高剪压区混凝土的抗剪能力,然而,临界斜裂缝的倾角虽然有所减少,但斜裂缝水平投影长度与无轴向压力时相比基本不变,故对跨越斜裂缝箍筋所承担的剪力没有明显影响。 其斜截面受剪承载力按下式计算
≤ (13.17)
式中 :——与剪力设计值相应的轴向压力设计值,当,时,取
,此处为构件的截面面积;
——配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积;
——偏心受压构件计算截面的剪跨比,应按下列规定采用:
对各类结构的框架柱,宜取;对框架结构中的框架柱,当其反弯点在层
高范围内时,可取与剪力设计值
;当;当;此处,为柱净高,为计算截面上
相应的弯矩设计值。
;当承受集中荷载时(包括
对其他偏心受压构件,当承受均布荷载时,取
作用有多种荷载、且集中荷载对支座或节点边缘所产生的剪力值占总剪力值的75%以上的情
况),;当时,取;当时,取。此处,为集中荷载
至支座截面或节点边缘的距离。 《规范》还规定:
①矩形截面的钢筋的钢筋混凝土偏心受压构件,为了避免斜压破坏,防止过多的配筋不能充分发挥作用,构件的截面尺寸应满足下式要求,否则,应加大截面尺寸。
当≤4时 ≤ (13.18)
②矩形截面的钢筋混凝土偏心受压构件,若符合下列公式要求时
≤ (13.19)
可不进行斜截面受剪承载力计算,按构造要求配置箍筋。 13.4 受拉构件承载力计算 13.4.1 受拉构件的分类
在钢筋混凝土结构中,承受轴向拉力或承受轴向拉力及弯矩共同作用的构件称为受拉构件。其中,轴向拉力作用点通过截面质量中心连线且不受弯矩作用的构件称为轴心受拉构件,轴向拉力作用点偏离构件截面质量中心连线或构件承受轴向拉力及弯矩共同作用的构件称为偏心受拉构件。由于混凝土是一种非匀质材料,加之施工上的误差,无法做到纵向拉力能通过构件任意横截面的质量中心连线,因此严格地说实际工程中没有真正的轴心受拉构件。但当构件上弯矩很小(或偏心距很小)时,为方便计算,可将此类构件简化为轴心受拉构件进行设计。如圆形水
池的池壁、钢筋混凝土屋架的下弦杆等就是轴心受拉构件,如图13.12(a);矩形水池的池壁,承受节间荷载的桁架下弦杆则是偏心受拉件,如图13.12(b)、 (c)。
(a) (b)
(c) 图13.12受拉构件工程实例
13.4.2 轴心受拉构件的正截面承载力 1、轴心受拉构件的受力特点
与适筋受弯构件相似,轴心受拉构件从开始加载到破坏,其受力过程也可分为三个受力阶段:第I阶段为从加载到混凝土开裂前;第II阶段为混凝土开裂到受拉钢筋屈服前;第III阶段为受拉钢筋达到屈服,此时,拉力N值基本不变,构件裂缝开展很大,可认为构件达到极限承载力。
2、 轴心受拉构件正截面承载力计算
轴心受拉构件破坏时,混凝土不承受拉力,全部拉力由钢筋来承受,故轴心受拉构件正截面承载力计算公式如下
(13. 20)
式中:
N——轴向拉力设计值; As——受拉钢筋截面面积; fy——钢筋抗拉强度设计值。 13.4.3 偏心受拉构件的斜截面承载力
对于偏心受拉构件,截面往往在受到弯矩M及轴力N共同作用的同时,还受到较大的剪力V作用。因此,需验算斜截面受剪承截力。
研究表明,由于轴向拉力的存在,使混凝土的剪压区高度比仅受到弯矩M作用时小,同时轴向拉力的存在也增大了构件中的主拉应力,使得构件中的斜裂缝开展得较长、较宽,且倾角也较大,从而导致构件的斜截面受剪承截力降低。轴向拉力对斜截面受剪承载力的不利影响为0.06N~0.16N,考虑到结构试验条件与实际工程条件的差别,同时考虑拉力的存在对构件抗剪是一不利作用,因此通过可靠度的分析计算,将轴向拉力这种不利影响取为0.2N。
偏心受拉构件承受轴向拉力、弯矩和剪力的作用,可视为受弯构件同时承受轴向拉力的受力状态,因此以受弯构件斜截面受剪承载力计算公式为基础,考虑轴向拉力对斜截面受剪承载力的不利影响,得到矩形、I形、T形截面的偏心受拉构件斜截面受剪承载力计算公式
(13.21)