轴心受压柱的受力分析和破坏形态

百科 2024-12-04 00:00 福建

一、短柱

配有纵筋和箍筋的短柱，在轴心荷载作用下，整个截面的应变基本上是均匀分布的。当荷载较小时，混凝土和钢筋都处于弹性阶段，柱子压缩变形的增大与荷载的增大成正比，纵筋和混凝土的压应力的增加也与荷载的增大成正比。当荷载较大时，由于混凝土塑性变形的发展，压缩变形增加的速度快于荷载增加速度；纵筋配筋率越小，这个现象越为明显。同时在相同荷载增量下，钢筋的压应力比混凝土的压应力增加得快，见图5-4。随着荷载的继续增加，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，筋间的纵筋发生压屈，向外凸出，混凝土被压碎，柱子即告破坏，见图5-5。

试验表明，素混凝土棱柱体构件达到最大压应力值时的压应变值为0.0015~0.002，而钢筋混凝土短柱达到应力峰值时的压应变一般在0.0025~0.0035之间。其主要原因是纵向钢筋起到了调整混凝土应力的作用，使混凝土的塑性得到了较好的发挥，改善了受压破坏的脆性。在破坏时，一般是纵筋先达到屈服强度，此时可继续增加一些荷载。最后混凝土达到极限压应变值，构件破坏。当纵向钢筋的屈服强度较高时，可能会出现钢筋没有达到屈服强度而混凝土达到了极限压应变值的情况。

在计算时，以构件的压应变达到0.002为控制条件，认为此时混凝土达到了棱柱体抗压强度 f_c，相应的纵筋应力值σ'_s=E_sε'_s≈200x10³x0.002≈400N/mm²；对于HRB400级、HPB300级和RRB400级热轧带肋钢筋，此值已大于其抗压强度设计值，故计算时可按f‘_y取值。500MPa级钢筋，f‘_y=400N/mm²。

二、长柱

对于长细比较大的柱子，试验表明，由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，初始偏心距导致产生附加弯矩和相应的侧向挠度，而侧向挠度又增大了荷载的偏心距；随着荷载的增加，附加弯矩和侧向挠度将不断增大。这样相互影响的结果，使长柱在轴力和弯矩的共同作用下发生破坏。破坏时，首先在凹侧出现纵向裂缝，随后混凝土被压碎，纵筋被压屈向外凸出；凸侧混凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏，见图5-6。

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，长细比越大，承载能力降低越多。其原因在于，长细比越大，由于各种偶然因素造成的初始偏心距将越大，从而产生的附加弯矩和相应的侧向挠度也越大。对于长细比很大的细长柱，还可能发生失稳破坏现象。此外，在长期荷载作用下，由于混凝土的徐变，侧向挠度将增大更多，从而使长柱的承载力降低的更多，长期荷载在全部荷载中所占的比例越多，其承载力降低得越多。

《混凝土结构设计规范》采用稳定系数来表示长柱承载力的降低程度，即

中国建筑科学研究院的试验资料及一些国外的试验数据表明，稳定系数φ值主要与构件的长细比有关，见图5-7。长细比是指构件的计算长度与其截面的回转半径i之比；对于矩形截面为l₀/b(b为截面的短边尺寸)。

在图5-7中可以看出，l₀/b越大，φ值越小。当l₀/b<8时，柱的承载力没有降低，φ值可取为1。对于具有相同l₀/b值的柱，由于混凝土强度等级和钢筋的种类以及配筋率的不同，φ值的大小还略有变化。根据试验结果及数理统计可得下列经验公式：

《混凝土结构设计规范》采用的φ值见表5-1。表中，对于长细比l₀/b较大的构件，考虑到荷载初始偏心和长期荷载作用对构件承载力的不利影响较大，φ的取值比按经验公式所得到的φ值还要降低一些，以保证安全。对于长细比l₀/b小于20的构件，考虑过去的使用经验，φ的取值略微抬高一些。构件的计算长度l₀按《混凝土结构设计规范》GB 50010表6.2.20-1和6.2.20-2采用。

参考文献：

1、《混凝土结构 (上册)混凝土结构设计原理》四校合编第7版

2、《混凝土结构设计规范》 GB 50010-2010(2015年版)

土木风雨

关注公路市政行业前沿信息动态，普及行业专业技术知识，分享工作心得体会，解决设计及施工过程中的重难点问题！

最新文章

提高桩基水平承载力的措施

锚碇拉杆

土参数试验方法及综合取值

抗浮锚杆

喷射砼护壁和砼围圈护壁

悬索桥主缆构造

地下排水设施——渗井

隧道通风构造物及辅助通道(三)——斜井

无支护开挖

户外广告设施(一)——附属式

桩身质量检验

锚碇结构

钻爆法隧道常见开挖方法(二)

拉吊索更换技术

微型桩加固设计

斜拉桥拉索(二)——锚具

软弱地基处理质量检验

斜拉桥拉索(一)——钢索

月薪已炒到15w？真心建议大家冲一冲土木相关新兴岗位，工资高前景好，人才缺口极大！

压实填土检验

井字梁

孔隙水压力对基坑稳定性的影响

混凝土结构裂缝分析(一)——裂缝类型和成因02

隧道衬砌水害整治(二)

密肋梁

地下排水设施——渗沟(一)

混凝土结构裂缝分析(一)——裂缝类型和成因01

饱和软粘土基坑的瞬时稳定性和长期稳定

连续板的构造要求(二)

地基处理工后检测

轴心受压柱的受力分析和破坏形态

灌注桩桩身构造

拉锚式围护结构(二)——锚杆构造

确定基础埋置深度的一般规定

隧道通风构造物及辅助通道(二)——竖井

连续板的构造要求(一)

锚拉格构的设计

无梁楼盖

基坑施工栈桥设计(上)

基坑施工栈桥设计(下)

明洞及棚洞段的边仰坡设计

型钢混凝土柱和钢管混凝土柱

拉锚式围护结构(一)——锚杆类型

通风构造物及辅助通道(一)

连续梁的构造要求

抗滑桩(二)——单桩和排桩

抗滑桩(三)——锚索桩和微型桩

地下水控制(一)——基坑降水

地下水控制(二)——基坑止水

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉