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混凝土切割螺旋筋柱的承载力计算

futao 拆除技术 2020-10-05 450 0
川渝拆除17713551981

由第2章中的相关内容可知,约束混凝土的轴心抗压强度可近似取为fe=f。+4o(4-32)式中fe—一被约束混凝土的轴心抗压强度;o,——柱核心区混凝土受到的径向压应力值。

当螺旋箍筋或焊接环箍屈服时,o,达最大值。根据图4-16所示的隔离体,由平衡关系得

image.png(4-33)

式中As]——单根间接钢筋的截面面积;f,——间接钢筋的抗拉强度;s——沿构件轴线方向间接钢筋的间距;dor—构件的核心直径,一般取;do=d一2c,d为柱的直径,c为混凝土保护层厚度;A.。——间接钢筋的换算截面面积,A。=dorA;Aor——构件核心区混凝土截面面积。

图4-16螺旋筋柱中螺旋箍筋的受力

图4-16螺旋筋柱中螺旋箍筋的受力

根据柱纵向内外力的平衡,得到螺旋筋或环形箍筋柱的承载力计算公式为Na=fcAor+f,A=(f.+40,)Ar+f,A.=f-Ar+flA′+2f,Asm(4-34)与普通箍筋柱的承载能力表达式(4-20)比较可知,式(4-34)中多了第三项,此项为螺旋筋柱承载能力的提高值。国内外高强混凝土约束柱的试验结果表明,当采用高强混凝土时,间接钢筋对受压承载力增大的影响将有所减弱。故引入折减系数a,于是式(4-34)变为Na=f.Aor+f,A+2af,Aso(4-35)式中,a为间接钢筋对混凝土约束作用的折减系数。当混凝土立方体抗压强度不超过50

N/mm2时,a=1.0;当混凝土立方体抗压强度为80N/mm2时,a=0.85;其间a值按线性内插法确定。

应用式(4-35)时,应注意下列事项:

(1)与式(4-31)类似,为考虑荷载偶然偏心的影响不同的规范还会对式(4-35)进行必要的调整。如《混凝土结构设计规范》(GB50010),为保证轴心受压构件和偏心受压构件的安全水平相接近,在式(4-35)的右端乘以0.9的折减系数,以计算螺旋筋或焊接环箍轴压构件的承载力。

(2)为了保证间接钢筋外面的混凝土保护层不至于在正常使用阶段就过早剥落,进行构件设计时一般应控制按式(4-35)算得的构件承载力,使其不大于同样条件下按普通箍筋柱算得的即按式(4-31)算得的构件承载力的1.5倍。

(3)当l。/d。>12时,此时因长细比较大,不考虑间接钢筋的有利影响,直接按式(4-31)计算构件的承载力。

(4)如果因混凝土保护层退出工作引起构件承载力降低的幅度大于因核芯混凝土强度提高而使构件承载力增加的幅度,不考虑间接钢筋的有利影响,直接按式(4-31)计算构件的承载力。

(5)当间接钢筋换算截面面积A。小于纵筋的全部截面面积的25%时,可以认为间接钢筋配置得太少,环向约束作用的效果不明显,直接按式(4-31)计算构件的承载力。

(6)间接钢筋间距不应大于80mm及d/5,也不小于40mm。

【例4-6】某钢筋混凝土圆形截面柱承受轴心压力作用,柱的计算高度为2.9m,截面直径d=420mm,截面内配有8422纵筋,纵筋至截面边缘的保护层为30mm,已知实测混凝土棱柱体抗压强度为14.5N/mm2,钢筋屈服强度为f/=240N/mm2,试问:

(1)按普通箍筋柱计算,该柱的轴心抗压承载力为多少?

(2)当配有环形箍筋8@50mm,该柱轴心抗压承载力为多少?

(3)如果8环形箍筋间距s改为80mm时,该柱承载力又为多少?

【解】因为l。/d.=2900/420=6.90<7,故g=1.0

(1)按普通箍筋柱计算

A'=3040mm2,A=xd2/4=138474mm2,3040/138474=2.20%<3%

N。=9(f.A+f/A′)=1.0×(14.5×138474+240×3040)=2737×10'N=2737kN

(2)当配有环形箍筋48@50mm时

dor=420一2×30=360mm

image.png

image.png

由于柱的长细比小于12,可以按约束箍筋柱计算柱的轴心受压承载力,且f..<50

N/mm²,故有a=1.0,于是

N.=f.Aor+f,A、+2f,Ao

=14.5×101736+240×3040+2×240×1137=2751×10N=2751kN此值大于按普通箍筋柱计算的承载力2737kN,说明该柱由于环形箍筋的约束作用,柱的实际承载力提高。

(3)当48环形箍筋间距s改为80mm时

image.png

=14.5×101736+240×3040+2×240×711=2546×10N=2546kN按约束箍筋柱计算得到的承载力小于按普通箍筋柱计算得到的承载力。这是由于环形箍筋的间距偏大,对核芯混凝土约束作用不明显,核芯混凝土承载力的提高不足以补偿因混凝土保护层脱落退出工作时承载力的减小。所以该柱的承载力仍取普通箍筋柱的承载力2737kN。

思考题

为什么轴心受拉构件开裂后,当裂缝增至一定数量时,不再出现新的裂缝?

如何确定受拉构件的开裂荷载和极限荷载?

在轴心受压短柱的短期荷载试验中,随着荷载的增加,钢筋的应力增长速度和混凝土的应力增长速度哪个快?为什么?

如何确定轴心受压短柱的极限承载力?为什么在轴压构件中不宜采用高强钢筋?

构件设计时,为什么要控制轴心受力构件的最小配筋率?如何确定轴心受拉和轴心受压构件的最小配筋率?

配有普通箍筋的钢筋混凝土轴心受压构件中,箍筋的作用主要是什么?

钢筋混凝土轴心受压构件在长期荷载作用下,随着荷载作用时间的增长,钢筋的应力和混凝土的应力各发生什么变化?混凝土的徐变是否会影响短柱的承载力?

钢筋混凝土轴心受压构件的承载力计算公式中为什么要考虑稳定系数9,稳定系数。与构件两端的约束情况有何关系?

为什么长细比l。/b>12的螺旋筋柱,不考虑螺旋筋对柱承载力的有利作用?

如箍筋能起到约束混凝土的横向变形作用,则轴心受压短柱的承载力将发生什么变化?为什么?

已知某轴心受拉杆的截面尺寸b×h=300mm×400mm,配有8420钢筋,混凝土和钢筋的材料指标为:f,=2.0N/mm2,E.=2.1×10N/mm²,f,=270N/mm2,E.=2.1×105

N/mm2。试问此构件开裂时和破坏时的轴向拉力分别为多少?

已知某钢筋混凝土轴心受拉构件,截面尺寸为b×h=200mm×300mm,构件的长度l=2000mm,混凝土抗拉强度f=2.95N/mm2,弹性模量E.=2.55×10N/mm2,纵向钢筋的截面积A。=615mm2,屈服强度f,=270N/mm2,弹性模量E。=2.1×10°N/mm2,求(1)若构件伸长0.2mm,外荷载是多少?混凝土和钢筋各承担多少外力?

(2)若构件伸长0.5mm,外荷载是多少?混凝土和钢筋的应力各是多少?

(3)构件的开裂荷载是多少?即将开裂时构件的变形是多少?

(4)构件的极限承载力是多少?

某钢筋混凝土轴心受拉构件的截面尺寸为b×h=300mm×300mm,配有8b22的纵向受力钢筋,已知f,=2.3N/mm2,E.=2.4×10N/mm2,f,=345N/mm2,E.=1.96×105N/mm2。

(1)若允许构件开裂,求构件所能承受的最大轴向拉力。

(2)若不允许构件开裂,求构件所能承受的最大轴向拉力。

(3)对上述结果进行比较分析。

有一钢筋混凝土下弦杆,承受轴向拉力N,=150kN,若钢筋的屈服强度f,=

270N/mm2,且下弦允许出现裂缝,试求此下弦杆的配筋。

某钢筋混凝土受压短柱b×h=400mm×400mm,柱长2m,配有纵筋425,f.=19N/mm2,E.=2.55×10N/mm2,f,=357N/mm2,E,=1.96×105N/mm2,试问:

(1)此柱子的极限承载力为多少?

(2)在N.=1200kN作用下,柱的压缩变形量为多少?此时钢筋和混凝土各承受多少压力?

(3)使用若干年后,混凝土在压力N.=1200kN作用下的徐变变形为c.=0.001,求此时柱中钢筋和混凝土各承受多少压力?

某轴心受压短柱,长2m,b×h=350mm×350mm,配有4425的纵筋,f.=15N/mm2,f,=270N/mm2,E.=1.96×10N/mm2,co=0.002,试问:

(1)压力加大到多少时,钢筋将屈服?此时柱长缩短多少?

(2)该柱所能承担的最大轴压力为多少?

已知某多层房屋中柱的计算高度为4.2m,f/=310N/mm2,f.=10N/mm2,轴向压力为700kN,柱子截面为b×h=250mm×250mm,试确定纵筋数量。

某轴心受压柱,柱计算高度4.7m,混凝土棱柱体抗压强度f。=10N/mm2,配置纵筋4鱼20,f,=360N/mm2,试求:

(1)当截面尺寸为300mm×300mm时,该柱所能承受的轴力;(2)当截面尺寸为250mm×250mm时,该柱所能承受的轴力。

轴心受压螺旋筋柱,直径450mm,柱的计算高度为lo=3.5m,混凝土棱柱体抗压强度f.=10N/mm2,配置纵向钢筋8422,f/=270N/mm2,轴向压力为2500kN。若螺旋箍筋的屈服强度为f、=270N/mm2,试确定螺旋箍筋的数量。

轴心受压螺旋箍筋柱,直径500mm,计算长度l。=4.0m,f。=10N/mm2,纵筋选用6o22,f/=380N/mm2,螺旋箍筋选用410@50,f,=270N/mm2,假定混凝土保护层厚度为30mm,试求该柱的极限抗压承载力。

其他条件同,但螺旋箍筋选用48@80,试求该柱的极限抗压承载力。

附表4-1钢筋混凝土结构构件中纵向受力钢筋的最小配筋百分率%

附表4-1钢筋混凝土结构构件中纵向受力钢筋的最小配筋百分率%

注:①当混凝土强度等级为C60及以上时,应按表中规定增大0.1。

②偏心受拉构件中的受压钢筋,应按受压构件一侧纵向钢筋考虑。

③受压构件全部纵向钢筋和一侧纵向钢筋的配筋率以及轴心受拉构件和小偏心受拉构件一侧受拉钢筋的配筋率应按构件的全截面面积计算;受弯构件、大偏心受拉构件一侧受拉钢筋的配筋率应按全截面面积扣除受压翼缘面积(4一b)ht后的截面积计算。

④当钢筋沿构件截面周边布置时,“一侧纵向钢筋”系指沿受力方向两个对边中的一边布置的纵向钢筋。

⑤板类受弯构件的受拉钢筋,当采用强度级别400MPa,500MPa的钢筋时,其最小配筋百分率允许采用0.15和45f;/f,中的较大值。


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