1、,5.3.3 偏心受压柱,偏心受压：既受压力，又受弯矩（有时还有剪力），是轴压和受弯的中间状态，而轴压和受弯是它的两个极端。偏心受压（单向偏心）构件的配筋：纵筋沿与偏心轴垂直的截面的两个边缘（弯矩作用方向的两个对边）配置，离偏心压力较近一侧的纵筋为受压钢筋，用As/表示，另一侧可能受拉也可能受压，但一律用As表示。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.1 偏心受压构件正截面的破坏形态和机理,试验表明，从加荷开始到接近破坏为止，偏心受压构件截面的平均应变分布也都较好地符合平截面假定。两类破坏形态：大偏心受压破坏（受拉破坏）：见图5-68。,截面受拉侧混凝土较早出现裂缝，As的应力随荷载增加发展较
2、快，首先达到屈服。此后，裂缝迅速开展，受压区高度减小 最后受压侧钢筋As 受压屈服，压区混凝土压碎而达到破坏。这种破坏具有明显预兆，变形能力较大，破坏特征与配有受压钢筋的适筋梁相似，承载力主要取决于受拉侧钢筋。破坏始自受拉钢筋先屈服，最后受压区混凝土被压碎而破坏，破坏时一般受压钢筋也能达到屈服强度。属塑性破坏。形成这种破坏的条件是：偏心距e0较大，且受拉侧纵向钢筋配筋率合适。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.1 偏心受压构件正截面的破坏形态和机理,小偏心受压破坏（受压破坏）有两种情况：图5-69。(A)当相对偏心距e0/h0较小；(B)虽然相对偏心距e0/h0较大，但受拉侧纵向钢筋配置较多
3、时,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.1 偏心受压构件正截面的破坏形态和机理,小偏心受压破坏：,截面受压侧混凝土和钢筋的受力较大；受拉侧钢筋应力较小；当相对偏心距e0/h0很小时，受拉侧还可能出现受压情况；截面最后是由于受压区混凝土首先压碎而达到破坏；承载力主要取决于压区混凝土和受压侧钢筋，破坏时受压区高度较大，受拉侧钢筋未达到受拉屈服，破坏具有脆性性质；第二种情况在设计应予避免，因此受压破坏一般为偏心距较小的情况，故常称为小偏心受压。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.1 偏心受压构件正截面的破坏形态和机理,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.1 偏心受压构件正截面的破坏形态和机理,界限
4、破坏及大小偏心受压的分界,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.2 弯矩和轴力对偏压构件的影响,偏心受压构件实际上是弯矩M和轴力N共同作用的构件，偏心距e0=M/N，M,N对构件的作用彼此互相牵制。对于小偏压，Nu增大Mu减小或Mu增大Nu减小；对于大偏压，Nu增大Mu增大或Nu减小Mu减小。曲线里面是安全区，外面是非安全区。,Mu,Nu,轴压破坏,弯曲破坏,界限破坏,小偏压破坏,大偏压破坏,N相同M越大越不安全,M 相同：大偏压，N越小越不安全 小偏压，N越大越不安全,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.2 弯矩和轴力对偏压构件的影响,例：对大偏压构件，下面四种内力组合：M=450kNm，N=
5、1000kN；M=400 kNm，N=1010 kN；M=400 kNm，N=1200 kN；M=450 kNm，N=900 kN。哪组为最不利组合。对小偏压构件，下面四种内力组合：M=65 kNm，N=2400 kN；M=70 kNm，N=2400 kN；M=60 kNm，N=2400 kN；M=60 kNm，N=2300 kN。哪组为最不利组合。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.3 附加偏心距ea和初始偏心距ei,考虑到工程中实际存在着竖向荷载作用位置的不确定性、混凝土质量的不均匀性、配筋的不对称性以及施工偏差等因素，规范在偏心受压构件受压承载力计算中，规定必须计入轴向压力在偏心方向的
6、附加偏心距ea。参考国外规范的经验，规范把ea取为20mm和偏心方向尺寸的1/30两者中的较大值。因此，轴向压力的计算初始偏心距ei应为：,式中 e0轴向压力对截面重心的偏心距：,。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.4 结构二阶效应的考虑,在偏心受压构件中，二阶效应指的是纵向弯曲引起的二阶弯矩。即：承受偏心压力的构件将产生纵向弯曲（即侧向变形），导致e0e0+f，使截面中弯矩变为N（e0+f），f是随着荷载的增大而不断加大的，因而弯矩的增长也就越来越快。我们把截面弯矩中的Ne0称为初始弯矩或一阶弯矩，而把Nf称为附加弯矩或二阶弯矩。见图。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.4 结构二阶效
7、应的考虑,（1）长细比对偏心受压柱受压承载力的影响 从二阶效应的角度可把偏心受压构件的受力情况区分为以下三类：图5-73。偏心受压短柱（l0/h5）：侧向挠度 f 与初始偏心距ei相比很小；柱跨中弯矩M=N(ei+f)随轴力N的增加基本呈线性增长；直至达到截面承载力极限状态产生破坏；对短柱可忽略挠度f影响。破坏属于材料破坏。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.4 结构二阶效应的考虑,图5-73,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.4 结构二阶效应的考虑,比较细长的偏压柱（中长柱）（5l0/h30）：f 与ei相比已不能忽略；f 随轴力增大而增大，柱跨中弯矩M=N(ei+f)的增长速 度大于轴
8、力N的增长速度；即M随N 的增加呈明显的非线性增长；虽然最终在M和N的共同作用下达到截面承载力极限状态，但轴向承载力明显低于同样截面和初始偏心距情况下的短柱；因此，对于中长柱，在设计中应考虑附加挠度 f 对弯矩增大的影响。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.4 结构二阶效应的考虑,过于细长的偏压柱（长细比l0/h 30 细长柱）：侧向挠度 f 的影响已很大；在未达到截面承载力极限状态之前，侧向挠度 f 已呈不稳定发展；柱的轴向荷载最大值发生在荷载增长曲线与截面承载力Nu-Mu相关曲线相交之前；这种破坏为失稳破坏。在E点的承载力以达到最大，但此时截面内钢筋应力并未达到屈服强度，混凝土也未压碎，
9、应避免这种破坏发生。所以只对考虑二阶效应。由图可见，这三个柱虽然具有相同的外荷载偏心距ei值，其承受纵向力N值的能力是不同的，其值分别为Nus、Num、Nul，即由于长细比加大降低了构件的承载力。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.4 结构二阶效应的考虑,（2）偏心距增大系数 规范推荐两种方法来考虑二阶效应问题，一种是较为准确的“考虑二阶效应的弹性分析法”，另一种是规范的近似方法。下面只对规范的方法简单的加以介绍。为了考虑纵向弯曲的影响，规范将初始偏心距乘以一个大于1的偏心距增大系数。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.4 结构二阶效应的考虑,（2）偏心距增大系数,规范给出的计算公式为：,
10、式中 ei初始偏心距；1偏心受压构件的截面曲率修正系数，即当11.0时，取1=1.0；,2构件长细比对截面曲率的影响系数，当l0/h15时，2=1.0；当l0/h15时，2=1.15-0.01l0/h；l0构件的计算长度。当偏心受压构件的长细比l0/i17.5（即l0/h5或l0/d5）时，可取=1.0,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.5 矩形截面非对称配筋偏心受压构件承载力计算公式,（1）大偏压（b），见图 1）基本计算公式,式中 e轴向压力作用点至钢筋As合力点的距离，;,其它符号同前。,C,e,Nu Nu,fyAs,fyAs,e,ei,x,1fc,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.
11、5 矩形截面非对称配筋偏心受压构件承载力计算公式,（1）大偏压（b）,2）适用条件(P201),(a),；,(b),；,(c)/min/=0.2%，min=0.2%(/=,=,)；,(d)/+=min=0.6%；(e)/+=max=5%。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.5 矩形截面非对称配筋偏心受压构件承载力计算公式,（2）小偏压（b）1）基本计算公式 小偏心受压构件破坏时的应力图形与超筋受弯构件相似。主要是远离轴压力一侧的钢筋As的应力，可能受拉，也可能受压，但均达不到fy或fy/，对小偏压截面的两种应力分布图形，依平衡条件得(图):,(近似公式),式中 s拉正压负，-fy/sfyx受
12、压取高度，当xh时，取x=h。,C,sAs,Nu,e,e,fyAs,ei,x,1fc,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.5 矩形截面非对称配筋偏心受压构件承载力计算公式,（2）小偏压（b）,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.6 矩形截面对称配筋偏心受压构件的计算方法,偏心受压柱截面纵向受力钢筋的配筋方式有两种：对称配筋（两侧配筋相同）和不对称配筋（两侧配筋不同）。建筑工程中，柱截面常用对称配筋，且as=as/。本课程仅介绍对称配筋柱的设计计算。由于对称配筋情况下，fy=fy/、As=As/，未知数减少一个，并且由基本方程可直接求出（或x），所以可用（或x）判断大小偏压。由大偏压基本方程可得
13、：,当,时，应按大偏压构件计算;,当,时，应按小偏压构件计算。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.6 矩形截面对称配筋偏心受压构件的计算方法,（1）大偏心受压,若,，则由大偏压基本方程得：,若,，则按下式求钢筋面积：,应指出，如果按上列诸式求得的As及As/的截面面积均小于最小配筋率确定的面积时，说明原先设定的截面尺寸偏大。必要时，可重新选择截面尺寸，重新设计。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.6 矩形截面对称配筋偏心受压构件的计算方法,（2）小偏心受压,由上述公式求得的 时，可按小偏压构件计算。但必须注意，公式是由大偏压公式推得的，因此这个x值并不是小偏压破坏时的准确的受压区高度。这时
14、的x（或）可按下面的近似公式求出：,求得后，然后将x代入小偏压基本公式，即可求得As及As/（As=As/）。当 时，则应以 代入小偏压基本公式求As/。,偏心受压构件除应计算弯距作用平面的受压承载力以外，尚应按轴心受压构件验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力，此时可不计入弯矩的作用，但应考虑稳定系数 的影响。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.6 矩形截面对称配筋偏心受压构件的计算方法,计算步骤：,求e()：,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.6 矩形截面对称配筋偏心受压构件的计算方法,截面设计：,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.7 偏心受压构件斜截面受剪承载力计算,在工程中，有不少构
15、件同时承受轴向力、弯矩和剪力的作用，如框架柱。轴向力N不仅对正截面承载力有影响，也对斜截面受剪承载力有影响。在偏心受压构件的受剪承载力计算中，必须考虑轴向力的作用。（1）截面尺寸及箍筋配箍率的控制矩形、T形和I形截面的钢筋混凝土偏心受压构件，其受剪截面尺寸控制条件及箍筋最小配筋率的规定与受弯构件完全相同。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.7 偏心受压构件斜截面受剪承载力计算,（2）偏心受压构件的受剪承载力计算 试验表明，轴向压力将延迟斜裂缝的出现和抑制斜裂缝的开展，增大斜裂缝末端的剪压区高度，从而提高了受压区混凝土所承担的剪力和骨料咬合力；但轴向力对箍筋的受剪承载力无显著影响。试验还表明，
16、轴向压力对混凝土受剪承载力Vc的有利作用是有限度的，当轴压比 达到0.30.5时，受剪承载力达到最大值。若轴压比继续增大，受剪承载力反将降低，并转变为带有斜裂缝的正截面小偏压破坏。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.7 偏心受压构件斜截面受剪承载力计算,根据试验结果，规范稳妥的规定，对矩形、T形和I形截面的钢筋混凝土偏心受压构件，其斜截面受剪承载力应按下式计算：,式中 N与剪力设计值V相应的轴向压力设计值；当N0.3fcA时，取N=0.3fcA，在此A为构件的截面面积；偏心受压构件的计算截面剪跨比，按下列规定取用：对各类结构的框架柱，宜取=M/(Vh0)，当框架柱的反弯点在层高范围内时，可取=Hn/(2h0)，假定反弯点在柱中点。当3时，取=3。此处，M为计算截面上与剪力设计值V相应的弯距设计值，Hn为柱的净高。对其它偏心受压构件，当承受均布荷载时，取=1.5；当主要承受集中荷载时，取=a/h0；当3时，取=3。此处，a为集中荷载至支座或节点边缘的距离。,5.3.3 偏心受压柱,5.3.3.7 偏心受压构件斜截面受剪承载力计算,钢筋混凝土偏心受压构件，若符合条件：,时，则可不进行斜截
