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文本内容:
教案2010~2011学年第一学期主讲教师刘金慧课程名称结构设计原理课程类别专业必修课学时及学分80学时
4.5学分授课班级土木
081、
2、
3、4使用教材结构设计原理叶见曙主编系院、部土木工程系教研室实验室桥梁教研室课 时 授 课 计 划课次序号15
一、课 题§
6.1普通箍筋轴心受压构件的强度计算§
6.2螺旋箍筋轴心受压构件的强度计算
二、课 型课堂讲授
三、目的要求掌握普通箍筋柱与螺旋箍筋柱的概念,普通箍筋柱的构造要求、破坏特征、计算公式及计算步骤理解螺旋箍筋柱的受力特点及计算方法
四、重点、难点重点是普通箍筋柱与螺旋箍筋柱的概念,普通箍筋柱的构造要求、破坏特征、计算公式及计算步骤难点是螺旋箍筋柱的受力特点
五、教学方法及手段讲授
六、参考资料《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》《公路桥涵设计通用规范》
七、作业
1.普通箍筋柱与螺旋箍筋柱的概念
2.普通箍筋柱破坏特征、计算公式及计算步骤
3.习题
6.5
八、授课记录授课日期
2010.
10.10班 次土木081~4
九、授课效果分析
十、教学进程(教学内容、教学环节及时间分配等)内容复习、导入课题普通箍筋柱螺旋箍筋柱总结、布置作业时间(分钟)23第6章轴心受压构件的强度计算当构件受到位于截面形心的轴向压力作用时,为轴心受压构件钢筋混凝土轴心受压构件按照箍筋的功能和配置方式的不同可分为两种配有纵向钢筋和普通箍筋的轴心受压构件普通箍筋柱,如图1所示;配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件螺旋箍筋柱如图所示2图1普通箍筋柱图2螺旋箍筋柱(阴影部分代表核心面积)a螺旋箍筋柱;b焊接环筋柱第1节普通箍筋柱
一、构造要求1.截面形式普通箍筋柱的截面形状多为正方形、矩形和圆形等2.混凝土标号轴心受压构件的混凝土一般多采用C20~C30号混凝土3.截面尺寸轴心受压构件截面尺寸不宜过小,因长细比越大,值越小,承载力降低很多,不能充分利用材料强度构件截面尺寸不宜小于250mm4.纵向钢筋纵向钢筋为对称布置,设置纵向钢筋的目的是1协助混凝土承受压力,可减少构件截面尺寸;2承受可能存在的不大的弯矩;3防止构件的突然脆性破坏纵向受力钢筋的直径应不小于12mm在构件截面上,纵向受力钢筋至少应有4根并且在截面每一角隅处必须布置一根纵向受力钢筋的净距不应小于50mm,也不大于350mm纵向钢筋与混凝土截面边缘的净距c≥25mm对于纵向受力钢筋的配筋率要求,一般是从轴心受压构件中不可避免存在混凝上徐变、可能存在的较小偏心弯矩等非计算因素而提出的全部钢筋的纵向配筋率应不小于
0.5%,当混凝土强度等级为C50及以上时,不应小于
0.6%,同时每侧纵向受力钢筋的配筋率不宜小于
0.2%一般纵向钢筋的配筋率约为
0.5%~2%5.箍筋普通箍筋柱沿构件高度设置有等间距的箍筋普通箍筋的作用是,防止纵向钢筋局部压屈,并与纵向钢筋形成钢筋骨架,便于施工普通箍筋柱中的箍筋必须做成封闭式的箍筋,箍筋直径应不小于8mm间距应不大于纵向受力钢筋直径的15倍,或构件截面的较小尺寸,并不大于400mm在纵向钢筋接头处,箍筋的间距应不大于纵向钢筋直径的10倍,且不大于200mm当纵向钢筋截面积超过混凝土计算截面的3%时,箍筋间距应不大于纵向钢筋直径的10倍,且不大于200mm被同一箍筋所箍的纵向钢筋根数,在构件的角边上不宜多于3根若多于3根,则应设置附加箍筋
二、破坏形态按照构件的长细比不同,轴心受压构件可分为短柱和长柱两种,它们的受力变形和破坏形态各不相同1.短柱当压力P逐渐增加时,柱也随之缩短,用仪表测量,证明混凝土全截面和纵向钢筋均发生压缩变形当轴向压力N达到破坏荷载的90%左右时,柱四周混凝土表面出现纵向裂缝等压坏的迹象,混凝土保护层剥落,最后由于箍筋间的纵向钢筋发生屈曲,向外凸出,混凝土被压碎而整个试验柱破坏破坏时,测得的混凝土压应变大于
1.8×l0-3,而柱中部的横向挠度很小钢筋混凝土短柱的破坏是一种材料破坏,即混凝土压碎破坏2.长柱试件长柱在压力P不大时,全截面也是受压,但随着压力增大,长柱不仅发生压缩变形,同时产生较大的横向挠度,凹侧压应力较大,凸侧较小在长柱破坏前,横向挠度增加得很快,使长柱的破坏来得比较突然,导致失稳破坏破坏时,凹侧的混凝土首先被压碎,有纵向裂缝,纵向钢筋被压弯而向外鼓出,混凝土保护层脱落;凸侧则由受压突然转变为受拉,出现水平裂缝
三、纵向弯曲系数如前所述,对于钢筋混凝土轴心受压构件,把长柱失稳破坏时的临界压力与短柱压坏时的轴心压力的比值,称为纵向弯曲系数当柱的材料及纵筋含筋一定时,随着长细比的增加,纵向弯曲系数就减小,则柱破坏时临界压力Pc也愈小纵向弯曲系数主要与构件的长细比有关,混凝土强度等级及配筋率μ对其影响较小
四、正截面强度计算配有纵向受力钢筋和普通箍筋的轴心受压构件正截面承载能力计算公式当纵向钢筋配筋率3%时,应改为,mm2
五、实用计算方法及示例普通箍筋柱的正截面强度计算,分为截面设计和强度复核两种情况1.截面设计已知截面尺寸,计算长度,混凝土抗压设计强度,钢筋抗压设计强度,轴向压力求纵向钢筋首先计算长细比,查表得相应的纵向弯曲系数,直接用基本公式求得若截面尺寸未知,可先在适宜的配筋率范围内(=
0.5%--
1.5%)假定一个值,并假设=1,代入公式确定截面尺寸,再按尺寸已知的情况,求2.强度复核已知截面尺寸,纵向钢筋,计算长度,混凝土和钢筋的抗压设计强度求截面承载能力首先应检查纵向钢筋及箍筋布置构造是否符合要求由已知截面尺寸和计算长度计算长细比,查表得相应的纵向弯曲系数由公式计算轴心压杆正截面承载能力第2节螺旋箍筋柱
一、构造要求1.截面形式螺旋箍筋柱的截面形状通常做成圆形或八角形或正多边形2.纵向钢筋设置纵向钢筋的目的同普通箍筋柱纵向钢筋应沿圆周均匀分布,其截面积应不小于核心截面积的
0.5%,构件核心截面积应不小于构件整个面积A的2/3,也不宜大于3%,常用的配筋率在
0.8%~
1.2%之间3.箍筋螺旋箍筋柱的配筋特点是除了配置纵向受力钢筋以外,纵向钢筋外围还设有连续环绕的间距较密的螺旋箍筋或间距较密的焊环螺旋箍筋的作用是使截面中间部分核心混凝土成为约束混凝土,从而提高构件的强度和延性螺旋箍筋的直径不宜过大,应不小于纵向受力钢筋直径的1/4,也不小于8mm为了保证螺旋箍筋对核心混凝土横向变形的限制的作用,螺旋箍筋的间距S应满足1.S应不大于核心直径的1/5;2.S应不大于80mm一般情况下,S应不小于40mm,以便施工
二、受力特点与破坏特性对于配有纵向钢筋和螺旋箍筋的轴心受压短柱,沿柱高连续缠绕的、间距很密的螺旋箍筋犹如一个套筒,将核心部分的混凝土包住,有效地限制了核心混凝土的横向变形,从而提高了柱的承载能力螺旋箍筋的作用是间接的提高核心混凝土的抗压强度,从而提高柱的承载能力,故螺旋箍筋柱又成为间接箍筋柱螺旋箍筋柱的正截面破坏是其核心混凝土压碎、纵向钢筋已经屈服,而在破坏之前,柱的混凝土保护层早已剥落
三、正截面强度计算基本公式配有纵向受力钢筋和螺旋箍筋的轴心受压构件正截面承载能力计算公式
四、基本公式的适用条件《公路桥规》(JTGD62)有如下规定条件1.为了保证在使用荷载作用下,螺旋箍筋混凝土保护层不致过早剥落,螺旋箍筋柱的承载力计算值,不应比按普通箍筋柱算得的承载力大50%,即
1.52.当遇到下列任意一种情况时,不考虑螺旋箍筋的作用,1当长细比相当于,d为圆形截面直径时,由于纵向弯曲的影响,螺旋箍筋不能发挥其作用;2当按螺旋箍筋柱计算承载力小于按普通箍筋柱计算的承载力时,因为按螺旋箍筋柱计算只考虑了混凝土核心面积,当柱截面外围混凝土较厚时,核心面积相对较小,会出现这种情况,这时就应按普通箍筋柱进行柱的承载力计算3当
0.25时,螺旋箍筋配置得太少,不能起显著作用
五、实用设计计算方法及示例螺旋箍筋柱的设计也分为截面设计和强度复核,计算方法比较灵活。