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轴压比的实质.doc

发布:2017-05-22约2.11千字共7页下载文档
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轴压比的实质 赵清清(建研科技股份有限公司设计软件事业部) 一、引言 抗震设计中,轴压比是影响竖向构件破坏形态的一个重要参数。以柱为例,试验研究表 明,随着轴压比增大,柱延性降低,耗能能力减小。为了保证竖向构件的延性,结构设计中 往往需要限制竖向构件的轴压比。但轴压比限值是否就是大小偏心受压破坏的界限呢?作者 曾经错误地认为,轴压比限值的实质是大偏心受压与小偏心受压的界限。但是在规范和条文 说明中都没有找到类似的结论。本文在经过公式推导和计算后,轴压比限值和相对界限受压 区高度的关系展现的非常清楚。通过本文,读者可以得到轴压比的实质。 二、轴压比和相对受压区高度 联系到砼规 6.2.17 构件偏心受压公式: N ? ? f bx ? f A ? ? A (1) 1 c y s s s 当 x 满足 ? ? ? 时,属于大偏心受压,此时? ? ,则(1)式变成: s fy b N ? ? f bx ? f A ? f A 1 c y s y s (2) 考虑到柱多为对称配筋 A ? A ,则(2)变成: s s N ?? f bx (3) 1 c 若令 0 0.9 ,(3)两边同除以 h ? h f bh,稍加变换得到: c ? ? 0.9? ? (4) N 1 (4)式反映了大偏心受压情况下 ? ~ ? 之间的关系。 N 表 1 轴压比限值和相对界限受压区高度 ≤C50 300MP 335Mp 400Mp 500Mp ξb 0.576 0.550 0.518 0.482 [μN] 0.518 0.495 0.466 0.434 表 2 砼规 11.4.16 轴压比限值 由表 1,在大偏心受压的情况下, ? 最大值为 0.518。再看砼规 11.4.16 中关于柱轴压 N 比限值的规定(表 2),可以看到表 2 的轴压比限值要普遍大于表 1 中的[ ? ]。显然,当柱 N [作者简介] 赵清清,硕士研究生,工程师 轴压比 ? =0.65 时,按照公式(4),此时该柱处于小偏心受压状态了。这说明当柱轴压 N 比满足限值要求时,柱并不能保证一定处于大偏心受压状态。轴压比限值并不能代表大小偏 心受压的界限。 当 x 满足 ? ? ? 时,为小偏心受压,此时: b ? h ? ? ? ? (5) E ( 1 0 1) s cu x 将(5)代入(1),得到: h N ?? f bx ? f A ? E ? A ? E ? ? 0 A (6) 1 c y s s cu s s cu 1 s x A h0 ? 0.9h ? ? s 令 , , A ? A ,(6)式两边同除以 s s bh 0 f bh,得到: c E / f ? ? f ? E ? ? ? ? ? ? ? 0.9( ? s cu c ? ) (7) 1 y s cu N 1 ? f c 同样得到小偏心受压情况下 ? ~ ? 之间的关系。综合(4)和 以得出:无论是大偏 (7),可 N 心受压还是小偏心受压, ? 和? 都是成正比的关系。增大轴压比,也就是增大受压区高度。 N 不妨具体计算一下。采 C30, 1 1.0 用 ? ? , ? ? , f ?14.3 N/mm2;采用HRB335, 1 0.8 c f ? 300 N/mm2, 2.0 105 E ? ? N/mm2, ? ? 0.0033 ;取经济配筋率 ? =1%。代入(7), y s cu 得到: ? ? 0.9? ? ? 0.6 (8) N ? 将表 2 中框架结构的轴压比限值带入(8),得到表 3。 表 3 小偏心受压下 ? ~ ? N μN 0.495 0.65 0.75 0.85 0.90 ξ 0.55 0.634 0.664 0.76 0.795 分析表 3 可以再次清楚得看到:当柱的轴压比满足限值时,仍有可能出现 ? ? ? ,即处 b 于小偏心受压状态。 作者不禁提出疑问,为什么不再降低轴压比限值来避免小偏心受压呢?实际上,小偏心 受压构件在实际设计中是客观存在的,而且是很难避免的。另一方面,可以通过合理地配置 横向钢筋(包括箍筋和间接钢筋)来约束混凝土,籍此来提高混凝土的变形能力和延性。砼 规表 11.4.17 表明,轴压比大时,配箍特征值也相应增大。当柱满足轴压比限值时,即使柱 处于小偏心受压状态,通过增加箍筋用量也可以弥补小偏心受压柱的延性。 三、总结 轴压比实际上反映了柱截面中混凝土受压区相对高度的大小。且无论是大偏心受压还是 小偏心受压, ? 和? 都是成正比的关系。增大轴压比,也就是增大受压区高度。但是轴压 N 比的限值[ ? ]却不是对应相对界限受压区高度? 或者说轴压比限值并不能绝对地区分大小 N b 偏心受
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