短柱
8.1 介绍：轴向压缩
柱被定义为成员携带负载主要压缩。通常柱带弯曲的时刻,一个或两个轴的横截面,和弯曲行动可能产生拉力在截面的一部分。即使在这种情况下,柱通常称为压缩成员,因为压缩部队支配他们的行为。除了最常见的压缩成员,即,垂直元素结构,压缩成员包括拱肋、刚架斜或成员,压缩在桁架元素,贝壳,或部分的轴向压缩,和其他形式。在本章术语柱将会交替使用术语受压构件,简洁,符合一般使用。
三种类型的钢筋混凝土压缩成员正在使用:
1。成员加强与纵向钢筋和横向关系。
2。成员与纵向钢筋酒吧和连续的螺旋。
3。复合压缩成员钢筋纵向钢结构形状,烟斗,或油管,有或没有额外的纵向酒吧、和各
种类型的横向钢筋。
类型1和2是目前最常见的,并且大多数的讨论这一章将引用它们。
主要在柱纵向钢筋,平行的方向载荷,并由酒吧排柱成正方形,长方形,或圆形模式,就像图1所示。15。图8。1显示了一个铁匠收紧拼接主要钢筋施工的混钢建筑- - -美国银行(Bank of America)企业中心夏洛特,北卡罗莱纳。纵向钢筋面积的比率Ast总值混凝土截面Ag)的范围从0。01为0。08年,根据ACI规范10.9。1。下限是必要的,以确保抗弯曲性时刻不占分析和减少混凝土收缩徐变、的影响下持续压缩。比率高于0.08不仅不经济,但是也会导致困难由于拥堵的强化,尤其是钢铁必须拼接。大多数柱设计的比率低于0。04。直径较大的酒吧是用来减少安置费用,避免不必要的拥堵。特别的大直径14号和18号(43号和57号)酒吧主要用于生产柱。根据ACI规范10。9。2,至少四个纵向酒吧酒吧时需要封闭的矩形或圆形的关系,和至少6条纵向酒吧时必须使用由连续封闭循环。
柱可以分成两大类:短柱的强度取决于材料的强度和截面的几何形状,和纤细的柱,力量可能被横向变形量显著降低。许多年前,一个ACI-ASCE调查表明,90%的柱做好对侧移和40%的放松柱可以设计成短柱。有效的侧向支撑,防止相对的两端专栏的横向运动,通常是由剪力墙,电梯和楼梯井轴、斜撑或两者结合。虽然纤细柱广泛使用的更常见,因为尺寸成员的高强度材料和改进方法,它仍然是真正的,大多数柱在普通的练习可以被认为是短柱。只有短柱在本章将讨论;细长的影响在减少柱强度将在第9章。
柱可以分成两大类:短柱的强度取决于材料的强度和截面的几何形状,和纤细的柱,力量可能被横向变形量显著降低。许多年前,一个ACI-ASCE调查表明,90%的柱做好对侧移和40%的放松柱可以设计成短柱。有效的侧向支撑,防止相对的两端专栏的横向运动,通常是由剪力墙,电梯和楼梯井轴、斜撑或两者结合。虽然纤细柱广泛使用的更常见,因为尺寸成员的高强度材料和改进方法,它仍然是真正的,大多数柱在普通的练习可以被认为是短柱。只有短柱在本章将讨论;细长的影响在减少柱强度将在第9章。
短暂的行为,讨论了轴向加载的压缩成员在第1.9节介绍钢筋混凝土的基本方面。建议是再保险——前面的材料，在这一点上。在第一节。9,这是证明,低负载材料既保持弹性,钢铁总负载的一个相对较小的部分。钢压力fs等于n次混凝土压力:
fs = nfc ( 8. 1)
其中n = Es / Ec是模块化的比率。在这个区间内的轴向载荷P
P = fc [ Ag ( n - 1) Ast ] ( 8. 2)
括号内的词在哪里改变了部分的面积(见图1。17)。方程(8。2)和(8。1)可以用来发现混凝土和钢应力分别为给定的负载,提供了材料保持弹性。1.1演示了这些方程的使用示例。
在第一节。9,这进一步表明,轴向加载的名义强度柱可以发现,认识到非线性响应的材料,
P n = 0.85f′ c Ac Ast fy ( 8. 3a)
或
P n =0.85f′ c ( Ag - Ast ) A s t fy ( 8. 3b)
即,由加法的强度贡献的两个组件柱。在这个阶段,钢带有明显的负载比以较低的总负载的情况。
轴向加载的名义强度的计算柱在1.9节。
根据ACI规范10。3。6、设计强度的轴向加载柱是基于Eq。(8。3 b)通过引入某些强度减少的因素。ACI因素柱比梁更低,反映出他们在结构更加重要。梁失败通常只影响局部区域,而柱失败可能导致整个结构的崩溃。此外,这些因素反映的行为的差异与柱和螺纹钢筋的柱将在8.2节中讨论。0.70用于螺纹钢筋的基本因素柱,和0.65柱,对于大多数梁与= 0.90。
进一步限制柱ACI规范强加的力量是10。3。6 -允许意外加载不考虑分析的怪癖。这是通过施加上限的轴向载荷小于设计强度计算。这个上限是0。为螺旋状钢筋设计强度的85倍柱,和0。系柱的计算强度的80倍。因此,根据ACI规范10.3.6,螺纹钢筋柱
P n( max) =0.85 [ 0. 85f′ c ( Ag - Ast ) fyAst ] ( 8. 4a)
以系数0.7联系的柱
P n( max) =0.80 [ 0. 85f′ c ( Ag - Ast ) fyAst ] ( 8. 4b)
系数为0.65
8。2横向关系和螺旋
图1所示。15显示了横截面的最简单的类型的柱,螺纹钢筋或提供352年代如果短柱横向关系。其他建筑物和桥梁的横截面经常发现图8.2所示。总的说来,在成员与大轴力和小的时刻,纵向钢筋间距或多或少地统一在周长(图8。2 d)。当弯矩很大,大部分的纵向钢是集中在最高的压缩或紧张,即,在最大距离轴的弯曲(图8。2 e h)。特定的推荐模式对于许多组合和安排酒吧参中发现。8.1和8。2。中柱有大量钢铁百分比,大量的酒吧的结果,他们每个人单独定位,通过关系,钢拥堵在形式和困难将混凝土。在这种情况下,捆绑酒吧经常使用。包由三个或四个酒吧绑在直接接触,连接,或系在一起。这些通常是放置在角落里。测试表明,充分捆绑酒吧作为一个单元,即,它们详细好像束构成一个圆钢筋面积的总和等于捆绑酒吧。
横向加固,以个体的形式相对宽大的关系或连续密集螺旋,具有多方面的作用。等,需要强化的纵向钢筋位置的形式,混凝土被放置。为此,纵向和横向钢连接在一起形成的笼子里,然后进入了形式,妥善放置混凝土前定位。另一方面,横向钢筋需要防止高度强调,纤细的纵向酒吧从屈曲外破裂的薄的混凝土保护层。
密集螺旋服务这两个函数。关系,可以安排和空间的以不同的方式,必须设计,满足这两个要求。这意味着必须足够小,以防止屈曲间距之间的关系,在任何领带飞机,足够数量的关系必须提供位置和保存所有酒吧。另一方面,与许多纵向钢筋在柱,如果柱部分被太多的关系纵横交错,它们干扰位置的具体形式。达到足够把还保持联系的数量减到最少,ACI规范7.10。5给以下规则将安排:
所有的酒吧与柱由侧向封闭的关系,至少3号(10号)的大小
纵向酒吧10号(32),和至少4号(13号)大小。11日,14日和18(43号,36,57)和纵向钢筋捆绑。不得间距的关系超过16倍管道直径长度的纵向酒吧、领带夹,48直径和最小尺寸柱。
关系应当如此安排,每一个角落和候补纵筋有横向支持所提供的领带的一角有一个夹角的不是超过135°,不得远超过6条。从这样一个清晰的两边外侧支持酒吧。变形线或焊接钢丝网可以使用等效面积而不是关系。酒吧所在地的外围一圈,完整的循环可以使用的关系。
成螺旋形地增强柱ACI规范7。10。4要求横向钢筋可以总结如下:
螺旋由连续的酒吧或线不少于3 8。直径,清晰的间距的螺旋不得超过3。也不能小于1。
此外,最低比率的螺旋钢实施这样柱的结构性能明显改善,对极限载荷和类型的失败,而另一个相同的系柱。
螺旋的结构效应是容易被考虑作为一个模型可视化钢桶装满沙子(图8。3)。负载时放置在沙滩上,沙子的侧向压力对鼓,导致钢墙箍张力。负载在沙滩上可以增加直到箍紧张变得足够大,破碎的鼓。单独的沙堆,如果不是局限于鼓,将能够支持几乎没有任何负载。圆柱形混凝土柱,可以肯定的是,有一个明确的强度没有任何横向约束。因为它被加载,它缩短纵向和横向扩展,根据泊松比。围柱抵消密集循环扩张,和钢桶在模型中。这导致螺旋箍张力,而承载能力约束混凝土的核心是大大增加了。发生故障时只有当螺旋钢产量,大大降低其封闭效应,或骨折。
负载由等效的系柱失败。(8。3 a或b)。在这个负载破碎和剪切向外倾斜的混凝土没有飞机,由弯曲和纵向钢外之间的关系(图8。4)。螺纹钢筋柱,当达到相同的负载,纵向钢筋和混凝土内的核心是阻止由螺旋向外移动。混凝土外壳,然而,不局限,并失败;也就是说,外壳碎裂掉,当负载Pn。在这个阶段,螺旋的行动有显著的影响,如果提供可观的螺旋钢,最终将失败柱的负载导致螺旋钢屈服或断裂可以比这更大的外壳剥落。此外,轴向应变极限柱失败时要远远大于否则;柱的韧性已经大大增加了。
与一些外国国家的做法相比,这是合理的在美国,任何产能过剩的剥落负载之外壳是浪费的,因为成员,虽然不是真的失败了,将不再被认为是有用的。出于这个原因,ACI的代码提供了一个最低螺旋钢筋的数量,其对承载力的贡献只是略大于混凝土的外壳。图8中的情况是最好的理解。5,它比较的性能与螺旋箍筋柱柱的剥落负载等于箍筋柱的极限载荷。箍筋柱的失败是突然和完整。这是真的,几乎相同程度上的螺旋柱螺旋光,其强度的贡献远远低于灶神星的力量失去了壳。重螺旋扭转是真的,和之前的变形剥落柱会失败在更高的负载。“ACI螺旋”,它对强度的贡献补偿失去的灶神星壳,几乎增加了极限荷载。然而,通过防止混凝土和钢的翘曲的瞬间破碎,它产生更渐进和韧性失败,即,一个强硬的柱。
人们已经发现实验(参考文献8。3 - 8。5),核心混凝土的抗压强度的增加在一柱提供了通过螺旋钢的密闭效应方程所代表的密切
f * c - 0.85 f′ c = 4.0f′ 2 ( a)
在f * c =成螺旋形地局限在核心混凝土抗压强度
0.85 f′c =假想无侧限抗压强度的混凝土
f′2 =侧向约束核心混凝土应力由螺旋约束应力计算f′2假设螺旋钢筋达到屈服应力财年当柱最终失败。参照图8.6,箍的张力分析一个理想化的模型,一把短段柱横向钢显示
f′ 2 =2A s p fy /(dc s) ( b)
Asp =横截面积的螺旋钢丝在哪里
财政年度=螺旋钢的屈服强度
dc =外径的螺旋
s =间距或距螺旋钢丝
容积率的比率被定义为卷的螺旋钢卷的核心混凝土:
rho; s =2pi; dc As p 4/(2 pi;d2 c s)
其中 A s p =rho; sdc s/ 4
用Asp从等价的价值。(c)为等价。(b)的结果
f′ 2 =rho; s fy /2 ( d)
找到合适的螺旋钢量计算
壳的强度贡献= 0。85 f′c(g - c)(e)
分别Ag)和Ac,总值和核心混凝土领域。然后从等效替代监禁压力。(d)为等效。(a)和核心混凝土面积乘以
提供的强度螺旋= 2rho;年代fyAc (f)
螺旋的设计的基础是,提供的力量获得螺旋时应至少等于失去了壳碎片,所以结合方程式。(e)和(f),
0. 85f′ c ( Ag - A c ) = 2rho; s fy A c
其中
rho; s =0. 425(Ag /Ac- 1)f′ c/ fy ( g)
根据ACI的代码,这个结果是圆形略有上升,ACI规范10。9。3,螺旋钢筋的比例不得少于
rho; s =0. 45(Ag Ac- 1)f′ c /fy
ACI规范进一步规定,财政年度不得大于60000 psi。
t从这个发展之前,两个同中心地装载柱ACI代码设计,一个系和一个螺旋,但否则相同,将大约在同一加载失败,前突然脆弱的方式,后者逐渐剥落之前的外壳和有韧性的行为。这种螺旋柱是少得多的优势明显,如果
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