【摘要】：本文在现有研究成果的基础上，通过大量阅读文献，对钢筋混凝土小偏压柱的破坏机理进行了深入的探讨，并对原有设计方法进行了简化，可用于工程实际。
【关键词】：钢筋混凝土；柱；小偏心；破坏机理
Abstract: This article on the basis of existing research results through a lot of reading literature, the failure mechani of reinforced concrete columns by in-depth discussion, and the original design has been simplified, can be used in engineering practice.
摘自：本科毕业论文评语www.808so.com
Key words: reinforced concrete; column; all eccentricity; failure mechani
2095-2104（2012）
0 引言
钢筋混凝土结构由于其良好的工作性能成为使用最广泛的建筑结构之一。钢筋混凝土柱是这一结构的主要受力构件。建筑行话“梁坏坏一根，柱坏坏一堆”，梁的破坏不会引发建筑物全部倒塌。而建筑物中若竖向承重构件发生脆性破坏，则会导致灾难性后果。失本文针对钢筋混凝土小偏压柱的破坏机理进行研究，并提出一种简化的设计方法。
1 破坏机理研究
钢筋混凝土小偏压柱破坏呈脆性，且破坏前无明显预兆，并且混凝土强度等级越高破坏越突然；相反钢筋混凝土轴压和大偏压柱则以延性形式破坏，破坏前有明显的预兆。Nu随偏心距增大逐渐减小，偏心距为零时，Nu达到最大值。随偏心距的增大，破坏时柱截面应变分布的一组曲线。当偏心距为零时（即轴心受压）截面左右两侧钢筋均达到屈服， ＝0.0022，全截面混凝土被压碎，与小偏压、大偏压相比，此时其截面应变延截面高度分布是最均匀的，故破坏时该截面及整个柱子耗散能量最多。同时通过构件的荷载－挠度曲线（见图3）我们也可看出，Nu越大，构件破坏过程中所耗散的能量就越大。
当偏心距约为0.166h时，混凝土应变为零，钢筋应变近似为零，右侧钢筋应变略小于0.0033，混凝土被压碎，此时破坏时该截面及整个柱子耗散能量是最少的。
当偏心距大于0.3h时，受荷后柱所产生的附加偏心距也随之增大，这使得截面应变延柱长分布不均匀，因为此时左侧混凝土拉裂，右侧混凝土被压碎，受拉、压钢筋均达到屈服（超出0.0033）。由此可以看出，偏心距为0.3h是大小偏心的一个临界值。那么钢筋混凝土偏压柱何时发生脆性破坏，何时发生延性破坏，钢筋混凝土柱脆性破坏判别式：
脆性破坏
延性破坏
2 计算方法
2.1 基本公式及常规解法
普通钢筋混凝土矩形截面偏心受压构件。现行混凝土结构设计规范对此构件提出如下计算式：
（1）
（2）
对于小偏心受压构件，即 ，钢筋应力 按下式计算：
（3）
式中各符号见规范所述。根据上述三个公式，对矩形截面小偏心受压构件可进行配筋计算。如图4所示，对 重心处取矩，并取N=Nu，列出平衡方程(或将式(l)代入式(2))，可得：
式中 为轴向力作用点至 重心处之间的距离(见图4)。
取混凝土受压区相对高度 ，并将式(3)代入上式，整理后为：
＝0(4)
常规配筋计算的方法是，先取 某一值(如按最小配筋率配置)，然后利用式(4)求出 值，再求出x值，代入式(2)后可求出 值。显然求解 比较麻烦，且易出错。笔者对(4)式作一些适当简化，可得出 的近似表达式。
2.2的简化公式及其应用
设配筋率 ，将 及 代入式(4)，并取 可得：
由于 相对于 小得多，故取 ＝0，则
（5）
在上式中， 仅与钢筋级别有关，如I级钢筋为1211。设某级钢筋的 与I级钢筋的相应值的比值为 ，则系数 为
对于常见的I、Ⅱ、Ⅲ级钢筋， 值分别为0.94，1.0，1.03。将上式代入式（5）后得
(5－a)
解式（5－a），得
（6）
利用式(6)，可直接计算各种配筋率为 时的 值。值得注意的是， 的单位在此为N/mm2。
显然，混凝土受压区相对高度 与 、配筋率 、混凝土弯曲抗压强度设计值 、钢筋级别系数 有关。但在小偏心受压构件中，常见的情况是 按最小配筋率配置，即 为一常数。同时，对于 不是很大时， 的影响可以忽略不计。这样，不管什么级别的钢筋 均取1。对混凝土强度等级不大于C35时，规范取最小配筋率 为0.2％，则1200 = 2.4因此，当 按最小配筋率配置时， 按下式计算：
（7）
上式是按配筋率 =0.2%得出的 计算表达式。实际上，当 不太大时， 对 影响很小。因此，对于 按构造配筋或最小配筋率配置或配筋率不很大的情况，均可直接按式(7)进行计算。如果 值较大时，可用式(6)计算。
3 结论
当偏心距为零时,柱耗散能量最多；当偏心距约为0.166h时，柱子耗散能量最少；当偏心距大于0.3h时，柱中附近截面耗散能量最大。在矩形截面小偏心受压构件设计时，可利用本文简化公式(7)来直接求 ，作为计算 的依据。即使当反向破坏验算时A.的配筋率超过了最小配筋率，也不需要重新计算 。这样，不仅计算方便，精确度也完全可以达到要求。
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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
钢筋混凝土小偏压柱破坏机理及设计方法研究
更新时间：2024-02-03
作者：用户投稿
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