偏心受压构件的受力性能

    4.3　偏心受压构件的受力性能

    当构件的截面上受到轴向压力N及弯矩M共同作用或受到偏心压力作用时，该结构构件称为偏心受压构件。当N=0时为受弯构件，当M=0时为轴心受压构件，故受弯构件和轴心受压构件是偏心受压构件的特殊情况。混凝土偏心受压构件的受力性能、破坏形态介于受弯构件和轴心受压构件之间。

    ・4.3.1　偏心受压构件的破坏形态・

    混凝土偏心受压构件也有长柱和短柱之分，根据偏心距大小和纵向钢筋配筋率的不同，偏心受压构件的破坏形态分为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏。

    1）大偏心受压破坏（受拉破坏）

    当偏心矩较大且受拉钢筋配置不太多时发生大偏心受压破坏。在偏心压力N的作用下，离压力较远一侧的截面受拉，离压力较近一侧的截面受压。大偏心受压构件的破坏形态如图4.6所示。

    大偏心受压构件的破坏形态与适筋受弯构件的破坏形态完全相同：受拉钢筋首先达到屈服，然后是受压钢筋达到屈服，最后由于受压区混凝土压碎而导致构件破坏。构件破坏前有明显预兆，裂缝开展显著，变形急剧增大，其破坏属于塑性破坏。由于这种破坏是从受拉区开始的，故又称为受拉破坏。

    2）小偏心受压破坏（受压破坏）

    当荷载的偏心距很小或者偏心距较大但受拉钢筋配置过多时，构件将发生小偏心受压破坏。小偏心受压构件破坏时，离纵向压力较近一侧的受压钢筋达到屈服，而另一侧的钢筋无论是受压或受拉，均没有达到屈服。小偏心受压构件的破坏形态如图4.7所示。

    小偏心受压构件破坏前没有明显预兆，属于脆性破坏。由于这种破坏是从受压区开始的，故又称为受压破坏。

    

    

    图4.6　大偏心受压破坏形态

    

    

    图4.7　小偏心受压破坏形态

    大、小偏心受压破坏之间的根本区别是：大偏心受压时，离纵向压力较远一侧的钢筋达到屈服，类似受弯构件正截面适筋破坏；小偏心受压时，离纵向压力较远一侧的钢筋没有达到屈服，类似受弯构件正截面的超筋破坏。因此，大、小偏心受压破坏的界限，仍可采用受弯构件正截面中的超筋与适筋的界限予以划分，即界限破坏时，ξ=ξ_b。把界限破坏归类于大偏心受压破坏，则有：

    a.当ξ≤ξ_b或x≤ξ_bh₀时，为大偏心受压破坏；

    b.当ξ＞ξ_b或x＞ξ_bh₀时，为小偏心受压破坏。

    ・4.3.2　偏心距・

    由于荷载作用位置的不准确、混凝土质量的不均匀、配筋的不对称以及施工偏差等原因，构件往往会产生附加的偏心距e_a。因此，在偏心受压构件的正截面承载力计算中，应考虑轴向压力在偏心方向存在的附加偏心距e_a，其值应取20 mm和偏心方向截面最大尺寸的1/30两者中的较大值。

    考虑附加偏心距后，截面的初始偏心距e_i等于原始偏心距加上附加偏心距e_a，

    即：

    

    ・4.3.3　附加弯矩・

    钢筋混凝土柱在承受偏心受压荷载后，会产生纵向弯曲变形和侧向挠度，侧向挠度还会产生附加弯矩。因此，在承载力计算时应考虑构件挠曲产生的附加弯矩。

    《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）规定，弯矩作用平面内截面对称的偏心受压构件，当同一主轴方向的杆端弯矩比不大于0.9且轴压比不大于0.9时，若构件的长细比满足式（4.3）的要求，可不考虑轴向压力在该方向挠曲杆件中产生的附加弯矩影响。否则，应考虑轴向压力在挠曲杆件中产生的附加弯矩影响。

    

    式中　M₁，M₂——已考虑侧移影响的偏心受压构件两端截面按结构弹性分析确定的对同一主轴的组合弯矩设计值，绝对值较大端为M2，绝对值较小端为M1，当构件按

    

    　l_c——构件的计算长度，可近似取偏心受压构件相应主轴方向上下支撑点之间的距离；

    　i——偏心方向的截面回转半径。

    除排架柱外，偏心受压构件考虑轴向压力在挠曲杆件中产生的二阶效应后控制截面的弯矩设计值，应按式（4.4）计算：

    

    当C_mη_ns小于1.0时取1.0；对剪力墙及核心筒墙，可取C_mη_ns=1.0。

    式中　C_m——构件端截面偏心距调节系数，当小于0.7时取0.7；

    　ηns——弯矩增大系数；

    　N——与弯矩设计值M2相应的轴向压力设计值。

    　ζ_c——截面曲率修正系数，当计算值大于1.0时取1.0；

    　h——截面高度，对环形截面取外直径，对圆形截面取直径；

    　h₀——截面有效高度；

    　A——构件的截面面积。