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1、 混凝土结构中受力钢筋的配设有两种基本方式。沿构件的轴力或主应力方向设置纵向钢筋，以保证抗拉承载力或增强抗压承载力，钢筋的应力与轴力方向一致，称为直接配筋直接配筋。沿轴压力或最大主压应力的垂直方向（即横向）配置箍筋，以约束其内部混凝土的横向膨胀变形，从而提高轴向抗压承载力，这种方式称横向配筋或间接配筋间接配筋。 约束混凝土处于三轴受压应力状态，提高了混凝土的强度和变形能力，成为工程中改善受压构件或结构中受压部分的力学性能的重要措施。第第8章章 约束混凝土约束混凝土第第8章章 约束混凝土约束混凝土8.1 螺旋箍筋柱螺旋箍筋柱8.1.1 受力机理和破坏过程受力机理和破坏过程Nce e荷载不荷载不大
2、时螺大时螺旋箍柱旋箍柱和普通和普通箍柱的箍柱的性能几性能几乎相同乎相同保护层剥保护层剥落使柱的落使柱的承载力降承载力降低低螺旋箍筋的螺旋箍筋的约束使核芯约束使核芯 混凝土处于混凝土处于三轴受压应三轴受压应力状态，纵力状态，纵向抗压承载向抗压承载力提高力提高NcNcdcor rfyAstfyAst普通钢筋普通钢筋混凝土柱混凝土柱素混凝土柱素混凝土柱e ep螺旋箍筋螺旋箍筋钢筋混凝钢筋混凝土柱土柱e ep2 1010-3 承载力的提高，特别是变形承载力的提高，特别是变形性能的提高更为显著。性能的提高更为显著。Nce e保护层剥保护层剥落使柱的落使柱的承载力降承载力降低低螺旋箍筋螺旋箍筋的约束使的约
3、束使柱的承载柱的承载力提高力提高普通钢筋普通钢筋混凝土柱混凝土柱素混凝土柱素混凝土柱e ep螺旋箍筋螺旋箍筋钢筋混凝钢筋混凝土柱土柱e ep2 1010-38.1.2 极限承载力极限承载力 极限承载力有两个极限承载力有两个控制值。控制值。 1. 纵筋屈服，混凝土纵筋屈服，混凝土 达达 fc ，忽略箍筋作用，忽略箍筋作用N1 = fc Ac + fy As 2. 箍筋屈服，混凝箍筋屈服，混凝 土达土达 fcc，纵筋屈服，纵筋屈服N2 = fcc Acor + fy As 244corststtcorcordAAsdsd横向箍筋体积率取为横向箍筋体积率取为 令配箍特征值：令配箍特征值：4ytsts
4、tttcccorff Aff sd箍筋屈服时，核芯混凝土的最大约束压应力为箍筋屈服时，核芯混凝土的最大约束压应力为12212ststtccorf Afsd 若近似取若近似取fcc = fc +4 r =(1+2 t)fc于是：于是： N2 =(1+2 t) fc Acor+ fy As = fc Acor+ 2fyt t Acor + fy As 显然，在相同的体积配筋下，箍筋比纵向钢筋的承载效率高出一显然，在相同的体积配筋下，箍筋比纵向钢筋的承载效率高出一倍。根据对试验结果分析，实测为倍。根据对试验结果分析，实测为1.72.9，平均约为，平均约为2.0。3. 极限承载力分析极限承载力分析(1
5、). 极限承载力极限承载力 N2 只适用于轴心受压短柱（只适用于轴心受压短柱（H/d 12）；更长的柱）；更长的柱常因压屈失稳而破坏；常因压屈失稳而破坏；(2). 若配筋过少，若配筋过少， N2 N1 ，必须，必须2ccortcorAAA(3). 若若 N2 N1 太多，使用荷载下钢筋保护层太多，使用荷载下钢筋保护层会开裂，甚至剥落，不符合设计要求；一般限会开裂，甚至剥落，不符合设计要求；一般限制制 N2 1.5 N1Nce ee epe ep2 1010-3N2N1我国规范取：我国规范取： t Acor 0.25 As美国规范取：美国规范取：0.452ccorcvcoryAAfAf8.2 矩
6、形箍筋柱矩形箍筋柱 螺旋箍筋的形状不太适合工程中的矩形截面，且加工成型费事，故使用范围受限。螺旋箍筋的形状不太适合工程中的矩形截面，且加工成型费事，故使用范围受限。矩形截面内箍筋沿截面周边平行布置，矩形组合截面也可用多个矩形截面组成平行于矩形截面内箍筋沿截面周边平行布置，矩形组合截面也可用多个矩形截面组成平行于周边的横向筋。故矩形箍筋是最普遍的横向筋形式。周边的横向筋。故矩形箍筋是最普遍的横向筋形式。箍筋的作用箍筋的作用：与纵筋构成骨架；承受横向应力，防止或减小纵向裂缝；减小纵：与纵筋构成骨架；承受横向应力，防止或减小纵向裂缝；减小纵筋压屈的自由长度，保证抗剪承载力；提高构件的延性，有利于结构
7、的抗震性能。筋压屈的自由长度，保证抗剪承载力；提高构件的延性，有利于结构的抗震性能。8.2.1 受力破坏过程受力破坏过程矩形箍筋的约束指标同样是矩形箍筋的约束指标同样是：(124)ytttcff14e e / / 10-326410812 / / MPa40302010 t = 0.1450.0770.0e e / / 10-31030204050 / / MPa40302010 t=0.00.320.17普通箍筋普通箍筋复合箍筋复合箍筋1. 当当 t 0.36时，应力应变曲线时，应力应变曲线上升段斜率反而降低，原因是密上升段斜率反而降低，原因是密布箍筋影响了混凝土的浇捣质量布箍筋影响了混凝土
8、的浇捣质量及箍筋两侧混凝土的结合。约束及箍筋两侧混凝土的结合。约束混凝土到达峰值应力前，混凝土到达峰值应力前，箍筋已箍筋已屈服屈服；其混凝土强度可提高；其混凝土强度可提高1倍，倍，峰值应变可提高峰值应变可提高10倍以上。倍以上。8.2.2 箍筋的作用机理及影响因素箍筋的作用机理及影响因素1231. 箍筋的作用机理箍筋的作用机理1强约束区，混凝土处于三轴受压应状态强约束区，混凝土处于三轴受压应状态3无约束区，箍筋外围混凝土无约束区，箍筋外围混凝土(即保护层即保护层)32弱约束区，混凝土处于两轴受压应力状态弱约束区，混凝土处于两轴受压应力状态12 用非线性有限元法分析矩形箍筋约束混凝土，试件临破坏
9、时用非线性有限元法分析矩形箍筋约束混凝土，试件临破坏时的截面应力分布如图的截面应力分布如图8 8-5(c)-5(c)。图上以箭头表示混凝土应力的。图上以箭头表示混凝土应力的方向方向( ( x和和 y) )和大小。对角线单元上和大小。对角线单元上 x= y，靠近箍筋，靠近箍筋转角处因面积小而约束应力偏大；另两个内部单元上转角处因面积小而约束应力偏大；另两个内部单元上 x y，但其数值与对角线单元的接近；靠近表面的单元主，但其数值与对角线单元的接近；靠近表面的单元主要承受顺箍筋方向的约束应力，即单元的要承受顺箍筋方向的约束应力，即单元的 y和单元和单元的的 x，另一方向的应力，另一方向的应力( (
10、即箍筋直线段的横向约束应力即箍筋直线段的横向约束应力) )很小。很小。此应力分布与前述箍筋约束作用的分析完全一致。此应力分布与前述箍筋约束作用的分析完全一致。2. 主要影响因素主要影响因素(1). 约束 t（矩形箍筋效率低于螺旋箍筋）（矩形箍筋效率低于螺旋箍筋）约束混凝土极限强度和箍筋屈服同时到达的界限约束混凝土极限强度和箍筋屈服同时到达的界限 约为约为 t0.32(2). 箍筋间距箍筋间距(s)：当s(11.5)b时，约束甚微；当sb方格网方格网Flu螺旋式螺旋式Flu2. 受力特点及破坏机理受力特点及破坏机理以典型方形柱中心局部受压为例以典型方形柱中心局部受压为例离开轴力作用端面一定距离（
11、离开轴力作用端面一定距离（2b）外的柱体可视作均匀的单轴）外的柱体可视作均匀的单轴应力状态。如图应力状态。如图柱的局部受压分为柱的局部受压分为3个区段：个区段： 区段区段：三轴受压状态：三轴受压状态 区段区段：二轴或者三轴拉压状态：二轴或者三轴拉压状态 区段区段：三轴拉压状态。：三轴拉压状态。 3. 局部受压强度及破坏形态局部受压强度及破坏形态 试件高度超过截面宽度（试件高度超过截面宽度（H2b）时，随着面积比（）时，随着面积比（Ab/A1）的加大，破坏形状逐渐的过渡。的加大，破坏形状逐渐的过渡。影响混凝土局部抗压的强度和破坏形态的因素还有：试件的宽高影响混凝土局部抗压的强度和破坏形态的因素还
12、有：试件的宽高比（比（H/2b）、荷载面的位置和形状、混凝土抗压强度值、尺寸效）、荷载面的位置和形状、混凝土抗压强度值、尺寸效应底面垫层材料等。应底面垫层材料等。 当试件高度小当试件高度小于宽度（于宽度（H2b）时，支承底面时，支承底面的反力不再均的反力不再均匀，内部应力匀，内部应力集中在轴线周集中在轴线周围，将产生沿围，将产生沿底面往上发展底面往上发展的裂缝。的裂缝。8.4.2 强度值计算强度值计算1. CEB-FIP MC90 模型模型针对针对3种可能的破坏形态分别进行验算种可能的破坏形态分别进行验算端部胀裂；下部开裂；压碎失稳。端部胀裂；下部开裂；压碎失稳。/1.92/1795cbcblcbtcbccffAAbbffbbfff2. 经验公式经验公式局部受压强度提高系数局部受压强度提高系数/0.8/0.2cbcblffAA或或31AAffbccb