第二篇 鋼筋和混凝土的組合作用

1、鋼筋混凝土原理和分析　　 碩士研究生課程,,第二篇　 鋼筋和混凝土的組合作用,5.鋼筋的力學(xué)性能5.1混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋1.鋼筋HPB300（熱扎光圓鋼筋）HRB335，HRB400 （熱扎帶肋鋼筋）RRB400（余熱處理鋼筋）軟鋼，應(yīng)力應(yīng)變曲線有明顯的屈服臺(tái)階,2.高強(qiáng)鋼筋高強(qiáng)鋼絲（ 抗拉強(qiáng)度>1000　　　　?。╀撱q線（3～7股扭結(jié)而成）熱處理鋼筋（φ6～ φ10）硬鋼，應(yīng)力應(yīng)變曲線無明

2、顯屈服臺(tái)階,3.型鋼鋼管、工字鋼、方鋼等一般為軟鋼4.鋼絲網(wǎng)水泥用細(xì)鋼絲編織成網(wǎng)片，澆注水泥砂漿后成薄板狀。5．其他材料竹子、鑄鐵、鋼纖維、玻璃纖維等,5.2應(yīng)力－應(yīng)變曲線5.2.1軟鋼屈服強(qiáng)度 、極限強(qiáng)度　　、彈性模量　　、極限延伸率　　或,. 1. 兩折線模型不考慮鋼筋的硬化與下降兩階段,2. 三折線模型考慮鋼筋硬化按線性變化，但不考慮鋼筋下降階段 ——屈服臺(tái)階終應(yīng)變，經(jīng)試驗(yàn)得：

3、 Ⅰ級鋼為 ，Ⅱ級鋼為 ——硬化系數(shù)，經(jīng)試驗(yàn)得： Ⅰ級鋼為0.016 ，Ⅱ級鋼為0.04,（清華大學(xué)）,(3) 全曲線模型考慮鋼筋硬化按曲線變化，但不考慮鋼筋下降階段,,根據(jù)清華大學(xué)資料，建議Ⅰ級鋼,Ⅱ級鋼,Ⅲ級鋼,5.2.2硬鋼　應(yīng)力－應(yīng)變曲線：,（我國）,（我國）,5.3反復(fù)荷載作用下變形重復(fù)加載：單方向加、卸載、加載．．．

4、反復(fù)加載：拉、壓雙方向加載、卸載、（反向）加載．．．鋼筋重復(fù)加載應(yīng)力－應(yīng)變曲線：鋼筋屈服后卸載，平行初始加載線，卸載至零有殘余應(yīng)變　　 ，隨卸載應(yīng)變值　　而增大，再加載則沿卸載線上升，到原卸載點(diǎn)后，應(yīng)力繼續(xù)提高，然后沿新的更高曲線段上升，但屈服臺(tái)階消失，極限強(qiáng)度與原來相近，而相應(yīng)應(yīng)變　　和延伸率　　降低。,鋼筋反復(fù)加載曲線：,鋼筋屈服之前，卸載和再加載，應(yīng)力—應(yīng)變　 按原彈性關(guān)系變化，無殘余變形。(2) 鋼筋屈服之后，卸載線平

5、行于初始加載線，　完全卸載 后有殘余應(yīng)變 ，且隨卸載時(shí)應(yīng)變 增大而增大。(3) 反向再加載，則由于包興格效應(yīng)其彈性極限顯著降低，當(dāng)應(yīng)力低于原始屈服強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線就變成了非線性，稱為軟化曲線。(4) 反向卸載線仍平行與初始加載線。(5) 將同方向（拉或壓）加載的應(yīng)力－應(yīng)變曲線中，超過前一次加載最大應(yīng)力的區(qū)段（圖中粗實(shí)線）平移相連后得到的曲線稱為骨架曲線，在受拉與受壓方向各

6、有一條，而首次加載方向的骨架曲線與鋼材一次拉伸曲線一致，而反向加載骨架曲線卻有明顯差別，主要表現(xiàn)在第一次反向加載屈服點(diǎn)降低，且無明顯屈服臺(tái)階，但后繼的應(yīng)力—應(yīng)變曲線基本相符。,包興格效應(yīng)：　　鋼筋一次受力屈服后，反向加載時(shí)彈性極限顯著降低，且首次加載達(dá)到的應(yīng)變值越大，反向彈性極限降低越多，該現(xiàn)象稱為包興格效應(yīng)。,加藤模型：,對軟化曲線 建立如圖所示局部坐標(biāo) ，坐標(biāo)原點(diǎn)為加載或反向加載的起點(diǎn)O

7、 ，局部坐標(biāo)中Ａ點(diǎn)應(yīng)力為前次同向加載的最大應(yīng)力 ，割線模量 。加滕建議軟化段曲線為：,.試驗(yàn)給出：,由原點(diǎn)O的斜率,,可得：,——反向加載歷史的骨架應(yīng)變值之和,——反向加載骨架應(yīng)變增量，見圖,可得：,Kent-Park模型：采用Ramberg—Osgood應(yīng)力—應(yīng)變曲線的形式，　　　　　　　　建議軟化曲線為：　　　　　　　　　　　　　在整體坐標(biāo)系　　　　中：

8、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 在局部坐標(biāo)系　　　　中：,化簡： :鋼材初始彈性模量 　　　 :特征應(yīng)力值，取決此前應(yīng)力循環(huán)產(chǎn)生的塑性應(yīng)變上式適用于,.,為奇數(shù),為偶數(shù),為加載總次數(shù),5.4冷加工強(qiáng)化性能5.4.1冷拉和時(shí)效冷拉：　　鋼筋冷拉

9、超過屈服點(diǎn)和進(jìn)入強(qiáng)化段后完全卸載，產(chǎn)生殘余變形，再次加載屈服強(qiáng)度提高，約等于卸載時(shí)應(yīng)力，但屈服臺(tái)階不明顯，極限強(qiáng)度與原材差別不大，但極限延伸率下降。鋼筋冷拉一般采用應(yīng)力和伸長率“雙控”工藝。時(shí)效：　　冷拉后自然停放一段時(shí)間，再次拉伸，屈服強(qiáng)度再次提高，屈服臺(tái)階重新出現(xiàn)，但比原材短，極限強(qiáng)度有所增長，極限延伸率又有減少。,5.4.2　冷拔　　將鋼筋強(qiáng)力拉過硬質(zhì)合金拔絲模，模內(nèi)徑小于原鋼筋直徑，使鋼筋在拉力和橫向擠壓力共同作用下直徑

10、縮小，長度延長。冷拔后應(yīng)力應(yīng)變曲線與硬鋼相似，極限強(qiáng)度可達(dá)到原材（1.6～2.0）倍，延伸率只及原鋼材的10%～15%。冷拔次數(shù)對強(qiáng)度影響不顯著?！　≈睆?mm、8mm鋼筋經(jīng)過數(shù)次冷拔成為直徑3～5mm鋼絲，稱冷拔低碳鋼絲，其應(yīng)力應(yīng)變方程：,比率極限　　對應(yīng)的應(yīng)變,5.5 徐變和松弛　　有明顯屈服臺(tái)階的軟鋼在彈性范圍內(nèi)長期受力，甚至反復(fù)加卸載均不發(fā)生徐變和松弛?！　「邚?qiáng)鋼筋、冷加工鋼筋在非彈性范圍內(nèi)，在應(yīng)力長期作用下，即使在常溫下

11、也將發(fā)生徐變和松弛。　　鋼筋松弛早期出現(xiàn)多（1天可達(dá)50%），后期逐漸收斂?！　′摻钏沙陔S應(yīng)力水平提高而非線性增長?！　′摻钏沙陔S溫度提高而加速增長。,6.鋼筋與混凝土的粘結(jié)6.1 粘結(jié)力的作用和組成6.1.1作用和分類1.鋼筋端部的錨固粘結(jié)　 使鋼筋發(fā)揮強(qiáng)度，必須具有足夠的錨固長度，否則發(fā)生脆性的粘結(jié)破壞，鋼筋強(qiáng)度不能發(fā)揮而失效。,2.裂縫間粘結(jié)　　粘結(jié)力存在，使鋼筋的平均應(yīng)變或總變形小于鋼筋單獨(dú)受力時(shí)的相應(yīng)

12、變形，有利減小裂縫寬度和增大構(gòu)件剛度，稱為受拉剛化效應(yīng)。同樣，由于鋼筋粘結(jié)力的存在，使混凝土的應(yīng)力、應(yīng)變減小，造成構(gòu)件剛度增大。6.1.2 組成 鋼筋與混凝土之間粘結(jié)力或抗滑移力由三部分構(gòu)成：1. 水泥凝膠體在鋼筋表面產(chǎn)生的化學(xué)粘著力或吸附力2. 混凝土對鋼筋的摩阻力3. 鋼筋表面粗糙不平或變形鋼筋凸肋和混凝土之間的機(jī)械咬合作用， 即混凝土對鋼筋表面斜向壓力的縱向分力。,6.2 試驗(yàn)方法和粘結(jié)機(jī)理6.2.1

13、 試驗(yàn)方法1. 拉式試驗(yàn)　　試件端部受擠壓改變了混凝土力學(xué)狀態(tài)，影響試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)性。2. 梁式試驗(yàn)鋼筋與混凝土平均粘結(jié)應(yīng)力　　和極限粘結(jié)強(qiáng)度　　為：,6.2.2 光圓鋼筋1.開始受力，加載端粘著力很快破壞，加載端鋼筋與混凝土存在相　對滑移。鋼筋應(yīng)力、粘結(jié)力分布于加載端附近一部分。2.荷載加大，鋼筋應(yīng)力、粘結(jié)力、滑移等分布范圍加大。3.荷載加大　　　　　　 ，粘結(jié)力峰點(diǎn)向自由端偏移，加載端 滑移增大

14、，但自由端無滑移。4.　　　　　 ，自由端開始滑移，加載端附近粘結(jié)破壞嚴(yán)重，鋼筋 應(yīng)力接近均勻。,保證鋼筋充分發(fā)揮強(qiáng)度需要的錨固長度 為：（新規(guī)范做了修正）,6.2.3 變形鋼筋內(nèi)裂點(diǎn)　　　　　、劈裂點(diǎn)　　　　　極限點(diǎn)　　　　 、殘余點(diǎn)1. 開始受力后，鋼筋加載端局部發(fā)生粘著力破壞，發(fā)生滑移。2. 當(dāng)　　　　　　，鋼筋自由端粘著力破壞，發(fā)生滑移，加載端滑移 增長。3.　　　　　　　　 ,鋼筋

15、加載端橫肋背面出現(xiàn)開裂裂縫,成為內(nèi)裂點(diǎn)A4. 荷載增大，鋼筋肋頂部混凝土受擠壓，造成混凝土環(huán)向受拉，形成 徑向裂縫并向混凝土外表面延伸，該裂縫由加載端向自由端發(fā)展， 發(fā)展 為劈裂點(diǎn)cr ，此時(shí)加載端附近劈裂裂縫發(fā)展到表 面。5. 荷載進(jìn)一部增加，滑移急劇增大，達(dá)到極限點(diǎn)u。6. 進(jìn)入下降段，出現(xiàn)殘余點(diǎn)r。,6.3 影響因素鋼筋混凝土粘結(jié)性能受多種因素影響1.

16、 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)表明：　　極限粘結(jié)強(qiáng)度　　約與混凝土抗拉強(qiáng)度或　　　成正比?！　∑渌辰Y(jié)應(yīng)力特征值　　　　　　　也與混凝土抗拉強(qiáng)度成正比2. 保護(hù)層厚度　 鋼筋外皮到混凝土表面的最小距離。（新規(guī)范做了調(diào)整）　 增大保護(hù)層厚度可以加強(qiáng)外圍混凝土的抗劈裂能力，提高劈裂應(yīng)力和極限粘結(jié)強(qiáng)度，但當(dāng)混凝土保護(hù)層厚度　　　　　　 ，試件不再發(fā)生劈裂破壞，則粘結(jié)強(qiáng)度不再提高。,3.鋼筋埋長 試件越長，粘結(jié)應(yīng)力分布越不均勻，破

17、壞時(shí)平均極限粘結(jié)應(yīng)力越小，但當(dāng)　　　　　時(shí)，　　折減已不大，因此一般取　　　　的試驗(yàn)結(jié)果作為粘結(jié)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。4.鋼筋直徑和外形　　鋼筋粘結(jié)面積與截面周長成正比，而鋼筋拉力與截面面積成正比，而者之比為　　　，因此鋼筋直徑越大，相對粘結(jié)面積越小，對粘結(jié)強(qiáng)度不利。尤其是直徑超過25mm的鋼筋，粘結(jié)強(qiáng)度降低明顯。梁內(nèi)縱筋宜細(xì)一些。,螺紋鋼筋與月牙紋鋼筋（我國）粘結(jié)性能不同月牙紋鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度低一些，但下降段平緩，后期強(qiáng)度下降較慢，

18、延性好。,5.橫向箍筋　　橫向箍筋能延遲、約束劈裂裂縫開展，阻止劈裂破壞，提高極限粘結(jié)強(qiáng)度，增大特征滑移值。,6.橫向應(yīng)力　　　橫向壓應(yīng)力增大了鋼筋與混凝土界面的摩阻力，有利于粘結(jié)錨固，但若橫向壓應(yīng)力　　　　　，將提前產(chǎn)生劈裂裂縫，反而降低粘結(jié)強(qiáng)度?！　　M向拉應(yīng)力減小了鋼筋與混凝土界面的摩阻力，不利于粘結(jié)錨固，因此若存在橫向拉應(yīng)力則應(yīng)增大錨固長度，或采取其他可靠的錨固措施。,7.其他因素　　受壓鋼筋粘結(jié)錨固性能比受拉鋼筋強(qiáng)，原

19、因是鋼筋受壓膨脹，受周圍混凝土約束，提高了摩阻抗滑力，粘結(jié)強(qiáng)度偏高，因此受壓鋼筋的錨固長度比受拉鋼筋小?！?荷載多次重復(fù)或反復(fù)作用，則鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度將發(fā)生退化，因此應(yīng)對鋼筋的錨固長度適當(dāng)加長，如考慮抗震時(shí)，鋼筋錨固長度大于不考慮抗震的鋼筋。,6.4.1特征值計(jì)算1.劈裂應(yīng)力2.極限粘結(jié)強(qiáng)度,見課本,公式見課本,6.4.2　　　曲線方程1. 分段折線模型　　3段式、 5段式、 6段式等2. 連續(xù)曲線模型,公式見課本,公式見

20、課本,7.軸向受力特性7.1 受壓構(gòu)件（短柱）7.1.1基本方程1.幾何（變形）條件平截面假定2.物理（本構(gòu)）關(guān)系鋼筋應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，但由于鋼筋在屈服臺(tái)階之后進(jìn)入強(qiáng)化階段的應(yīng)變　　　　　　　　超過混凝土峰值應(yīng)變　　 　　　　　　十余倍，因此考慮強(qiáng)化段沒有必要。,鋼筋：,混凝土：,—混凝土初試彈性模量,—混凝土受壓變形塑性系數(shù)。彈性狀態(tài)　定義為：混凝土割線模量與初始彈性模量的比值。,—混凝土割線模量,混凝土應(yīng)變越大，　 越

21、小,可得：鋼筋屈服前可見，隨混凝土應(yīng)變增大，鋼筋和混凝土應(yīng)力比增大；鋼筋屈服后,3.平衡方程,取,——換算截面面積。,彈性狀態(tài),物理意義：　　　屈服前將鋼筋化為應(yīng)力為　　的混凝土后的總截面面積,（鋼筋屈服前）,7.1.2 應(yīng)力與變形分析 1. 鋼筋屈服之前,可見，隨應(yīng)變增大，混凝土出現(xiàn)塑性變形，　減小，因此混凝土承當(dāng)?shù)妮S力份額減小，而鋼筋承當(dāng)?shù)妮S力份額增大,2.鋼筋屈服，混凝土達(dá)到峰值應(yīng)變之前當(dāng)　　　　時(shí)，則

22、混凝土達(dá)到峰值應(yīng)變，成為軸向受力短柱的極限狀態(tài)。3. 混凝土達(dá)到峰值應(yīng)變之后,7.1.3 應(yīng)力與變形分析 當(dāng)柱內(nèi)鋼筋強(qiáng)度等級較高（如Ⅳ級鋼），則屈服應(yīng)變將大于混凝土峰值應(yīng)變。1. 混凝土峰值應(yīng)變之前,混凝土達(dá)到峰值應(yīng)變時(shí)：,2.混凝土應(yīng)力下降，鋼筋達(dá)到屈服之前,柱承載力先增大，然后逐漸減小，出現(xiàn)峰值為,鋼筋應(yīng)力及其承載力繼續(xù)增大，混凝土應(yīng)力及其承載力逐漸減小,鋼筋達(dá)到屈服時(shí)，軸力為：,3.鋼筋屈服以后在

23、軸心受壓柱中采用高強(qiáng)鋼筋，造成材料強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，沒有必要。因此鋼筋抗壓強(qiáng)度最高取為：,7.2受拉構(gòu)件7.2.1基本方程幾何條件：物理?xiàng)l件：鋼筋：混凝土：,—混凝土受拉初始彈性模量，與混凝土受壓彈性模量相等,—混凝土受拉變形塑性系數(shù)，割線模量與初始彈性模量的比值　彈性狀態(tài),.平衡方程,7.2.2 各階段應(yīng)力和變形分析1.混凝土開裂之前,可見，隨應(yīng)變增大，混凝土出現(xiàn)塑性變形，　減小，因此混凝土承當(dāng)?shù)妮S力份額減小，

24、而鋼筋承當(dāng)?shù)妮S力份額增大,2.混凝土開裂后，鋼筋屈服前混凝土達(dá)到峰值應(yīng)變　　　，則隨后混凝土繼續(xù)塑性發(fā)展達(dá)到開裂狀態(tài)，而鋼筋應(yīng)力繼續(xù)增加,混凝土開裂，則,混凝土開裂，軸力變化不大，近似認(rèn)為開裂前后軸力均為　　，則開裂后鋼筋應(yīng)力：開裂前鋼筋應(yīng)力：開裂后鋼筋應(yīng)力增量為：,配筋率越高，則鋼筋應(yīng)力增量越小。,3.鋼筋屈服后7.2.3 最小配筋率 桿件極限承載力不小于開裂軸力,（理論公式）,7.2.4受

25、拉剛化效應(yīng)　　鋼筋混凝土受拉桿開裂后，出現(xiàn)裂縫間距大致相等　　，開裂截面混凝土退出工作，拉力由鋼筋承當(dāng)，因此裂縫截面鋼筋應(yīng)力應(yīng)變最大，兩裂縫之間混凝土與鋼筋之間存在粘結(jié)力，能夠繼續(xù)工作，承擔(dān)拉應(yīng)力，因此裂縫之間的鋼筋應(yīng)變減小，且兩裂縫中間部位鋼筋應(yīng)力應(yīng)變最小。拉桿總伸長：平均應(yīng)變、平均應(yīng)力：,裂縫間鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)：,—裂縫截面鋼筋應(yīng)變、應(yīng)力,開裂后，由于裂縫間混凝土存在，使鋼筋平均應(yīng)變小于裂縫截面應(yīng)變，造成鋼筋伸長量減小，

26、而構(gòu)件與鋼筋伸長量相同，因此構(gòu)件伸長量相應(yīng)減小，即構(gòu)件剛度增加，稱為受拉剛化效應(yīng)，其本質(zhì)是鋼筋與混凝土間的粘結(jié)作用約束了鋼筋的伸長。,7.3　一般規(guī)律軸向拉壓受力過程有一般規(guī)律1. 鋼筋混凝土受力是個(gè)非線性過程2. 力學(xué)反應(yīng)不僅與鋼筋、混凝土本構(gòu)關(guān)系有關(guān)，還與各自幾何、物理　 量的相對值有關(guān)3. 鋼筋、混凝土不會(huì)同時(shí)達(dá)到各自的強(qiáng)度，不能進(jìn)行簡單疊加。4. 受壓構(gòu)件符合平截面假定　受拉構(gòu)件在混凝土開裂后不再符合平截面假定，但

27、在一定長度內(nèi) （如裂縫間距　　內(nèi)）的平均變形，仍可按平截面假定進(jìn)行分析。5. 混凝土受拉開裂后，鋼筋、混凝土受力沿軸線不再均勻，裂縫間混 凝土受拉會(huì)產(chǎn)生受拉剛化效應(yīng)，減小了鋼筋伸長，減小了混凝土裂 縫，提高了構(gòu)件剛度。,8 約束混凝土8.1 螺旋箍筋柱8.1.1受力機(jī)理和破壞過程要求：螺旋箍筋間距較小1. 當(dāng)柱應(yīng)變不高于素混凝土峰值應(yīng)變　　　　　，混凝土橫向變形很小，箍筋拉應(yīng)力不大，對核芯混凝土約束作

28、用不明顯，其性能與普通配筋柱接近。2. 當(dāng)柱應(yīng)變高于素混凝土峰值應(yīng)變　　　　　，箍筋外圍混凝土逐漸脫落，而核芯混凝土向外膨脹，對箍筋產(chǎn)生徑向壓應(yīng)力　　，使核芯混凝土處于三向受壓狀態(tài)　　　　　 ，從而提高了核芯混凝土縱向抗壓強(qiáng)度，提高了柱承載力。,3.繼續(xù)增大柱應(yīng)變，箍筋應(yīng)力不斷增大，當(dāng)箍筋屈服到達(dá)　　，對混凝土約束應(yīng)力也達(dá)最大值，而核芯混凝土未達(dá)三軸抗壓強(qiáng)度，柱承載力可繼續(xù)增大，但箍筋應(yīng)力保持不變，混凝土的約束應(yīng)力也不變，為最大約

29、束應(yīng)力，直到柱縱向應(yīng)力達(dá)到混凝土三軸抗壓強(qiáng)度　　　　　　　時(shí)，柱達(dá)到極限承載力　　，此時(shí)柱縱向應(yīng)變很大，可達(dá)　　　　　 　 ，但箍筋外圍混凝土基本已脫落。,8.1.2極限承載力1.縱筋受壓屈服時(shí)，混凝土橫向應(yīng)變較小，箍筋約束作用不明顯，則2. 箍筋屈服后，混凝土達(dá)到約束抗壓強(qiáng)度,—核芯混凝土截面積，取箍筋內(nèi)皮直徑　　 計(jì)算,—約束混凝土抗壓強(qiáng)度，即核芯混凝土三軸抗壓強(qiáng)度,定義：橫向箍筋體積率

30、：配箍特征值：,—箍筋截面面積、屈服強(qiáng)度,—箍筋縱向間距、內(nèi)皮直徑,由計(jì)算簡圖，得：　箍筋屈服時(shí)三軸抗壓強(qiáng)度按Richart公式，得,1.上式只適用于軸心受壓短柱　長柱受壓過程中存在附加偏心矩，造成柱偏心受壓，而偏心受壓柱截面壓應(yīng)力不均勻分布，甚至存在拉應(yīng)力，造成箍筋約束混凝土強(qiáng)度提高作用不大。2.配箍特征值　　對柱性能影響很大?！　∪簟　∵^小，則箍筋約束作用不強(qiáng)，不足以補(bǔ)償保護(hù)層混凝土剝落造成的強(qiáng)度損失，因此要求:

31、 若 過大，則按　　設(shè)計(jì)的柱子，在使用荷載下，外圍混凝土已接近甚至超過應(yīng)力峰值，可能出現(xiàn)縱向開裂甚至脫落，不符合使用要求。,因此一般限制：,8.2矩形箍筋短柱箍筋的作用：1. 約束混凝土，提高混凝土的強(qiáng)度與變形能力。（約束混凝土）2. 對縱筋提供約束，減小縱筋壓屈的自由長度，確?？v筋充分發(fā)揮抗 壓強(qiáng)度。（防止縱筋屈曲）3. 與縱筋構(gòu)成骨架，保持鋼筋的形狀和位置。（構(gòu)成鋼筋骨架）4.

32、承受混凝土收縮及溫度、濕度變化等因素產(chǎn)生的橫向應(yīng)力，防止或 減小縱向裂縫。（抵抗混凝土溫度收縮應(yīng)力）5. 與混凝土共同提供抗剪承載力。（抗剪）,8.2.1受力破壞過程矩形箍筋配箍特征值 當(dāng)混凝土承受軸向壓力時(shí)，混凝土橫向發(fā)生膨脹變形，箍筋因核芯混凝土往外擠壓而承受拉應(yīng)力，同時(shí)核芯混凝土受箍筋約束在周邊承受箍筋的擠壓應(yīng)力，處于三向受壓應(yīng)力狀態(tài)，因而混凝土的抗壓強(qiáng)度及變形能力均有所提高，但提高的程度受箍筋

33、的數(shù)量、型式、間距等因素的影響。,.,當(dāng)　　　　　時(shí)： (1) 約束混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線與素混凝土在應(yīng)力上升段接近，應(yīng)力增加不多，箍筋不屈服?！　?2) 約束混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)入下降段，沿縱筋外側(cè)出現(xiàn)豎向裂縫，混凝土應(yīng)變與箍筋應(yīng)變增大，箍筋逐漸開始屈服，對核芯混凝土的約束作用逐漸達(dá)到最大值。 (3) 應(yīng)變繼續(xù)增大，縱向短裂縫貫通形成臨界斜裂縫，各箍筋依次屈服，應(yīng)力保持常量，但應(yīng)變逐漸增長，核芯混凝土向外膨

34、脹，擠壓箍筋，外圍混凝土脫落，保持殘余強(qiáng)度，但混凝土變形能力增強(qiáng)。,當(dāng)　　　　　時(shí)：　　橫向箍筋對核芯混凝土約束作用增強(qiáng)，因此三軸抗壓強(qiáng)度可提高1倍以上，峰值應(yīng)變可提高10倍以上，形成上升段平緩、峰部有平臺(tái)的應(yīng)力應(yīng)變曲線。　　在應(yīng)力應(yīng)變曲線上升段出現(xiàn)裂縫，箍筋屈服，破壞前沒有明顯貫通斜裂縫，縱向應(yīng)變很大 ,橫向變形急劇增加，箍筋外鼓，保護(hù)增脫落，縱筋壓屈，核芯混凝土形

35、變很大，與螺旋箍筋約束混凝土破壞形態(tài)相似?；炷磷冃文芰υ鰪?qiáng)。,影響約束混凝土性能的最主要因素是配箍特征值?！　‘?dāng) 時(shí)，約束混凝土的 曲線有明顯的尖峰，與無約束混凝土相比，強(qiáng)度（峰值應(yīng)力）提高不大，到達(dá)峰值應(yīng)力前箍筋的應(yīng)力較低，達(dá)不到屈服強(qiáng)度，只在混凝土曲線進(jìn)入下降段后才逐漸屈服，約束作用才明顯發(fā)揮?！　‘?dāng) 時(shí)，約束混凝土的 　　

36、曲線頂部平緩，尖峰不明顯，到達(dá)峰值應(yīng)力前箍筋已達(dá)屈服強(qiáng)度，因此箍筋約束作用在上升階段已明顯發(fā)揮?！　‘?dāng) 為過度階段，此時(shí)混凝土達(dá)到峰值應(yīng)力和箍筋屈服幾乎同時(shí)發(fā)生，因此根據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果定義臨界配箍特征值為 ，相應(yīng)于約束混凝土達(dá)峰值應(yīng)變時(shí)，箍筋剛好屈服。,8.2.2箍筋作用機(jī)理　　矩形箍筋在軸壓力作用下，核芯混凝土橫向變形使箍筋直線段平面彎曲，對混

37、凝土產(chǎn)生的約束力較小，但箍筋轉(zhuǎn)角部位剛度大，對混凝土對角線方向（45°方向）產(chǎn)生較大的約束力，因此核芯混凝土承受的約束力是沿對角線的集中擠壓力和沿箍筋分布的很小橫向力。影響因素：　　　箍筋越多越強(qiáng)，對核芯混凝土約束應(yīng)力越大，約束混凝土抗壓強(qiáng)度　　和峰值應(yīng)變 均隨之增長加快。矩形箍筋約束作用遠(yuǎn)低于螺旋箍筋。,(1)配箍特征值,.,(2)箍筋間距 影響控制截面（相鄰箍筋中間截面）的約束面積和約

38、束應(yīng)力。試驗(yàn)表明：箍筋間距　　　　　　　 （b為試件截面寬度）時(shí)，約束作用甚微，一般認(rèn)為　　　 才有明顯約束作用。(3)箍筋形式　 當(dāng)配箍特征值　　相等時(shí)，復(fù)合箍筋約束混凝土的強(qiáng)度和峰值應(yīng)變比簡單矩形箍筋情況稍高，下降段平緩些，但總的差別不大。但要保證配箍特征值相等，則簡單矩形箍筋直徑很大，因此一般常用綁扎復(fù)合箍筋?！　》蠘?gòu)造規(guī)定的綁扎箍筋約束作用與焊接鋼箍無明顯差異。,8.2.3應(yīng)力—應(yīng)變?nèi)€1.Sar

39、gin模型2.Sheikh模型3.數(shù)值計(jì)算的全過程分析4.Kent-Park模型,——無約束混凝土園柱體抗壓強(qiáng)度，單位為N/mm2　　　　——無約束混凝土峰值應(yīng)力對應(yīng)的應(yīng)變，一般取0.002。 ——混凝土受箍筋約束的影響系數(shù)，Kent—Park曾認(rèn)為約 束混凝土 ，后來有些學(xué)者考慮箍筋對混凝土的

40、 約束，建議 值取為 ——箍筋體積與從箍筋外皮量起的混凝土約束核心體積之 比 ——箍筋屈服強(qiáng)度,,,,,,,，,,,,,——從箍筋外皮量側(cè)的約束核芯寬度,——箍筋間距,CEB FIP MC90模型,括號中0.85用于考慮長期荷載的不利影響,箍筋對核芯混凝土的約束應(yīng)力： 　 —考慮

41、箍筋水平約束長度或箍筋圍住的縱筋數(shù)量n 的影響系數(shù)　　—考慮箍筋間距s的影響系數(shù),.5. 清華大學(xué)過鎮(zhèn)海表達(dá)式　　　當(dāng)　　　　　　　時(shí)：,.　　　　當(dāng)　　　　　　 時(shí)：,8.3 鋼管混凝土,8.4 局部受壓8.4.1受力特點(diǎn)和機(jī)理受力特點(diǎn)：1.沿柱中心線豎向應(yīng)力　 自上而下逐漸減小，水平應(yīng)力 在上端為壓應(yīng)力，往下逐漸為拉應(yīng)力，在　　　　　　　　　 處 出現(xiàn)最大拉應(yīng)力，再往下趨近零。

42、2. 分為Ⅲ個(gè)區(qū)，各區(qū)受力特點(diǎn)不一。Ⅰ區(qū)：局部受壓面積下的混凝土，受壓橫向膨脹，受周圍混凝土約 束，處于三向受壓狀態(tài)（Ｃ/Ｃ/Ｃ）Ⅱ區(qū)：Ⅰ區(qū)周圍混凝土，受Ⅰ區(qū)混凝土的橫向擠壓力，產(chǎn)生沿周邊的 水平拉應(yīng)力，處于二向拉壓狀態(tài)（Ｔ/Ｃ）,Ⅲ區(qū)：Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)之間的主壓力跡線范圍內(nèi)混凝土，處于三向拉壓狀 態(tài)（Ｔ/Ｔ/Ｃ）破壞形態(tài)： （1）局部受壓面積較大　　　　　　　

43、，破壞發(fā)生在Ⅲ區(qū)，水平 拉應(yīng)力作用產(chǎn)生裂縫并逐漸貫通，劈裂破壞，形成倒角錐。 （2）局部受壓面積較小　　　　　　　　　　，破壞發(fā)生在Ⅱ區(qū)， 拉應(yīng)力作用下突然開裂成數(shù)塊破壞。（3）局部受壓面積很小　　　　　　 ，破壞發(fā)生在Ⅰ區(qū)，混凝土 受很大壓應(yīng)力使加載板下陷，沿加載板周邊混凝土被剪壞。,.,.,.,提高混凝土強(qiáng)度等級，但混凝土抗拉強(qiáng)度提高不大，因此局部抗壓強(qiáng)度的提高幅

44、度逐漸減小?！　?Ⅱ區(qū)配置螺旋箍筋，限制了混凝土裂縫發(fā)展，增強(qiáng)了混凝土的約束應(yīng)力，能顯著提高混凝土的局部抗壓強(qiáng)度。 Ⅲ區(qū)配置方格網(wǎng)鋼筋，承當(dāng)了混凝土的水平拉應(yīng)力，增強(qiáng)了Ⅲ區(qū)混凝土的抗裂能力，因此能顯著提高混凝土的局部抗壓強(qiáng)度?！　?Ⅰ區(qū)混凝土應(yīng)具備足夠的局部抗壓強(qiáng)度，防止加載周邊混凝土剪壞?！?承受條形荷載的局部受壓構(gòu)件，除加載板下靠中心的一小部分為三軸受壓，大部分混凝土處于二軸應(yīng)力狀態(tài)，對加載區(qū)約束程度比

45、矩形加載板的雙向約束小得多，局部抗壓強(qiáng)度提高較小。,8.4.2強(qiáng)度值的計(jì)算1.CEB-FIP MC90模型　　針對Ⅱ區(qū)（端部漲裂）、 Ⅲ區(qū)（下部開裂）、Ⅰ區(qū)（壓碎失穩(wěn)）三種破壞分別提出了三種計(jì)算模型2. Hawkins模型　　按楔形角錐提出了局部抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式3.經(jīng)驗(yàn)公式　　我國和其他一些國家采用了該方法?！　〔簧賹W(xué)者提出了局部抗壓強(qiáng)度提高系數(shù)的計(jì)算公式。,我國防止混凝土局部受壓破壞的措施：素混凝土局部受壓,——荷載分