鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件配置螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋設(shè)計(jì)探討

1、<p>　　鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件配置螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋設(shè)計(jì)探討</p><p>　　關(guān)鍵詞：配置螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋的軸心受壓構(gòu)件承載力 間接鋼筋的換算截面面積 </p><p><b>　　內(nèi)容摘要： </b></p><p>　　深入理解規(guī)范精神，完善各種截面配置螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋的軸心受壓構(gòu)件承載力的計(jì)算。提出

2、間接鋼筋的換算截面面積不能簡(jiǎn)單按規(guī)范公式計(jì)算，而應(yīng)該按其產(chǎn)生的側(cè)向約束應(yīng)力合理?yè)Q算。 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）第6.2.16條提出，鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)配置的螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋符合第9.3.2條規(guī)定時(shí)，其正截面受壓承載力計(jì)算如下： </p>

3、<p>　　N≤0.9(fcAcor+fy’As’+2αfyvAss0) （1） </p><p>　　Ass0=πdcorAss1/s（2） </p><p>　　配置螺旋式間接鋼筋的鋼筋混凝土軸心受壓構(gòu)件 </p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　Acor-構(gòu)件的核心截面面積，取

4、間接鋼筋內(nèi)表面范圍內(nèi)的混凝土截面面積； </p><p>　　dcor-構(gòu)件的核心截面直徑，取間接鋼筋內(nèi)表面之間的距離； </p><p>　　fyv-間接鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,按規(guī)范規(guī)定采用； </p><p>　　Ass0-螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋的換算截面面積； </p><p>　　Ass1-螺旋式或焊接環(huán)式單根間接鋼筋的截面面積；

5、</p><p>　　s-間接鋼筋沿構(gòu)件軸線方向的間距； </p><p>　　α-間接鋼筋對(duì)混凝土約束的折減系數(shù)：當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過C50時(shí)，取1.0，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，取0.85，其間按線性內(nèi)插法確定。 </p><p>　　采用《規(guī)范》方法，計(jì)算圓形截面構(gòu)件的軸心受壓承載力是沒有問題的，但是如果有方形截面軸心受壓構(gòu)件采用螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋，

6、直接采用規(guī)范公式，則未免令人困惑。 </p><p>　　軸心受壓構(gòu)件采用螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋承載力計(jì)算，其理論基礎(chǔ)就是利用混凝土在三軸受壓狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度的提高。對(duì)于這一問題，F(xiàn).E.Richart經(jīng)過研究曾提出過以下公式： </p><p>　　fc3=fc1+4.1σr≈fc+4σr（3） </p><p><b>　　式中： </b>

7、</p><p>　　fc3-三軸受壓狀態(tài)下的混凝土抗壓強(qiáng)度 </p><p>　　fc1-單軸受壓狀態(tài)下的混凝土抗壓強(qiáng)度，fc1=fc </p><p>　　σr-短柱徑向壓應(yīng)力 </p><p>　　簡(jiǎn)言之，就是在三軸受壓狀態(tài)下，混凝土短柱軸向承載力的提高幅度約為4倍短柱徑向壓應(yīng)力。根據(jù)這一思路，對(duì)《規(guī)范》所示圓柱承載力計(jì)算如下： <

8、;/p><p>　　經(jīng)積分對(duì)比可知，圓柱核心區(qū)受到σcor的徑向壓應(yīng)力時(shí)鋼筋受力與上圖中鋼筋受力是等效的，由此，螺旋式間接鋼筋對(duì)核心區(qū)產(chǎn)生的壓應(yīng)力為: </p><p>　　σcor=2Ass1fyv/dcors（4） </p><p>　　核心區(qū)截面面積為： </p><p>　　Acor=πdcor2/4（5） </p><

9、;p>　　截面受壓承載力為：（受壓鋼筋及間接鋼筋對(duì)混凝土約束的折減同《規(guī)范》） </p><p>　　N≤0.9(fcAcor+fy’As’+4α Acorσcor) </p><p>　　=0.9[fcAcor+fy’As’+4α(πdcor2/4)( 2Ass1fyv/dcors)] </p><p>　　=0.9（fcAcor+fy’As’+2απdco

10、r Ass1fyv/s） </p><p>　　引入式(2),即與《規(guī)范》公式完全一致，說明這一思路是可行的。由此引申開去，方形截面軸心受壓構(gòu)件采用螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋的承載力計(jì)算可以計(jì)算如下： </p><p><b>　　配周邊箍筋方柱 </b></p><p>　　螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋對(duì)核心區(qū)產(chǎn)生的壓應(yīng)力為: </p>

11、<p>　　σcor=2Ass1fyv/acors（4） </p><p>　　核心區(qū)截面面積為： </p><p>　　Acor=acor2（5） </p><p>　　截面受壓承載力為：（受壓鋼筋及間接鋼筋對(duì)混凝土約束的折減同《規(guī)范》） </p><p>　　N≤0.9(fcAcor+fy’As’+4α Acorσcor)

12、</p><p>　　=0.9[fcAcor+fy’As’+4αacor2 2Ass1fyv/acors] </p><p>　　=0.9（fcAcor+fy’As’+8αacor Ass1fyv/s） </p><p><b>　　此時(shí)，須引入下式 </b></p><p>　　Ass0=4acorAss1/s（6）

13、</p><p>　　方可將構(gòu)件受壓承載力計(jì)算結(jié)果歸一到《規(guī)范》表達(dá)式。由此可見，螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋的換算截面面積Ass0是一個(gè)隨構(gòu)件受壓截面變化而變化的一個(gè)量，不可按《規(guī)范》簡(jiǎn)單套用。 </p><p>　　由此再進(jìn)一步引申開去，方形截面軸心受壓構(gòu)件采用螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋，內(nèi)配菱形連續(xù)箍筋的承載力計(jì)算可以計(jì)算如下： </p><p><b>

14、　　內(nèi)配菱形箍筋方柱 </b></p><p>　　間接鋼筋對(duì)核心區(qū)產(chǎn)生的壓應(yīng)力為: </p><p>　　σcor=（2+）Ass1fyv/acors （7） </p><p>　　核心區(qū)截面面積為： </p><p>　　Acor=acor2（5） </p><p>　　截面受壓承載力為：（受壓鋼筋及間

15、接鋼筋對(duì)混凝土約束的折減同《規(guī)范》） </p><p>　　N≤0.9(fcAcor+fy’As’+4α Acorσcor) </p><p>　　=0.9[fcAcor+fy’As’+4αacor2 （2+）Ass1fyv/acors] </p><p>　　=0.9（fcAcor+fy’As’+4（2+）αacor Ass1fyv/s） </p>

16、<p><b>　　此時(shí)，須引入下式 </b></p><p>　　Ass0=2（2+）acorAss1/s（8） </p><p>　　方可將構(gòu)件受壓承載力計(jì)算結(jié)果歸一到《規(guī)范》表達(dá)式。進(jìn)一步得出，螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋的換算截面面積Ass0不僅與構(gòu)件受壓截面形狀有關(guān),而且與間接鋼筋的配置形式有關(guān)。因此，計(jì)算配置螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋軸心受壓構(gòu)件承載力

17、，不能機(jī)械套用《規(guī)范》公式，而應(yīng)該搞明白間接鋼筋作用方式，才能得出正確的結(jié)果。 </p><p>　　推而廣之，依照這一思路，各種截面的受壓構(gòu)件，配各種形式的能夠提供有效側(cè)向約束的間接鋼筋，都可以采用這一方法，計(jì)算出間接鋼筋能夠提供的側(cè)向約束應(yīng)力，乘以4之后作為受壓構(gòu)件軸向應(yīng)力提高幅度，作用在受壓構(gòu)件截面核心區(qū)上，從而計(jì)算出其軸心受壓承載力。當(dāng)螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋提供的各個(gè)方向的側(cè)向約束應(yīng)力不一致時(shí)，可以取約

18、束應(yīng)力最小方向的約束應(yīng)力來作為控制條件，從而計(jì)算出其軸心受壓承載力。 </p><p>　　當(dāng)然，以上這些計(jì)算都是以配置的螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋符合《規(guī)范》第9.3.2條規(guī)定為條件，計(jì)算的結(jié)果也必須符合《規(guī)范》對(duì)公式（1）計(jì)算結(jié)果的規(guī)定，即： </p><p>　　按配置的螺旋式或焊接環(huán)式間接鋼筋計(jì)算的軸心受壓構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值不應(yīng)大于按《規(guī)范》公式6.2.15算得的軸心受壓構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)

19、值的1.5倍。 </p><p>　　當(dāng)遇到下列任意一種情況時(shí)，不應(yīng)計(jì)入間接鋼筋的影響，而應(yīng)按《規(guī)范》公式6.2.15進(jìn)行計(jì)算： </p><p>　　當(dāng)l0/d>12時(shí)； </p><p>　　當(dāng)按本文算法得出的受壓承載力設(shè)計(jì)值小于按《規(guī)范》公式6.2.15算得的軸心受壓構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值時(shí); </p><p>　　當(dāng)間接鋼筋的換算截面

20、面積Ass0小于縱向普通鋼筋的全部截面面積的25%時(shí)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　1、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010》 </p><p>　　2、《混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋配筋率的計(jì)算參數(shù)》 </p><p><b>　　白生翔著 </b><