钢筋与混凝土的组合作用
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断增大，当箍筋应力达到屈服强度 f yt 时，它对混凝土的约束 力也达到最大值。 此后再增大柱子应变，箍筋应力 f yt 保持不变，核芯混凝 土在定值约束应力下继续横向膨胀，直至纵向应力达到混凝土
的三轴抗压强度时，柱子达极限承载力 N 2 。此时，柱的纵向
应变已经很大，外围混凝土即使未全部剥落，所剩压应力也极 小了。 最后，核芯混凝土在三轴受压应力状态下发生挤压流动， 纵向应变加大，柱子明显缩短，横向膨胀使柱子的局部成为鼓
迪拜龙形拱桥
钢管混凝土的主要参数也是约束指标或称套箍指标，其物
理意义与螺旋箍筋的约束指标相同。
当混凝土的横向变形超过了钢管的相应变形，即对钢管施 当钢管混凝土的总承载力达到最大值时（ C点），得试件的
加径向压应力，使钢管在承受纵向压应力的同时还承受均匀的 极限轴力 Nu。往后，混凝土的纵向应力超过其三轴抗压强度而 切向拉应力。但径向压应力很小。 逐渐减小，钢管的切向应力虽有少量增加，但纵向应力减小， 使总承载力逐渐降低。 当钢管在纵向和切
第二篇 钢筋和混凝土的组合作用 8 约束混凝土
混凝土结构中受力钢筋的配设有两种基本方式。 横向配筋的主要作用是约束其内部混凝土的横向变形。约束混凝 • 沿构件的轴力或主应力方式一致，称直接配筋。 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
• 沿轴压力或最大主应力的垂直方向配置箍筋，以约束其内部混 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。 凝土的横线膨胀变形，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。
在构件的承载力极限阶段，减少了纵筋压屈的自由长度， 使之充分发挥抗压强度，并有利于保证抗剪承载水平
8.2.1 受力破坏过程
矩形箍筋柱受压应力-应变全曲线随主要影响因素的增大而
有很大变化，由明显的陡峰曲线向平缓、丰满、且在极限强度 附近有巨大变形平台的曲线过渡。
约束混凝土的配箍量不大，约束指标<=0.3时，应力-应变
②有效约束核芯混凝土的抗压强度取决于体积配箍率和约束混凝土达峰值强 度时的箍筋应力；
③给定应力-应变全曲线形状，上升段（oA)为二次抛物线，其余AB,BCD和
DE为直线。
数值计算的全过程分析
上述两种约束混凝土本构模型基于力学分析原理，考虑了
全过程分析，基本假定和力学模型又不尽合理，使用上有局限 了截面横向应力计算的力学模型和不同约束区的划分，推导了箍筋应力和混
向应力的共同作用下
达到初始屈服时（右 图中的B点，应力途径 为AB），核芯混凝土 在三轴受压状态，尚 有承载余量。此后，钢管进入塑性阶段（BC段），当轴力缓缓 增加时，试件应变增长很快。
钢管混凝土的轴力应力-应变曲线和峰值应变随约束指标 t 的变化， 如下图。钢管混凝土的约束指标越高，自钢管初始屈服后的塑性变形（BC 段）越大，曲线的斜率越缓，峰值应变可达很高的数值，几乎与软刚的拉 伸变形属同一数量级，可见钢管混凝土（受压）延性之大。
以典型方形柱中心局部受压为例说明其受力特点和破坏过 程。
柱的局部受压端范围内的这种应力状态可以分为3个区段： 荷载面积下的混凝Baidu Nhomakorabea，在竖向压应力作用下产生横向膨胀变形，
受到周围混凝土的约束而处于三轴受压状态（区段Ⅰ）；周围
混凝土则因受向外挤压力而产生沿周边的水平拉应力，处于二 轴或三轴拉压状态（区段Ⅱ）；在主应力轨迹线和水平拉压力 范围则为三轴压状态（T/T/C，区段Ⅲ）。 试（构）件高度超过截面宽度(H>=2b）时，随着面积比加
受压柱截面上压应力不均匀分布，甚至为受拉区控制柱的破坏。
这些情况下，箍筋约束混凝土强度的提高于事无大补。
螺旋箍筋柱的两个特征承载力的差值（N2-N1）取决于约束 指标。若配箍量过少，出现N2<N1的情况，表明箍筋约束作用 对柱承载力的提高，还不足以补偿保护层混凝土的损失。故在
设计螺旋箍筋柱时，要求N2>=N1.
8.4.2 强度值计算
CEB-FIP MC90模型
确定混凝土的局部抗压强度值有多种途径。一般情况下，
在工程中只需验算构件的局部抗压强度，不必进行如此繁复的 计算，有简单的力学模型可作近似分析，甚至有经验公式直接 计算。
①端部胀裂
②下部开裂
③混凝土压碎失稳
Hawking 经验公式 模型
认为在加载板下形成一锲形角锥，在局部压力作用下往下移
还需计入箍筋外围混凝土（保护层）的作用，按式（8-14）进
行换算。
8.3 钢管混凝土
8.3.1 受力特点和机理
钢管混凝土具有承载力高、延性极好等优越的力学性能， 还具备面积（占地）小、结构自重轻、节点构造方便、免除模
板和钢筋加工、施工快速、减少混凝土用量等工程特点。它和
全钢结构相比，又有用钢量少、刚度大和造价低等显著特点。 钢管混凝土应用范围日广，主要用于高层建筑、单层和多 层工业产房、设备构架、地下工程、拱桥、军用工事等结构总 承受巨大轴压力的柱，取得很好的技术、经济效益。
另一方面，若（N2-N1）差值过大，按N2设计的柱子在使 用荷载作用下，外围混凝土已经接近或超过其应力峰值，可能 发生纵向裂缝，不符合使用要求。设计时一般限制N2<=1.5N1。 我国规范：
t Acor 0.25As
8.2 矩形箍筋柱
矩形箍筋柱是最普遍的横向筋形式。 箍筋的主要作用： 制作构件时它与纵筋构成骨架，以保持钢筋的正确形状和 位置 长期使用阶段，可承受因混凝土收缩和环境温湿度变化等 产生的横向应力，以防止或减小纵向裂缝
曲线有明显的尖峰，曲线上的特征点反映了不同的受力阶段。
试件出现第一条可见裂缝
一部分跨越裂缝的箍筋达到屈服强度 混凝土出现塑性变形
纵向短裂缝贯通， 形成临界斜裂缝
，曲线微凸
配箍量大的约束混凝土，应力-应变曲线的形状和受力特点
与上述试件有所不同。上升段曲线的斜率可能反而小于低配箍 柱，原因是密布箍筋影响了外围混凝土的浇捣质量，且削弱了 内外混凝土的结合。
8.2.3 应力-应变全曲线方程
约束混凝土的应力-应变全曲线已有多种，建立的途径多样， 有纯理论推到、数值计算、半理论半经验和纯经验的。几种典
型模型的要点如下：
Sargin模型 ① 假设矩形箍筋屈服时对核芯 ③相邻箍筋中间截面约束面积最
2 混凝土的约束力 f沿箍筋内侧均匀 ) 小 Ac (b 2u ，u0值根据 0
中挤压力和沿箍筋分布的很小横向力。
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。 对角线单元①⑤⑨上， 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②④上，其数值 与对角线单元接近；靠近 表面的单元主要承受顺箍 筋方向上的约束应力，即 ⑦⑧的 x 。 单元③⑥的 y 的和单元
8.4 局部受压
8.4.1 受力特点和机理
集中力作用的面积A1小于支承构件的截面积或底面积Ab， 这种现象为局部受压。 集中力局部作用面积的形状，最常见的是矩形和条形（一 边与构件等宽）。它在支承构件截面上的位置有中心（对称）、
偏心和边角区之分。此外，还在构件局部受压的端头设置螺旋
箍筋或焊接网片，以增强约束混凝土的抗压强度，限制集中力 可能在端部产生的裂缝。
横向箍筋的增多加强了
对核芯混凝土的约束作用， 其三轴抗压强度可以提高1 倍，峰值应变可提高10倍 以上，形成上升段平缓、 峰部有平台的应力-应变曲 线。
8.2.2 箍筋作用机理
矩形箍筋在轴压力的作用下，核芯
混凝土的横向膨胀变形使箍筋的直线段
产生水平弯曲。箍筋的抗弯刚度极小， 它对核芯混凝土的反作用力很小。 另一方面，箍筋的转角部刚度大， 变形小，两个垂直方向的拉力合成对核 芯混凝土对角线方向的强力约束。故核 芯混凝土承受的约束力是沿对角线的集
分布，其值由平衡条件确定； 承载力 的极限条件求解； ②把混凝土柱看作半无限弹性体， ④按照临界核芯截面的约束应力 箍筋约束力f作为均布线荷载作用 值，计算混凝土三轴抗压强度， 其上，按Boussinesq基本方程得 得到计算式。 到混凝土内的应力分布；
Sheikh模型
①将截面划分为有效约束核芯和非约束区；
形外凸，箍筋外露并被拉断，在曲线上形成下降段。
8.1.2 极限承载力
螺旋箍筋柱的受力过程中看到，其极限承载力有两个控制值： 1. 纵筋受压屈服，全截面混凝土达棱柱体抗压强度N1
2. 箍筋屈服后，核芯混凝土达约束抗压强度N2
如果横向箍筋的体积率为
d cor Ast t 2
4 sd cor
箍筋约束作用的主要影响因素，是其特点。但是，它们都不是
采用数值计算 方法，编制计算
机程序，当给定
一纵向应变值， 进行迭代运算， 逐次地给定纵向 应变值，即可获
得约束混凝土的
应力-应变全曲线 和各物理量的曲 线。
经验公式
Kent-Park CEB FIP MC 模型 90模型
需注意，上述本构模型中的大部分只给出箍筋包围的约束 混凝土应力-应变关系。对于一个受压柱的平均应力-应变关系，
凝土约束应力的平衡式及约束区面积的计算式； 性。 ②分别确定强约束区混凝土的三轴受压应力-应变关系和非约束区的单轴受 压应力-应变关系，以及约束混凝土的横向和纵向应变的比值； ③建立约束混凝土的基本方程； ④建立的各个计算式考虑了混凝土的非线性变形，有些还是耦合关系，难以 获得显式解。
①根据箍筋约束混凝土非线性有限元分析得到的截面约束应力分布，提出
大，混凝土的局部抗压强度和加载板的下层变形都单调增长，
还因为各区段应力值与混凝土多轴强度接近程度的变化而出现3 种典型破坏形态，逐渐过渡。
影响混凝土局
部抗压的强度和破
坏形态的因素还有 试件的高度比 (H/2b)、荷载面 的位置和形状、混
凝土的抗压强度值、
尺寸效应、底面垫 层材料、配筋构造 和数量等等。
8 约束混凝土
螺旋箍筋柱
约 束 混 凝 土
受力机理和破坏过程 极限承载力
受力破坏过程
矩形箍筋柱
箍筋作用机理 应力-应变全曲线方程
钢管混凝土 局部受压
受力特点和机理 极限强度计算 受力特点和机理 强度值计算
8.1 螺旋箍筋柱
8.1.1 受力机理和破坏过程
受压柱内配设连续的螺旋形箍筋或者单独的焊接圆形箍筋，
柱的截面按照箍筋约束作用的程度分作 3个受力区：①箍筋 箍筋对约束混凝土的增强作用，因配筋数量和构造而变化， 约束指标 ——配筋越多越强，对核芯混凝土的约束应力越大， 外围混凝土；②截面中央部分和指向四角的延伸带为强约束区； 主要因素如下： 约束混凝土的抗压强度和峰值应变都随之加快增长。
③处于以上二区之间的、沿箍筋直线段内侧分布的是弱约束区。
f yt fc 4 f yt Ast f c sd cor
乘以箍筋以及混凝土的强度 比值后，命定为约束指标， 或称配箍特征值。
t t
下式可以看出，式子右边的第二项是横向螺旋筋对柱子极限承 载力的贡献。
N2 fc Acor 2 f yt t Acor f y As
需要说明的是，螺旋箍筋提高了柱的极限承载力N2，只适合于 轴心受压的短柱（H/d<=12,H为柱高，d为柱外径）。更长的 柱因压屈失稳而破坏，主要取决于柱的弹性模量或变形；偏心
8.3.2 极限强度计算
钢管混凝土
的极限抗压强
度（即平均的 约束混凝土强 度）随约束指 标而提高，试 验结果如下图。
计算结果表明，当钢管混凝土的约束指标很小时，试件达 极限轴力时钢管切向应力达单轴抗拉强度 f y ，纵向应力 zp 0 随着钢管的加强，约束指标增大，试件达极限轴力时的钢管切 向应力减小，纵向应力增大。
且箍筋沿柱轴线的间距较小，对其包围的核芯混凝土构成有效 的约束，使其受力性能有较大的提高和改善。
螺旋箍筋柱的受压轴力-应变曲线如上图，当
p
时，
混凝土的横向膨胀变形很小，箍筋沿圆周的拉应力不大，对核
芯混凝土的约束作用不明显，故轴力-应变曲线与普通箍筋柱曲
线接近。
继续加大柱子应变，核芯混凝土的横向膨胀和箍筋应力不
箍筋间距——它影响控制截面，即相邻箍筋中间截面的约束面 积和约束应力值。一般认为s<b箍筋才有明显的约束作用。
箍筋的构造和形式——在试件破坏前能保证有完好的锚固，其
约束作用与焊接钢箍无明显差异。 复合箍筋在核芯混凝
土的挤压下，水平弯曲
变形的自由长度小于简 单箍筋，增大了截面上 强约束区的面积，更为 有利。
的三轴抗压强度时，柱子达极限承载力 N 2 。此时，柱的纵向
应变已经很大，外围混凝土即使未全部剥落，所剩压应力也极 小了。 最后，核芯混凝土在三轴受压应力状态下发生挤压流动， 纵向应变加大，柱子明显缩短，横向膨胀使柱子的局部成为鼓
迪拜龙形拱桥
钢管混凝土的主要参数也是约束指标或称套箍指标，其物
理意义与螺旋箍筋的约束指标相同。
当混凝土的横向变形超过了钢管的相应变形，即对钢管施 当钢管混凝土的总承载力达到最大值时（ C点），得试件的
加径向压应力，使钢管在承受纵向压应力的同时还承受均匀的 极限轴力 Nu。往后，混凝土的纵向应力超过其三轴抗压强度而 切向拉应力。但径向压应力很小。 逐渐减小，钢管的切向应力虽有少量增加，但纵向应力减小， 使总承载力逐渐降低。 当钢管在纵向和切
第二篇 钢筋和混凝土的组合作用 8 约束混凝土
混凝土结构中受力钢筋的配设有两种基本方式。 横向配筋的主要作用是约束其内部混凝土的横向变形。约束混凝 • 沿构件的轴力或主应力方式一致，称直接配筋。 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
• 沿轴压力或最大主应力的垂直方向配置箍筋，以约束其内部混 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。 凝土的横线膨胀变形，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。
在构件的承载力极限阶段，减少了纵筋压屈的自由长度， 使之充分发挥抗压强度，并有利于保证抗剪承载水平
8.2.1 受力破坏过程
矩形箍筋柱受压应力-应变全曲线随主要影响因素的增大而
有很大变化，由明显的陡峰曲线向平缓、丰满、且在极限强度 附近有巨大变形平台的曲线过渡。
约束混凝土的配箍量不大，约束指标<=0.3时，应力-应变
②有效约束核芯混凝土的抗压强度取决于体积配箍率和约束混凝土达峰值强 度时的箍筋应力；
③给定应力-应变全曲线形状，上升段（oA)为二次抛物线，其余AB,BCD和
DE为直线。
数值计算的全过程分析
上述两种约束混凝土本构模型基于力学分析原理，考虑了
全过程分析，基本假定和力学模型又不尽合理，使用上有局限 了截面横向应力计算的力学模型和不同约束区的划分，推导了箍筋应力和混
向应力的共同作用下
达到初始屈服时（右 图中的B点，应力途径 为AB），核芯混凝土 在三轴受压状态，尚 有承载余量。此后，钢管进入塑性阶段（BC段），当轴力缓缓 增加时，试件应变增长很快。
钢管混凝土的轴力应力-应变曲线和峰值应变随约束指标 t 的变化， 如下图。钢管混凝土的约束指标越高，自钢管初始屈服后的塑性变形（BC 段）越大，曲线的斜率越缓，峰值应变可达很高的数值，几乎与软刚的拉 伸变形属同一数量级，可见钢管混凝土（受压）延性之大。
以典型方形柱中心局部受压为例说明其受力特点和破坏过 程。
柱的局部受压端范围内的这种应力状态可以分为3个区段： 荷载面积下的混凝Baidu Nhomakorabea，在竖向压应力作用下产生横向膨胀变形，
受到周围混凝土的约束而处于三轴受压状态（区段Ⅰ）；周围
混凝土则因受向外挤压力而产生沿周边的水平拉应力，处于二 轴或三轴拉压状态（区段Ⅱ）；在主应力轨迹线和水平拉压力 范围则为三轴压状态（T/T/C，区段Ⅲ）。 试（构）件高度超过截面宽度(H>=2b）时，随着面积比加
受压柱截面上压应力不均匀分布，甚至为受拉区控制柱的破坏。
这些情况下，箍筋约束混凝土强度的提高于事无大补。
螺旋箍筋柱的两个特征承载力的差值（N2-N1）取决于约束 指标。若配箍量过少，出现N2<N1的情况，表明箍筋约束作用 对柱承载力的提高，还不足以补偿保护层混凝土的损失。故在
设计螺旋箍筋柱时，要求N2>=N1.
8.4.2 强度值计算
CEB-FIP MC90模型
确定混凝土的局部抗压强度值有多种途径。一般情况下，
在工程中只需验算构件的局部抗压强度，不必进行如此繁复的 计算，有简单的力学模型可作近似分析，甚至有经验公式直接 计算。
①端部胀裂
②下部开裂
③混凝土压碎失稳
Hawking 经验公式 模型
认为在加载板下形成一锲形角锥，在局部压力作用下往下移
还需计入箍筋外围混凝土（保护层）的作用，按式（8-14）进
行换算。
8.3 钢管混凝土
8.3.1 受力特点和机理
钢管混凝土具有承载力高、延性极好等优越的力学性能， 还具备面积（占地）小、结构自重轻、节点构造方便、免除模
板和钢筋加工、施工快速、减少混凝土用量等工程特点。它和
全钢结构相比，又有用钢量少、刚度大和造价低等显著特点。 钢管混凝土应用范围日广，主要用于高层建筑、单层和多 层工业产房、设备构架、地下工程、拱桥、军用工事等结构总 承受巨大轴压力的柱，取得很好的技术、经济效益。
另一方面，若（N2-N1）差值过大，按N2设计的柱子在使 用荷载作用下，外围混凝土已经接近或超过其应力峰值，可能 发生纵向裂缝，不符合使用要求。设计时一般限制N2<=1.5N1。 我国规范：
t Acor 0.25As
8.2 矩形箍筋柱
矩形箍筋柱是最普遍的横向筋形式。 箍筋的主要作用： 制作构件时它与纵筋构成骨架，以保持钢筋的正确形状和 位置 长期使用阶段，可承受因混凝土收缩和环境温湿度变化等 产生的横向应力，以防止或减小纵向裂缝
曲线有明显的尖峰，曲线上的特征点反映了不同的受力阶段。
试件出现第一条可见裂缝
一部分跨越裂缝的箍筋达到屈服强度 混凝土出现塑性变形
纵向短裂缝贯通， 形成临界斜裂缝
，曲线微凸
配箍量大的约束混凝土，应力-应变曲线的形状和受力特点
与上述试件有所不同。上升段曲线的斜率可能反而小于低配箍 柱，原因是密布箍筋影响了外围混凝土的浇捣质量，且削弱了 内外混凝土的结合。
8.2.3 应力-应变全曲线方程
约束混凝土的应力-应变全曲线已有多种，建立的途径多样， 有纯理论推到、数值计算、半理论半经验和纯经验的。几种典
型模型的要点如下：
Sargin模型 ① 假设矩形箍筋屈服时对核芯 ③相邻箍筋中间截面约束面积最
2 混凝土的约束力 f沿箍筋内侧均匀 ) 小 Ac (b 2u ，u0值根据 0
中挤压力和沿箍筋分布的很小横向力。
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。 对角线单元①⑤⑨上， 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②④上，其数值 与对角线单元接近；靠近 表面的单元主要承受顺箍 筋方向上的约束应力，即 ⑦⑧的 x 。 单元③⑥的 y 的和单元
8.4 局部受压
8.4.1 受力特点和机理
集中力作用的面积A1小于支承构件的截面积或底面积Ab， 这种现象为局部受压。 集中力局部作用面积的形状，最常见的是矩形和条形（一 边与构件等宽）。它在支承构件截面上的位置有中心（对称）、
偏心和边角区之分。此外，还在构件局部受压的端头设置螺旋
箍筋或焊接网片，以增强约束混凝土的抗压强度，限制集中力 可能在端部产生的裂缝。
横向箍筋的增多加强了
对核芯混凝土的约束作用， 其三轴抗压强度可以提高1 倍，峰值应变可提高10倍 以上，形成上升段平缓、 峰部有平台的应力-应变曲 线。
8.2.2 箍筋作用机理
矩形箍筋在轴压力的作用下，核芯
混凝土的横向膨胀变形使箍筋的直线段
产生水平弯曲。箍筋的抗弯刚度极小， 它对核芯混凝土的反作用力很小。 另一方面，箍筋的转角部刚度大， 变形小，两个垂直方向的拉力合成对核 芯混凝土对角线方向的强力约束。故核 芯混凝土承受的约束力是沿对角线的集
分布，其值由平衡条件确定； 承载力 的极限条件求解； ②把混凝土柱看作半无限弹性体， ④按照临界核芯截面的约束应力 箍筋约束力f作为均布线荷载作用 值，计算混凝土三轴抗压强度， 其上，按Boussinesq基本方程得 得到计算式。 到混凝土内的应力分布；
Sheikh模型
①将截面划分为有效约束核芯和非约束区；
形外凸，箍筋外露并被拉断，在曲线上形成下降段。
8.1.2 极限承载力
螺旋箍筋柱的受力过程中看到，其极限承载力有两个控制值： 1. 纵筋受压屈服，全截面混凝土达棱柱体抗压强度N1
2. 箍筋屈服后，核芯混凝土达约束抗压强度N2
如果横向箍筋的体积率为
d cor Ast t 2
4 sd cor
箍筋约束作用的主要影响因素，是其特点。但是，它们都不是
采用数值计算 方法，编制计算
机程序，当给定
一纵向应变值， 进行迭代运算， 逐次地给定纵向 应变值，即可获
得约束混凝土的
应力-应变全曲线 和各物理量的曲 线。
经验公式
Kent-Park CEB FIP MC 模型 90模型
需注意，上述本构模型中的大部分只给出箍筋包围的约束 混凝土应力-应变关系。对于一个受压柱的平均应力-应变关系，
凝土约束应力的平衡式及约束区面积的计算式； 性。 ②分别确定强约束区混凝土的三轴受压应力-应变关系和非约束区的单轴受 压应力-应变关系，以及约束混凝土的横向和纵向应变的比值； ③建立约束混凝土的基本方程； ④建立的各个计算式考虑了混凝土的非线性变形，有些还是耦合关系，难以 获得显式解。
①根据箍筋约束混凝土非线性有限元分析得到的截面约束应力分布，提出
大，混凝土的局部抗压强度和加载板的下层变形都单调增长，
还因为各区段应力值与混凝土多轴强度接近程度的变化而出现3 种典型破坏形态，逐渐过渡。
影响混凝土局
部抗压的强度和破
坏形态的因素还有 试件的高度比 (H/2b)、荷载面 的位置和形状、混
凝土的抗压强度值、
尺寸效应、底面垫 层材料、配筋构造 和数量等等。
8 约束混凝土
螺旋箍筋柱
约 束 混 凝 土
受力机理和破坏过程 极限承载力
受力破坏过程
矩形箍筋柱
箍筋作用机理 应力-应变全曲线方程
钢管混凝土 局部受压
受力特点和机理 极限强度计算 受力特点和机理 强度值计算
8.1 螺旋箍筋柱
8.1.1 受力机理和破坏过程
受压柱内配设连续的螺旋形箍筋或者单独的焊接圆形箍筋，
柱的截面按照箍筋约束作用的程度分作 3个受力区：①箍筋 箍筋对约束混凝土的增强作用，因配筋数量和构造而变化， 约束指标 ——配筋越多越强，对核芯混凝土的约束应力越大， 外围混凝土；②截面中央部分和指向四角的延伸带为强约束区； 主要因素如下： 约束混凝土的抗压强度和峰值应变都随之加快增长。
③处于以上二区之间的、沿箍筋直线段内侧分布的是弱约束区。
f yt fc 4 f yt Ast f c sd cor
乘以箍筋以及混凝土的强度 比值后，命定为约束指标， 或称配箍特征值。
t t
下式可以看出，式子右边的第二项是横向螺旋筋对柱子极限承 载力的贡献。
N2 fc Acor 2 f yt t Acor f y As
需要说明的是，螺旋箍筋提高了柱的极限承载力N2，只适合于 轴心受压的短柱（H/d<=12,H为柱高，d为柱外径）。更长的 柱因压屈失稳而破坏，主要取决于柱的弹性模量或变形；偏心
8.3.2 极限强度计算
钢管混凝土
的极限抗压强
度（即平均的 约束混凝土强 度）随约束指 标而提高，试 验结果如下图。
计算结果表明，当钢管混凝土的约束指标很小时，试件达 极限轴力时钢管切向应力达单轴抗拉强度 f y ，纵向应力 zp 0 随着钢管的加强，约束指标增大，试件达极限轴力时的钢管切 向应力减小，纵向应力增大。
且箍筋沿柱轴线的间距较小，对其包围的核芯混凝土构成有效 的约束，使其受力性能有较大的提高和改善。
螺旋箍筋柱的受压轴力-应变曲线如上图，当
p
时，
混凝土的横向膨胀变形很小，箍筋沿圆周的拉应力不大，对核
芯混凝土的约束作用不明显，故轴力-应变曲线与普通箍筋柱曲
线接近。
继续加大柱子应变，核芯混凝土的横向膨胀和箍筋应力不
箍筋间距——它影响控制截面，即相邻箍筋中间截面的约束面 积和约束应力值。一般认为s<b箍筋才有明显的约束作用。
箍筋的构造和形式——在试件破坏前能保证有完好的锚固，其
约束作用与焊接钢箍无明显差异。 复合箍筋在核芯混凝
土的挤压下，水平弯曲
变形的自由长度小于简 单箍筋，增大了截面上 强约束区的面积，更为 有利。