局部承压的应力分析

四、局部承压的特点： 构件表面受压面积小于构件截面积； 局部承压面积部分的混凝土抗压强度，比全面积受压 时混凝土抗压强度高； 在局部承压区的中部有横向拉应力（图10-1），这种 横向拉应力可使混凝土产生裂缝。
§10.1 局部承压的破坏形态和破坏机理
一、混凝土局部承压的破坏形态： 混凝土局部承压的破坏形态主要与 Al /（AAl为局部承压
面积，A为试件截面面积以及在表面上的位置有关。对于 对称布置于构件端面上的轴心局部承压，其破坏形态主要 有三种（见图10－3）：
1.先开裂后破坏
产生条件：A / ＜Al 9 破坏特征：当试件截面积与局部承压面积比较接近
时（一般 A /＜Al 9），在约为50%－90%破坏荷载时， 试件某一侧面首先出现纵向裂缝。随着荷载增加， 裂缝逐渐延伸，其它侧面也相继出现类似裂缝。最 后承压面下的混凝土被冲切出一个楔形体［图103a）］，试件被劈成数块而发生劈裂破坏。
2.一开裂即破坏
产生条件：9＜ A / ＜Al 36 破坏特征：当试件截面积与局部承压面积较大时
（一般 9＜ A / ＜Al 36），试件一开裂就破坏，破坏 很突然，裂缝从顶面向下发展，裂缝宽度上大下小， 局部承压面积外围混凝土被劈成数块，而局部承压 面下的混凝土被冲剪成一个楔形体［图10-3b）］。
（拉）
（压）
（压）
图10-2 构件端部的局部承受压区 a)局部承压区 b)横向正应力分布示意 c)截面纵向正应力分布示意
三、局部承压的应力分析（见图10－2) x方向正应力： 在局部承压区的AOBGFE部分，为压应力，在其余部 分为拉应力［图10-2b）］，最大横向拉应力发生在局部 承压区ABCD的中点附近。 y方向正应力： 在局部承压区内，绝大部分的都是压应力，OY轴处的压 应力较大，其中又以O点处为最大，即等于p1。 剪应力
Ab ≥
≥
图10-6局部承压时计算底面积Ab的示意图
二、配置间接钢筋的混凝土局部承压强度提高系数 1、间接钢筋的形式： 局部承压区内配置间接钢筋可采用方格钢筋网或螺旋式 钢筋两种形式（见图10－7） 2、间接钢筋体积配筋率 定义：是指核心面积范围内单位体积所含间接钢筋 的体积ρv
（见图10－1）
局部承压面积
图10-1 全部受压和局部承压 a)全截面受压 b)局部承压
二、工程实例：
后张法预应力混凝土构件端部锚固区，桥梁墩（态）帽 直接支承支座垫板的部分，拱上立柱对拱圈垫梁的作用， 支座反力对梁底混凝土的作用等。
三、局部承压的应力分析（见图10－2)
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（压）
3.局部混凝土下陷
产生条件：A / A＞l 36 破坏特征：当试件截面积与局部承压面积相比很大
时（一般 A / ＞Al 36），在试件整体破坏前，局部承压 面下的混凝土先局部下陷，沿局部承压面四周的混 凝土出现剪切破坏，但此时外围混凝土尚未劈裂， 荷载还可以继续增加，直至外围混凝土被劈成数块 而最终破坏。
§10.2 混凝土强度提高系数
一、混凝土局部承压提高系数：
1、β计算公式：
式中
Al
Ab
Al
——局部承压面积（考虑在钢垫板中沿45°刚性角 扩大的面积），当有孔道时（对圆形承压面积而言）
不扣除孔道面积；
Ab ——局部承压的计算底面积。
2、 局部承压的计算面积的确定： 确定方法：“同心对称有效面积法”，即应与局部 承压面积具有相同的形心位置，且要求相应对称。 取值大小：见图10－6
二、局部承压的工作机理分析： 2、剪切理论： 随着荷载继续增加，更多的拉杆被拉断，裂缝进一步增 多和延伸，内力进一步重分配。当达到破坏荷载时，承压 板下的混凝土在剪压作用下形成楔形体，产生剪切滑移面， 楔形体的劈裂为最终导致拱机构破坏［图10－5c）］。
c
10-5 剪切理论的局部承压受力模型 a)多根拉杆拱结构模型 b)部分拉杆断裂后的拱结构 c)拱结构破坏
3、间接钢筋的混凝土局部承压强度提高系数的计算公式：
cor
≥1
Acor Al
式中：为间接钢筋网或螺旋钢筋范围内混凝土核心面积
§10.3 局部承压区的计算
一、局部承压区计算的内容： 《公路桥规》要求必须进行局部承压区承载能力和抗裂性计
f
t
N
r r
d D
图10-4 套箍理论的局部承压受力模型
二、局部承压的工作机理分析： 2、剪切理论： 在局部荷载作用下，构件端部的受力特征可以比拟为一 个带多根拉杆的拱结构。紧靠承压板下面的混凝土，亦即 位于拉杆部位的混凝土，承受横向拉力。当局部承压荷载 达到开裂荷载时，部分拉杆由于局部承压区中横向拉应力 大于混凝土极限抗拉强度而断裂，从而产生了局部纵向裂 缝，但此时尚未形成破坏机构［图10-5b）］。
计算公式：
➢ 当间接钢筋为方格钢筋网时［图10-7a）］：
v
n1 As1l1 n2 As2l2 Acor s
➢ 当间接钢筋为螺旋形钢筋时[图10－7b)]：
v
4 Ass1 d cor s
≥
≥
图10-7 局部承压区内的间接钢筋配筋形式（尺寸单位：mm） a)方格网钢筋 b)螺旋形钢筋
注意： 在实际工程中，前两种破坏形态较多。
§10.1 局部承压的破坏形态和破坏机理
a)
a
b)
a
H H
图10-3 局部承压的破坏形态
a)当 A / Al<9时 b)当9<A / A<l 36时
二、局部承压的工作机理分析： 1、套箍理论： 局部承压区的混凝土可看作是承受侧压力作用的混凝土 芯块。当局部荷载作用增大时，受挤压的混凝土向外膨胀， 而周围混凝土起着套箍作用而阻止其横向膨胀，因此，挤 压区混凝土处于三向受压状态，提高了芯块混凝土的抗压 强度。当周围混凝土环向拉应力达到抗拉极限强度时，试 件即告破坏。见图10－4
第十章 局 部承压
Local Compression
本章的主要内容：
局部承压的应力分析 局部承压的特点 局部承压的破坏形态和破坏机理 混凝土局部承压强度提高系数的计算 混凝土局部承压的承载力计算和抗裂性验算
§10.0 概 述
一、局部承压的概念：
是指在构件的表面上，仅有部分面积承受压力的受力状态。