8约束混凝土.ppt

8.2.1 受力破坏过程
• 矩形箍筋的约束指标同样是：
t t
f yt fc
(12
40
30
/ MPa
普通箍筋
复合箍筋
20
1. 当t < 0.3时，应力应变曲线有 10
明显的尖峰。当应变接近素混凝
土 ep 时，箍筋的应变为 esv＝
40
(400~600) ×10-6，约束作用不大，
30
上升段曲线接近，应力增加不大。
约束混凝土极限强度和箍筋屈服同时到达的界限 约为t≈0.32
(2). 箍筋间距(s)：当s>(1~1.5)b时，约束甚微；当s<b时，箍筋才有明
显的约束作用。试验表明：t 相等 s 相差 1 倍的两个试件，fcc及epc
相差很小，但 s 小的试件下降段明显偏高，有利于构件延性。
(3). 箍筋的构造和形式：焊接箍筋与绑扎箍筋无明显差异。当 v 相等 时，复合箍筋的fcc与epc比简单箍筋稍高，下降段平缓。但总体差别不
4
sd
2 cor
4 Ast sdcor
令配箍特征值：
t t
f yt fc
4 fst Ast fc sdcor
箍筋屈服时，核芯混凝土的最大约束压应力为
1 2
2 fst Ast sdcor
1 2
t
fc
若近似取
fcc = fc +4r =(1+2t)fc
于是： N2 =(1+2t) fc Acor+ fy As = fc Acor+ 2fyt t Acor + fy As
30
/ MPa
上升段斜率反而降低，原因是密
20
布箍筋影响了混凝土的浇捣质量
10
及箍筋两侧混凝土的结合。约束
混凝土到达峰值应力前，箍筋已
屈服；其混凝土强度可提高1倍，
峰值应变可提高10倍以上。
v = 0.73 0.54
0.32 v=0.0 0.17
10 20 30 40 50 e / 10-3
8.2.2 箍筋的作用机理及影响因素
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 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：①与纵筋构成骨架；②承受横向应力，防止或减小纵向裂缝；③减小纵 筋压屈的自由长度，保证抗剪承载力；④提高构件的延性，有利于结构的抗震性能。
转角处因面积小而约束应力偏大；另两个内部单元②④上
x≠y，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③⑥的y和单元⑦⑧ 的x，另一方向的应力(即箍筋直线段的横向约束应力)很小。
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
(1). 约束 t（矩形箍筋效率低于螺旋箍筋）
t
Ac Acor 2 Acor
ep2 ＝10×10-3
(3). 若 N2 > N1 太多，使用荷载下钢筋保护层
ep
e
会开裂，甚至剥落，不符合设计要求；一般限
制 N2 ≤1.5 N1
我国规范取：t Acor≥ 0.25 As
美国规范取：v
0.45
Ac Acor 2 Acor
fc fy
8.2 矩形箍筋柱
N1 = fc Ac + fy As
2. 箍筋屈服，混凝 土达 fcc，纵筋屈服
N2 = fcc Acor + fy As
横向箍筋体积率取为
螺旋箍筋
的约束使
保护层剥
柱的承载
落使柱的 力提高
承载力降
Nc
低
螺旋箍筋 钢筋混凝
土柱
普通钢筋 混凝土柱
素混凝土柱
ep2 ＝10×10-3
ep
e
t
dcor Ast
1. 箍筋的作用机理
强约束区，混凝土处于三轴受压应状态
1 2
弱约束区，混凝土处于两轴受压应力状态
3
无约束区，箍筋外围混凝土(即保护层)
1 2 3
1
23
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8-5(c)。图上以箭头表示混凝土应力的
方向(x和y)和大小。对角线单元①⑤⑨上x=y，靠近箍筋
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1.7~2.9，平均约为2.0。
3. 极限承载力分析
(1). 极限承载力 N2 只适用于轴心受压短柱（H/d ≤12）；更长的柱
常因压屈失稳而破坏；
Nc
(2). 若配筋过少， N2< N1 箍筋约束作用对 N2 柱承载力的提高不足补偿保护层混凝土强度 N1 的损失。欲使 N2 > N1 ，必须
第8章 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。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。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。
约束使核芯
混凝土处于
三轴受压应
力状态，纵
保护层剥 向抗压承载 落使柱的 力提高
承载力降
Nc
低
螺旋箍筋 钢筋混凝
土柱
普通钢筋 混凝土柱
素混凝土柱
ep2 ＝10×10-3
ep
e
承载力的提高，特别是变形 性能的提高更为显著。
8.1.2 极限承载力
极限承载力有两个 控制值。
1. 纵筋屈服，混凝土 达 fc ，忽略箍筋作用
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8章 约束混凝土
8.1 螺旋箍筋柱
8.1.1 受力机理和破坏过程
Nc
Nc fyAst
r dcor
fyAst
荷载不 大时螺 旋箍柱 和普通 箍柱的 性能几 乎相同
螺旋箍筋的
/ MPa
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当约束混凝土达峰值应力时，箍
20
筋应变为esv＝(900~1200) ×10-6,
10
尚未屈服。
t = 0.145
0.0
0.077
2 4 6 8 10 12 14 e / 10-3
0.32 t=0.0 0.17
10 20 30 40 50 e / 10-3
40
2. 当t > 0.36时，应力应变曲线
大。
8.2.3 应力-应变全曲线方程
1. Sargin模型
①假设箍筋屈服时对核芯混凝土的
约束力f 沿箍筋内侧均匀分布；
②把混凝土柱看成半无限弹性体，
利用基本方程得到混凝土内的应力；
③相邻箍筋间的约束面最小Ac，称 为临界核芯面积。
④按照临界核芯截面的约束值，计
算混凝土三轴抗压强度，得约束混
凝土抗压强度计算式