局部承压理论

局部承压 局部承压是指在构件的表面上，仅有部分面积承受压力的受力状态（图 10-1 ）。

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

局部承压区的应力状态较为复杂。当近似按平面应力问题分析时，局部承压区中任

何一点将产生三种应力，即

x 、 y 和。x 为沿X 方向（图10-2所示试件横向）的 正应力，在局部承压区的 AOBGFE 部分，x 为压应力，在其余部分为拉应力［图

10-2b ）L 最大横向拉应力 xmax 发生在局部承压区 ABCD 的中点附近。y

为沿y 方向

图10-1 全部受压和局部承压

a ）全截面受压

b ）局部承压

如图10-2所示，设构件截面积为 A ，正方形截面的宽度为 b 。在构件端面AB 中心部

分的较小面积 A i （宽度为a ）上作用有压力 N ，其平均压应力为

p 1，此应力从构件端面向 构件内逐步扩散到一个较大的截面面积上。分析表明，在离端面距离

H 约等于b 处的横截 面CD 上，压应力基本上已均匀分布，其压应力集度为

p v P 1。也就是说，构件的 CD 面 以下截面已属于全截面受压。一般把图 10-2b ）中所示的 ABCD 区称为局部承压区。

p

的正应力。在局部承压区内，绝大部分的 y 都是压应力，OY 轴处的压应力 y 较大，

其中又以O 点处为最大，即等于p i 。当b/a 值较大时，在试件A 、B 点附近，x 和y

都为拉应力，但其值都不大。

局部受压区内混凝土的抗压强度情况， 可用图10-3所示承压面积相同（150mm x

150mm ），而试件外形尺寸不同的混凝土轴心受压试验的抗压强度对比来说明，

其中局 部承压试件尺寸为 450mm X 450mm X 450mm ，局部承压面积（以钢垫板计）为

150mm x i50mm 。试验结果表明，局部承压试件的抗压强度远高于同样承压面积的棱 柱体抗压强度（全截面受压），这主要是垫板下直接受压的混凝土的横向变形，不仅受 钢垫板与试件表面之间摩擦力的约束，

而且更主要的是受试件外围混凝土的约束， 中间

部分混凝土纵向受压引起的横向扩张， 使外围混凝土受拉，其反作用力又使中间混凝土 侧向受压，限制了纵向裂缝的开展，因而其强度比棱柱体抗压强度大很多。

综合上述可知，与全面积受压相比，混凝土构件局部承压有如下特点: 受压面积小于构件截面积； （2 ）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；（3 ）在局部承压区的中部有横向拉应力

x （图10-2 ）,这种横向拉应力 可使

混凝土产生裂缝。 a ）全截面受压构件破坏（f

cu 16 MP a ） b ）局部承压试件破坏（ 仁=60 MP a ） cu

c ）局部承压破坏时表面裂 （1 ）构件表面

mm ) 图10-3 局部承压试件破坏图（尺寸单位:

局部承压是混凝土和钢筋混凝土结构中常见的受力形式之一。例如：桥梁墩（台）帽直接承受由支座垫板传来的局部集中荷载；拱或刚架的铰接支承点；后张法预应力混凝土构件端部锚固区等。在工程实践中，因局部承压区混凝土开裂或局部承压能力不足而引起的事故也屡有发生，因此，局部承压的计算是工程设计中必须予以注意的问题之一。

10.1 局部承压的破坏形态和破坏机理

对于混凝土局部承压的破坏形态，国内外进行了大量的研究。研究表明，混凝土局部承压的破坏形态主要与A l / A （A l 为局部承压面积，A 为试件截面面积）以及A l 在表面上的位置有关。对于A l 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，即

1）先开裂后破坏

当试件截面积与局部承压面积比较接近时（一般A/A V 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10-4a ）］,试件被劈成数

块而发生劈裂破坏。

2）一开裂即破坏

当试件截面积与局部承压面积相比较大时（一般9V A / A l V36 ）,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10-4b ）］。

3）局部混凝土下陷

当试件的截面积与局部承压面积相比很大（一般A/A > 36 ）时，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。

在实际工程中，前两种破坏形态较多。在局部承压试验中，试验荷载是通过局部承

压钢垫板作用在试件上，这是与实际工程中局部承压作用形式是一致的。局部承压板与

混凝土接触面间有摩擦阻力，在破坏时，承压垫板下将出现楔形体。当A/A >36时,

破坏是由于这个楔形体下陷而破坏，但这时试件并未劈裂；当9 v A/A v 36时，试件

因楔形体的滑移使试件劈裂破坏；当A/A v 9时，横向拉应力先使试件表面形成裂缝，

然后形成楔形体，最后，试件由楔形体劈裂而破坏。

图10-4 局部承压的破坏形态

a）当A / A| <9 时b）当9< A / A <36 时

关于混凝土局部承压的工作机理，国内外学者提出过许多看法，主要有两种理论，分别

为

1 ）套箍理论

这个理论认为，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，其受力模型如图10-5所示。