约束混凝土(王力)
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关于钢管混凝土结构的理论研究已经相当深入和系统， 取得了一系列重要成果。例如，在我国建立了“统一理 论”等理论，处于世界前列；在工程应用方面也很多， 也比较成熟，仅就辽宁省的高层建筑而言，就有沈阳市 的富林广场、电力花园双塔、方圆大厦和辽宁物产大厦 以及大连边业银行大厦、鞍山移动通讯大楼、 抚顺市 公安局大楼和大石桥市利德大厦等10 余项近100万m2 的已建成或在建工程采用了钢管混凝土结构。如果从全 世界的范围来看，则钢管混凝土结构的应用就更为广泛， 主要集中在以下几方面：工业厂房柱、设备构架柱、支 架(栈桥)柱、地铁站台柱、送变电杆塔、桁架压杆、桩、 空结构、超高层结构以及桥梁工程等。
谢 谢!
约束混凝土的种类
钢管混凝土 箍筋约束混凝土
约束 混凝 土
绕丝约束混凝土 FRP约束混凝土 FRP约束混凝土
FRP-混凝土FRP-混凝土-钢组合柱
钢管混凝土
• 钢管混凝土是一种常见的约束混凝土组合柱 形式，一般指在空钢管中灌注混凝土而形成 的构件，核心混凝土可配或不配钢筋。
钢管混凝土 钢管混凝土的研究应用现状
FRP-钢管FRP-钢管-约束混凝土
• 新颖的管体 •新颖的管 内填混凝土 体内填混 结构—FRP凝土结 构—FRP钢管混凝土 结构 钢管混凝 土结构
FRP-钢管FRP-钢管-约束混凝土
FRP-混凝土-钢新型组合柱的研究是近几年 才开始的，还有很多地方值得探讨 • 一方面，借助钢管对核心混凝土的套箍约 束作用，使核心混凝土处于三向受压状态， 从而具有更高的抗压强度和压缩变形能力; 另一方面，外表面的碳纤维具有耐腐蚀的 特点，可以提高钢管混凝土的耐久性。
王力
3100362
普通钢筋混凝土材料
• 钢筋和混凝土两种材料间有较好的粘 结性、较为接近的温度线膨胀系数、 互补的力学性能，因此具有广泛的应 用范围，成为主流的建筑工程材料。
混凝土结构的缺点
钢筋容易腐蚀 构件承载力低 抗裂性差 抗变形能力较差 尺寸大 等
材料力学广义胡克定律指出： 材料力学广义胡克定律指出： 广义胡克定律指出 任何弹性材料当其受到三向主应力作用时， 任何弹性材料当其受到三向主应力作用时， 其物理关系为： 其物理关系为：
箍筋约束混凝土
叶列平等研究人员根据Uppal, J, y的混凝土破坏失稳 理论，提出了箍筋的约束机理。
不同箍筋形式所产生的有效约束混凝土面 积示意
箍筋约束混凝土 箍筋约束混凝土的改善原理
• 大量试验表明，混凝土在受荷之前，骨料 和砂浆接触面已存在微裂缝，混凝土的破 坏是微裂缝不断产生发展的过程。随着应 力的不断增加，裂缝不断随主应力方向扩 展。在破坏区段，产生许多裂缝，将试件 分成许多小柱，自由面处的小柱向外鼓出。 箍筋约束混凝土中的箍筋实际上是对柱提 供了一系列的弹性支撑，增加了结构的刚 度，从而使得强度和延性提高。
绕丝约束混凝土
• 利用柔软的高强细 丝径的多股钢丝绳 按不同间距体外缠 绕的方法来加固混 凝土轴心受压圆柱 体试件
绕丝约束混凝土Leabharlann Baidu绕丝约束混凝土的特点
• 绕丝加固法的优点，主要是能够显著地提 高钢筋混凝土构件的斜截面承载力，另外 由于绕丝引起的约束混凝土作用，还能提 高轴心受压构件的正截面承载力。不过从 实用的角度来说，绕丝的效果虽然可靠(特 别是机械绕丝)，但对受压构件使用阶段的 承载力提高的增量不大，因此，在工程上 仅用于提高钢筋混凝土柱位移延性的加固。
力学试验研究
荷载（kN）
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 20000 40000 60000 80000 100000 应变（με） S-0 S-C1 S-C2
约束混凝土的前景
• 到目前为止，对约束混凝土的研究已经到了相当成熟 到目前为止， 的程度，但随着建筑材料学科科技的发展， 的程度，但随着建筑材料学科科技的发展，不同种类 的新型材料涌现出来，突显了其各自独特的优点， 的新型材料涌现出来，突显了其各自独特的优点，使 得约束混凝土的研究课题继续扩展和深入。 得约束混凝土的研究课题继续扩展和深入。 • 通过约束材料对结构的应力约束使材料处于三向应力 约束的状态，约束混凝土较传统混凝土结构，在承载 约束的状态，约束混凝土较传统混凝土结构， 力和抗变形能力方面有很大的提高。 力和抗变形能力方面有很大的提高。约束混凝土理论 已经大量应用于土木工程生产中。 已经大量应用于土木工程生产中。不论是新建建筑还 是建筑改造修复加固等，都有相当好的前景！ 是建筑改造修复加固等，都有相当好的前景！
在三向受力作用下， 在三向受力作用下，可有效 提高材料的承载力！ 提高材料的承载力！
约束混凝土的性能
约束的途径可通过将混凝土灌注于钢管或预制FRP 管内，或是在混凝土构件外包FRP 纤维布来实现。 无论那种约束形式，都是通过约束材料对核心混凝 土进行约束。当约束混凝土构件受压时，混凝土由 于其内部微裂缝的不断增多与发展。当混凝土横向 变形大于其约束材料的变形时，两者之间产生约束 应力，随着轴向荷载的不断加大，约束材料与核心 混凝土间挤压应力也逐渐增大。核心混凝土在三向 应力的作用下，裂缝发展的速度减慢，抗压强度提 高。当荷载进一步加大时，钢管屈服或FRP 断裂。 因此，同一材料在三向应力状态下工作时，由于其 各向的应变值减少，承载能力得到大幅度提高。
谢 谢!
约束混凝土的种类
钢管混凝土 箍筋约束混凝土
约束 混凝 土
绕丝约束混凝土 FRP约束混凝土 FRP约束混凝土
FRP-混凝土FRP-混凝土-钢组合柱
钢管混凝土
• 钢管混凝土是一种常见的约束混凝土组合柱 形式，一般指在空钢管中灌注混凝土而形成 的构件，核心混凝土可配或不配钢筋。
钢管混凝土 钢管混凝土的研究应用现状
FRP-钢管FRP-钢管-约束混凝土
• 新颖的管体 •新颖的管 内填混凝土 体内填混 结构—FRP凝土结 构—FRP钢管混凝土 结构 钢管混凝 土结构
FRP-钢管FRP-钢管-约束混凝土
FRP-混凝土-钢新型组合柱的研究是近几年 才开始的，还有很多地方值得探讨 • 一方面，借助钢管对核心混凝土的套箍约 束作用，使核心混凝土处于三向受压状态， 从而具有更高的抗压强度和压缩变形能力; 另一方面，外表面的碳纤维具有耐腐蚀的 特点，可以提高钢管混凝土的耐久性。
王力
3100362
普通钢筋混凝土材料
• 钢筋和混凝土两种材料间有较好的粘 结性、较为接近的温度线膨胀系数、 互补的力学性能，因此具有广泛的应 用范围，成为主流的建筑工程材料。
混凝土结构的缺点
钢筋容易腐蚀 构件承载力低 抗裂性差 抗变形能力较差 尺寸大 等
材料力学广义胡克定律指出： 材料力学广义胡克定律指出： 广义胡克定律指出 任何弹性材料当其受到三向主应力作用时， 任何弹性材料当其受到三向主应力作用时， 其物理关系为： 其物理关系为：
箍筋约束混凝土
叶列平等研究人员根据Uppal, J, y的混凝土破坏失稳 理论，提出了箍筋的约束机理。
不同箍筋形式所产生的有效约束混凝土面 积示意
箍筋约束混凝土 箍筋约束混凝土的改善原理
• 大量试验表明，混凝土在受荷之前，骨料 和砂浆接触面已存在微裂缝，混凝土的破 坏是微裂缝不断产生发展的过程。随着应 力的不断增加，裂缝不断随主应力方向扩 展。在破坏区段，产生许多裂缝，将试件 分成许多小柱，自由面处的小柱向外鼓出。 箍筋约束混凝土中的箍筋实际上是对柱提 供了一系列的弹性支撑，增加了结构的刚 度，从而使得强度和延性提高。
绕丝约束混凝土
• 利用柔软的高强细 丝径的多股钢丝绳 按不同间距体外缠 绕的方法来加固混 凝土轴心受压圆柱 体试件
绕丝约束混凝土Leabharlann Baidu绕丝约束混凝土的特点
• 绕丝加固法的优点，主要是能够显著地提 高钢筋混凝土构件的斜截面承载力，另外 由于绕丝引起的约束混凝土作用，还能提 高轴心受压构件的正截面承载力。不过从 实用的角度来说，绕丝的效果虽然可靠(特 别是机械绕丝)，但对受压构件使用阶段的 承载力提高的增量不大，因此，在工程上 仅用于提高钢筋混凝土柱位移延性的加固。
力学试验研究
荷载（kN）
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 20000 40000 60000 80000 100000 应变（με） S-0 S-C1 S-C2
约束混凝土的前景
• 到目前为止，对约束混凝土的研究已经到了相当成熟 到目前为止， 的程度，但随着建筑材料学科科技的发展， 的程度，但随着建筑材料学科科技的发展，不同种类 的新型材料涌现出来，突显了其各自独特的优点， 的新型材料涌现出来，突显了其各自独特的优点，使 得约束混凝土的研究课题继续扩展和深入。 得约束混凝土的研究课题继续扩展和深入。 • 通过约束材料对结构的应力约束使材料处于三向应力 约束的状态，约束混凝土较传统混凝土结构，在承载 约束的状态，约束混凝土较传统混凝土结构， 力和抗变形能力方面有很大的提高。 力和抗变形能力方面有很大的提高。约束混凝土理论 已经大量应用于土木工程生产中。 已经大量应用于土木工程生产中。不论是新建建筑还 是建筑改造修复加固等，都有相当好的前景！ 是建筑改造修复加固等，都有相当好的前景！
在三向受力作用下， 在三向受力作用下，可有效 提高材料的承载力！ 提高材料的承载力！
约束混凝土的性能
约束的途径可通过将混凝土灌注于钢管或预制FRP 管内，或是在混凝土构件外包FRP 纤维布来实现。 无论那种约束形式，都是通过约束材料对核心混凝 土进行约束。当约束混凝土构件受压时，混凝土由 于其内部微裂缝的不断增多与发展。当混凝土横向 变形大于其约束材料的变形时，两者之间产生约束 应力，随着轴向荷载的不断加大，约束材料与核心 混凝土间挤压应力也逐渐增大。核心混凝土在三向 应力的作用下，裂缝发展的速度减慢，抗压强度提 高。当荷载进一步加大时，钢管屈服或FRP 断裂。 因此，同一材料在三向应力状态下工作时，由于其 各向的应变值减少，承载能力得到大幅度提高。