局部承压

q
有效非加载面积 加载面积
f
K
' c
f
' c
1
f
' C
( R 1)
2 cot 式中K=A a
参数K值根据试验资料分析，与混凝土组成及强度特征等有 关，但变化范围一般在50～65范围内。Hawkins建议在实 际设计中采用K=50，且公司适用于A/ Al 40的情况下
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A ——方格网或螺旋型间接钢筋内表面范围内的混凝土核芯面 积，其重心应与Al的重心重合，计算时按同心、对称原则取值；
η ——混凝土局部承压修正系数，C50及以下混凝土，取ηs=1.0； C50～C80混凝土，取ηs=1.0～0.76，中间按直线插入取值；
· ln · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·
A ——混凝土局部受压面积，当局部受压面有孔洞时， Aln为扣 除孔洞后的面积，当受压面设有钢垫板时，局部受压面应计入在 垫板中按45°刚性角扩大的面积；对于具有喇叭管并与垫板连成 整体的锚具， Aln可取垫板面积扣除喇叭管尾端内孔面积。 不满足式（1）时应加大局部承压面积，或增加间接钢筋用量。 补充：圬工结构局部承压承载力按下式计算（“公路圬工桥涵 设计规范”）：









≥







≥

图9局部承压时计算底面积Ab的示意图
· · · · · · · · · · · · · · · cor · · · · · · · · cor · · · · · s · · · · ·
§1.1 局部承压的基本概念
一、局部承压的概念和实质： 是指在构件的表面上，仅有部分面积承受压力的受力状态。 混凝土局部承压问题，实质上是局部承压下混凝土的开裂和 强度问题。






局部承压面积
图1 全部受压和局部承压 a)全截面受压 b)局部承压

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1.先开裂后破坏
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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3a）］，试件被劈成数块而发生劈裂破坏。
二、楔椎体劈裂的破坏机理
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在局部承压试验中，当局部承压垫板与试件接触 面有摩阻力，在破坏时，垫板下出现倒锥形楔锥 体。破坏时主要由于楔锥体在试件中滑移楔劈造 成，如图4所示。
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影响局部承压承载力的其它因素有： （1）垫板形状。正方形垫板β大于条形垫板； （2）垫板刚度。刚性大的垫板β大，所以垫板不要太 薄； （3）垫板尺寸。增大垫板宽度、厚度可提高局部承 压承载力， 前者增加受荷面积，后者使压力分布 均匀； （4）预留孔道将削弱砼局部受压承载力。开孔构件 比不开孔β降低13.4～15％； （5）间接钢筋可减小裂缝。
式中V——位移向量
三、局部承压的工作机理分析：
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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7
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§1.3 混凝土承压强度计算
一、混凝土局部承压提高系数： 1、β计算公式：

Ab Al
式中 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；
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混凝土的局部承压强度
课 程 ：高等混凝土 学 生 ：黄勇冰 120520024 江美平 120520025 指导老师：林旭健
1
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§1.2 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 A /Al（Al 为 局部承压面积，A为试件截面面积与在表面上的位臵 有关。对于对称布臵于构件端面上的轴心局部承压， 其破坏形态主要有三种：
N
r
r
D
图7 套箍理论的局部承压受力模型
f t
二、局部承压的工作机理分析：
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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8b］。 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
二、局部承压区承载力计算（“桥规”5.7.2条） 配置间接钢筋时
0 Fld 0.9(s fcd k rv cor fsd ) Al n
（ 1）
cor
Acor Al
β ——配置间接钢筋时局部抗压承载力提高系数，当Acor＞Ab 时，应取Acor=Ab ；
k——间接钢筋影响系数；
图3a 局部承压的破坏形态 当A / Al <9时
2.一开裂即破坏
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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
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Hawkins根据局部承压楔锥体的破坏模型，剪切滑移面上 采用Coulomb破坏准则： 式中R为 的比值 根据破坏对楔锥体上力的平衡关系可得： q fc h cot 2 当极限拉应力 t A 可得：
移面，楔形体的劈裂为最终导致拱机构破坏［图8c］。
N N
c
N
D
D
D
D


来自百度文库 N N



N

N




图8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
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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3b］。
图3b 局部承压的破坏形态 当9＜ A/Al ＜36时
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3.局部混凝土下陷
产生条件：A / Al ＞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。
注意： 在实际工程中，前两种破坏形态较多。
对于中心局部受压试件，Hawkins 假定形成许多水 平环段，如图5所示，破坏对楔锥体滑移面上极限值 与向外膨胀力 h 作用在水平环段上的大小有关。 当 h 使水平环上产生极限拉应力 时，将发生破 t 坏。
图5 Hawkins局部承压破坏机理示意图
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§1.2影响局部承压承载力的因素
影响局部承压承载力的主要因素有： （1）Ab /Al比例。以接近二次曲线关系增长（Ab为局部加 载面积，Al为承载试件受力面积）； （2）间接钢筋（水平钢筋网或螺旋形钢筋）的配筋率βv。 β随βv增大承载力线性关系提高； （3）试件尺寸。当Ab/Al=const. 时，尺寸愈大，β愈小； （4）砼标号。高标号的β小；
二、工程实例：
后张法预应力混凝土构件端部锚固区，桥梁
墩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。
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三、局部承压的特点：
构件表面受压面小于构件截面积； 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，这种横向拉应力 可使混凝土产生裂缝。
图4 局部承压试件楔劈破坏示意图
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当A/ Al比非常大时，垫板下楔锥体下陷且未能 使试件劈裂。 当A/ Al >9时，锥体的楔劈使试件破坏。 当A/ Al <9时，当试件表面由于横向拉应力形成 裂缝时，楔锥体劈裂尚未形成，当裂缝逐渐开 展，最后试件还是由于锥形劈裂破坏。 因此用这种楔锥体劈裂的破坏机理来说明条形 荷载局部承压，中心局部承压，边荷载的局部 承压以及偏心荷载的局部承压等情况的试件破 坏。
W1 2
c
sin
V
在楔锥体下垂直面上所做的内功：
W2 t (H a cot )2V sin( )
根据内外功相等，可得：
1 H (1 sin ) c sin( )( sin cos ) t a q 2 sin cos( )
承受条形荷载平面破坏机构如图6-a，楔 锥体在局部荷载作用下向下移动，锥体下棱 柱体向两侧移动如图6-b所示。
图6W.F.Chen等人局部承压试件楔劈破坏示意图
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局部荷载所做的外功为 q2aV cos( ) 根据塑性力学理论两个刚性体产生滑移面，滑移面上当 时，内功为： 1 sin 2a
Ab ——局部承压的计算底面积。
2、 局部承压的计算面积的确定：
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确定方法：“同心对称有效面积法”，即应与局部承压面积
具有相同的形心位臵，且要求相应对称。 取值大小：如图9