《高等钢筋混凝土理论》第12章.ppt
第12章 装配式钢筋混凝土排架结构单层厂房构造
非承重的围护墙通常不做墙 身基础，下部墙身通过基础梁将 荷载传至柱下基础；
上部墙身支承在连续梁上， 连墙体与柱子的连接
（1）外墙与厂房柱一般采用 拉结筋连接：沿柱高度方向 每隔500 mm ～600 mm伸出 2φ6钢筋砌入砖缝内，以达 到锚拉作用。 （2）圈梁的布置原则：振动 较大的厂房如锻工车间、压 缩机房等，沿墙高每隔4m左 右设一道，其它厂房在柱顶 及吊车梁附近设置，特别高 大的厂房则应适当增加。
为防止吊车在运行时刹车不及可能对结构的冲撞，应在 吊车梁端部设置止冲装置，即车档。
9、抗风柱 由于单层厂房山墙的面积大，受较大的风荷载作用，在
山墙处设置抗风柱能增加墙体的稳定性。
10、支撑 支撑的作用是增加厂房结构的空间刚度，保证结构构件
在安装和使用过程中的稳定和安全，主要有柱间支撑和屋盖 支撑。
3、内墙面与地坪交接处，做200mm高的1：2水泥砂浆踢脚线。
4、厂房四周的室外地面，要做散水或明沟；外墙面与室外地面接近部
分设置勒脚。散水、明沟及勒脚的做法同民用建筑部分。
二、板材外墙
1、板材的类型
规 格： 长度：4500mm、6000mm、7500mm、12000mm四种； 宽度：900mm、1200 mm、1500mm、1800mm四种。 板厚度为：160 mm ～240 mm。
第12章 装配式钢筋混凝土排架结构单层厂房构造
第一节 结构组成
装配式钢筋混凝土排架结构单层厂房结构组成
装配式钢筋混凝土排架结构单层厂房结构组成
1、柱下基础 柱下基础一般采用预制或现浇的杯口基础，以便插
入预制的柱子。
2、基础梁 装配式钢筋混凝土排架结构单层厂房外墙，墙下不设
《高等钢筋混凝土理论》第1章(1)
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棱柱体受压破坏的全过程
• 棱柱体受压破坏的全过程参见图1-7。
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—试件纵向应变
—试件横向应变
V —试件体积应变
s —割线泊松比 t d d —切线泊松比
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棱柱体试件受压破坏的照片
破坏斜裂面与荷载垂线夹角=58º ～64º
海水环境 受人为或自然侵蚀性物质影响的环境
13
我国2002规范中耐久性规定——续
• 结构耐久性的基本要求
环境类别 水灰比 不大于 水泥用量 不少于 砼强度等级 不低于 氯离子含量 不大于(%) 碱含量 不大于 不限制 3.0 kg/m3 3.0 3.0
一
二a 二b 三 四 五
0.65
0.60 0.55 0.50
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试件及其裂缝分布
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混凝土微裂缝发展的3个阶段
• 试验证实了混凝土在受力前就存在初始微裂缝，都出现在 较大粗骨料的界面。开始受力后直到极限荷载( ma以分作3个阶段：
• 1.微裂缝相对稳定期（ / max ＜0.3~0.5 ） • 2.稳定裂缝发展期（ / max ＜0.75~0.9 ） • 3.不稳定裂缝发展期（ / max ＞ 0.75~0.9 ）
直至试件破坏。试件的破坏荷载除以承压面积，即为
混凝土的标准立方体抗压强度，以 fcu 表示。
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试块承压面压力分布不均匀
• 试验机通过钢垫板对试件施加压 力，试件承压面上的竖向压应力 分布是不均匀的，见图1-5(a)。 • 这主要是由于垫板的刚度有限， 而导致压应力分布不均匀。
同济大学研究生《高等混凝土结构理论》复习要点与教学大纲
这是同济大学《高等混凝土结构理论》期末考试的复习要点，希望对考博选考3007高等混凝土与钢结构这门课的同学有所帮助。
1．Stress-strain curves of concrete under monotonic, repeated and cyclic uniaxial loadings. 单轴受力时混凝土在单调、重复、反复加载时的应力应变曲线。
2．Creep of concrete (linear and nonlinear) 混凝土的徐变（线性、非线性徐变）3．Components of deformation of concrete 混凝土变形的多元组成4．Process of failure of concrete under uniaxial compression 混凝土在单向受压时破坏的过程。
5．Strength indices of concrete and the relations among them 混凝土的强度指标及其之间关系6．Features of stress-strain envelope curve of concrete under repeated compressive loading. 混凝土单向受压重复加载时的应力应变关系的包络线的特征。
7．The crack contact effect of concrete and its representation in stress-strain diagram. 混凝土的裂面效应及其在应力应变关系图上的表示。
8．The multi-level two-phase system of concrete. 混凝土的多层次二相体系。
9．The rheological model of concrete. 混凝土的流变学模型。
10.Influence of stress gradient on strength of concrete. 应力梯度对混凝土强度的影响。
混凝土结构设计原理PPT课件第12章 预应力混凝土结构的基本原理及其材料
•依靠钢筋与混凝土之间的粘结力来保持和 传递预应力。
✓后张法 •先浇注混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预应 力钢筋并锚固的方法。
•后张法依靠工作锚具来传递并保持预应力的。
➢锚具 锚具分类 ✓依靠摩阻力锚固的锚具。 ✓依靠承压锚固的锚具 ✓依靠粘结力锚固的锚具
✓A类，当对构件控制截面受拉边缘的拉应力加以限制时。
✓B类，当构件控制截面受拉边缘的拉应力超过限值或 出现不超过宽度限值的裂缝时。
0 ，钢筋混凝土构件
➢预应力混凝土结构的优缺点。 优点 ✓提高了构件的抗裂度和刚度。 ✓可以节省材料，减小自重。
✓可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。
✓结构安全可靠。
➢预应力混凝土结构的三种概念
预加力的目的是为了将混凝土变成弹 性材料。
预加力的目的是使用高强度钢筋和混凝 土能共同工作。
预加力的目的是实现荷载平衡。
谢谢聆听
混凝土结构设计原理PPT课件第12章 预应力混凝 土结构的基本原理及其材料
➢预应力混凝土结构的分类
国外分类 ✓Ⅰ级：全预应力－在全部最不利荷载组合作用 下，正截面混凝土不出现拉应力。
✓Ⅱ级：有限预应力－在全部最不利荷载组合作 用下，正截面混凝土允许出现拉应力，但不超过 其抗拉强度，在长期持续荷载作用下，构件正截 面上混凝土不允许出现拉应力。
✓预应力可以作为结构构件连接的手段，促进 了桥梁结构新体系与施工方法求高。
✓需要专门的设备，如张拉机具、灌浆设备等。
✓预应力上拱度不易控制。 ✓开工费用较大，对于跨径小，构件数量少的 工程，成本较高。
➢预加力的方法和设备 预加力的主要方法
✓先张法 •施工方法为先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土。
结构设计原理课件第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料
18
12.2 预加应力的方法与设备
2）后张法——先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张 拉预应力钢筋并锚固的方法。
在混凝土结硬后通过张拉预 应力筋并锚固而建立预加应力 的构件称为后张法预应力混凝 a） 土构件。
施工工艺不同，建立预应力 b) 的方法也不同，后张法是靠工 作锚具来传递和保持预加应力 的；先张法则是靠粘结力来传 c) 递并保持预加应力的。
钢丝镦头
预留孔道
锚杯
垫板 锚圈（螺帽） 锚杯 接千斤顶
锚圈（螺帽） 固定端
穿束方向 孔道长度L
钢丝镦头 压浆孔 预留孔道扩口
张拉端
图12-5 镦头锚锚具工作示意图
桥梁工程专业系列课程—结构设计原理
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12.2 预Байду номын сангаас应力的方法与设备 墩头锚具
桥梁工程专业系列课程—结构设计原理
25
12.2 预加应力的方法与设备 冷铸镦头锚-HiAm锚（抗疲劳性能好，多用于斜拉索中）
桥梁工程专业系列课程—结构设计原理
27
12.2 预加应力的方法与设备
（4）夹片锚具
夹片锚具体系主要作为锚固钢绞线之用。
①钢绞线夹片锚（1～55根Φs15.2mm， Φs12.7mm ）
工作锚夹板
铸铁喇叭管
锚板锥孔
螺旋筋
铸铁喇叭管
工作锚接片
钢绞线
Np
N con
波纹管
图12-7 夹片锚具配套示意图
桥梁工程专业系列课程—结构设计原理
桥梁工程专业系列课程—结构设计原理
26
12.2 预加应力的方法与设备
（3）钢筋螺纹锚具
当采用高强粗钢筋（精轧螺纹钢筋Φ25mm，Φ32mm ）作 为预应力钢筋时，可采用螺纹锚具固定。
高等钢筋混凝土结构讲义-1.钢筋的物理力学性能
f0.2 =（0.8~0.9）fb
热轧钢筋有明显流幅称为软钢以屈服强度作为设计依据消除应力钢丝钢绞线精轧螺纹钢无明显流幅称为硬钢热处理钢筋冷轧带肋钢筋冷轧扭钢筋钢筋的分类hrb40020mnsiv20mnsinb20mnti级带肋kl400k20mnsi新iii级变形注钢筋名称前面的数字表示平均含碳量万分之数按钢材含碳量多少分为低碳钢含碳量25中碳钢2660高碳钢60土建结构用钢低中碳钢r235q235i级光圆hrb33520mnsi级iiiii热轧钢筋直径大于6mm000000000000热轧钢筋的符号说明生产工艺hotrolled表面形状plain钢筋barhpb235屈服强度hotrolledribbedbarhrb335桥梁工程中热轧钢筋的屈服强度材料分项系数12种类r235q235hrb33520mnsihrb40020mnsiv20mnsinb20mntirrb400k20mnsi符号fsd195280330330fsd195280330330热轧钢筋r建筑工程中热轧钢筋的屈服强度材料分项系数11种类hpb235q235hrb33520mnsihrb40020mnsiv20mnsinb20mntirrb400k20mnsi符号fyfy210300360360热轧钢筋210300360360r?钢筋的se曲线l0ppa00pas0lle钢筋的力学性能p点所对应的应力为比例极限而e点所对应的应力为弹性极限
固溶体
按溶质原子在溶剂晶格中的位置, 固溶体 可分为置换固溶体与间隙固溶体两种。
间隙固溶体
置换固溶体
固溶体的性能 无论置换固溶体，还是间隙固溶体，由于溶质原 子的存在都会使晶格发生畸变，使其性能不同于 原纯金属。
当溶质元素的含量极少时，固溶体的性能与溶剂金属基本相同。 随溶质含量的升高，固溶体的性能将发生明显改变，其一般情 况下，强度、硬度逐渐升高，而塑性、韧性有所下降，电阻率 升高，导电性逐渐下降等。 这种通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称为固 溶强化。 固溶强化是金属强化的一种重要形式。在溶质含量适当时， 可显著提高材料的强度和硬度，而塑性和韧性没有明显降低。
第12章鉴定受弯构件的挠度
12受弯构件的挠度12.1 挠度的限值受弯构件在荷载作用下如果产生较大的挠度，会给使用者不舒适和不安全的感觉，还会发生使某些附着物如天花板抹灰等脱落等病害。
因此规范对不同材料、不同类型的受弯构件规定了挠度的限值。
对钢筋混凝土受弯构件允许的最大挠度，《混规》要求：受弯构件的挠度限值表3.3.212.2挠度计算挠度计算属于正常使用状态下的验算。
计算时构件的挠度时，内力和材料强度要使用标准值。
钢梁的挠度计算比较简单，应用材料力学的挠度公式就可以。
对于型钢梁，截面几何特性都可以查表得到。
在挠度计算时，常用到截面抗弯刚度。
对于较理想的弹性材料如钢材，截面抗弯刚度就是弹性模量和截面惯性矩的乘积EI。
对于钢筋混凝土，情况则复杂得多：混凝土受弯构件的底部是有裂缝的，裂缝处的截面高度，不再是截面的外部尺寸；钢筋混凝土是两种材料复合构成的；混凝土也不完全是弹性的材料；混凝土有徐变的性质，变形会逐渐加大。
因此，在混凝土受弯构件挠度计算中，虽然仍然使用材料力学的挠度公式，但是使用了截面抗弯刚度这样一个综合的截面性质来替代材料力学公式中的EI。
混凝土受弯构件挠度计算的关键就是计算截面抗弯刚度。
在长期荷载作用下，混凝土受弯构件的刚度会逐渐减小，这是由于 徐变等原因造成的。
在计算挠度时，要考虑这种影响。
对一般钢筋混凝土受弯构件的挠度计算， 《混规》有：第821条钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的挠度，可根据构件的刚度用结构力学方法计算。
在等截面构件中，可假定各同号弯矩区段内的刚度相等，并取用该区段内最大弯矩处的刚度。
当计算跨度内的支座截面刚度不大于跨中截面刚度的两倍或不小于跨中截面刚度的二分 之一时，该跨也可按等刚度构件进行计算，其构件刚度可取跨中最大弯矩截面的刚度。
受弯构件的挠度应按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响的刚度 B 进行计算，所求得的挠度计算值不应超过本规范表332规定的限值。
第8.2.2条 矩形、T 形、倒T 形和I 形截面受弯构件的刚度 B,可按下列公式计算：B = ---- 业 -- B.气(一 1)+屹(8.2.2)式中M k --按荷载效应的标准组合 计算的弯矩，取计算区段内的最大弯矩值；M q --按荷载效应的准永久组合 计算的弯矩，取计算区段内的最大弯矩值；B s --荷载效应的标准组合作用下受弯构件的 短期刚度，按本规范第8.2.3条的公式计算;0 --考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数，按本规范第8.2.5条取用。
高等钢筋混凝土结构理论
（2）钢筋已屈服，混凝土达到峰值应变 y
图1-3 软钢拉伸曲线
图1-4 硬钢本构模型
高等钢筋混凝土结构理论 — 第二专题
1.3 反复荷载作用下的变形 单击此处编辑母版标题样式
单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 图1-6 拉压反复加载的钢筋应力一应变曲线 图1-5 重复加卸载的钢筋应力一应变曲线 第四级 第五级
图1-7 Kent-Park软化段模型
sv
单击此处编辑母版文本样式 为箍筋的直径和间距 第二级 图2－17 横向箍筋对粘结强度的影响 （6）横向压应力 第三级 第四级 第五级
图2－18 横向压应力对
Asv d sv 2 sv c ssv 4c ssv 式中:c为保护层厚度；d sv 和 ssv
s 曲线的影响
（7）其他因素
高等钢筋混凝土结构理论 — 第二专题
1.4 冷加工强化性能 单击此处编辑母版标题样式 1.4.1 冷拉和时效
1.4.2 冷拔
单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级
图1-8 钢筋冷拉和时效后 的应力一应变关系 图1-9 冷拔低碳钢丝的应力一应变由线
高等钢筋混凝土结构理论 — 第二专题
As ) c A0
高等钢筋混凝土结构理论 — 第二专题
3.1 .2 应力和应变分析 单击此处编辑母版标题样式
y p
图3－2 轴心受压柱的应力 单击此处编辑母版文本样式 和变形 (a)轴力-变形 第二级 (b)钢筋和混凝土的应力 第三级 （1）钢筋屈服之前 y 第四级 N c A0 E0 A0 l 第五级
1.5 徐变和松弛 单击此处编辑母版标题样式
1.5.1 徐变和松弛产生的原因
ch12 预应力混凝土轴心受拉构件
( con lI ) Ap
pcI
An
图12.13 后张法构件预应力筋锚固后的受力状态
§12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析
12.1.2 后张法构件
1.施工阶段：
（3） 完成第二批预应力损失之后。
•
此时已完成全部预应力损失σl, σl=σlⅠ+σlⅡ；
设混凝土预应力为σpcⅡ，则非预应力钢筋应力
•
由平衡条件可求得构件开裂时的轴心拉力
Np,cr为
•
Np,cr=ftkAc+σsAs+σpAp=(ftk+σpcⅡ)A0
§12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析
12.1.1 先张法构件
2.使用阶段：
（3）构件开裂后
•
此时荷载不再变化，混凝土中的应力全部
转化给钢筋和预应力筋。
• σp=σp0II+αe ftk+ ftkAc/(Ap+As)
凝土轴心抗拉强度标准值时，构件处于即将开
裂的极限状态（图12.11)，此时混凝土应力为 ftk，非预应力钢筋应力为σs=αes ftk-σl5，预应力 钢筋应力为σp=σcon-σl+αe ftk，由内外力平衡条 件可求得构件即将开裂时的轴心拉力Np,cr，即
• •即
Np,cr=A0 ftk+σpcⅡA0=( ftk+σpcⅡ)A0 Np,cr=( ftk+σpcⅡ)A0
• 1. 混凝土轴心受压承载力验算
•
规范规定，张拉钢筋（后张法）或切断预
应力筋（先张法）时，构件应满足下列条件：
•
σcc≤0.8fck′+Mk/W0
•
其中，对先张法构件σcc按下式计算：
第12章预应力混凝土结构的基本概念及其材料.
第二篇 预应力混凝土结构第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1 概 述钢筋混凝土构件由于混凝土的抗拉强度低，而采用钢筋来代替混凝土承受拉力。
但是，混凝土的极限拉应变也很小，每米仅能伸长（0.10~0.15）mm ，若混凝土伸长值超过该极限值就要出现裂缝。
如果要求构件在使用时混凝土不开裂，则钢筋的拉应力只能达到（20~30）MPa ；即使允许开裂，为了保证构件的耐久性，常需将裂缝宽度限制在（0.2~0.25）mm 以内，此时钢筋拉应力也只能达到（150~250）MPa ，可见高强度钢筋是无法在钢筋混凝土结构中充分发挥其抗拉强度的。
由上可知，钢筋混凝土结构在使用中存在如下两个问题：一是需要带裂缝工作，由于裂缝的存在，不仅使构件刚度下降，而且使得钢筋混凝土构件不能应用于不允许开裂的场合；二是无法充分利用高强材料。
当荷载增加时，靠增加钢筋混凝土构件的截面尺寸或增加钢筋用量的方法来控制构件的裂缝和变形是不经济的，因为这必然使构件自重（恒载）增加，特别是对于桥梁结构，随着跨度的增大，自重作用所占的比例也增大。
这使得钢筋混凝土结构在桥梁工程中的使用范围受到很大限制。
要使钢筋混凝土结构得到进一步的发展，就必须克服混凝土抗拉强度低这一缺点，于是人们在长期的工程实践及研究中，创造出了预应力混凝土结构。
12.1.1 预应力混凝土结构的基本原理所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的配筋混凝土。
例如，对混凝土或钢筋混凝土梁的受拉区预先施加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产生的拉应力，因而使混凝土构件在使用荷载作用下不致开裂，或推迟开裂，或者使裂缝宽度减小。
这种由配置预应力钢筋再通过张拉或其他方法建立预应力的结构，就称为预应力混凝土结构。
现以图12-1所示的简支梁为例，进一步说明预应力混凝土结构的基本原理。
《结构设计原理》_第12章_预应力混凝土结构基本概念及其材料
12.1 概述——预应力砼结构优点
a. 节省材料，减轻自重，增加跨越能力。 b. 提高构件的抗裂性、增加截面刚度。 c. 可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。 d. 预加力还可以作为结构构件的连接手段，促进了桥梁 结构新体系与施工方法的发展。
l 3、快硬、早强。可尽早施加预应力，加快台座、锚具、 夹具的周转率。
l 混凝土的配制要求与措施：严格控制水灰比；注意选用 高标号水泥并宜控制水泥用量；选用优质活性掺合料；d. 加强振捣与养护。
l 预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C40。
12.3 预应力砼结构材料——钢材
强度高 具有一定的塑性 良好的加工性能 （1）对钢材的要求： 与混凝土之间有较好的粘结强度 低松弛 耐腐蚀
3. 钢筋混凝土：不施加预应力的混凝土结构，即 0
12.2 预应力张拉方法——先张法
先张法
张拉钢筋并在座上固定
依靠粘结 力来传递 并保持预 加应力
浇注混凝土构件
混凝土强度达设计强度的 75%以上时剪断钢筋
张拉台座
a）
预应力筋
混凝土 b）
c）
伸长
Np 临时锚固
压缩
压缩
图 12-2 先张法工艺流程示意图 a)预应力钢筋就位，准备张拉 b)张拉并锚固，浇筑构件混凝土
12.2 预应力锚具——墩头锚具
2、承压形锚具——墩头锚具 镦头锚具：利用钢丝的镦粗头来锚固预应力钢丝的一种支 承式锚具 用途：主要用于锚固钢丝束，锚固5mm和7mm。 组成：(1)锚杯 (2)锚圈 (3)冷镦头 工作原理：借镦头直接承压将钢丝锚固于锚杯上。 优点：(1)可靠（不滑丝） (2)预应力损失小 (3)工序简单 缺点: (1)如张拉吨位过大，钢丝数很多，施工麻烦； (2)对钢丝的下料长度要求很精确，
力学与结构 12钢筋混凝土梁板结构
12.10
图12.2 单向板肋梁楼盖计算单元选取
第12章
2. 荷载计算
钢筋混凝土梁板结构
现浇单向板肋梁楼盖
可变荷载的标准值及荷载分项系数，详见GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》(以下简称 《荷载规范》)。 板计算单元上的荷载主要为楼(屋)板及建筑面层、设备自重，板顶板底抹灰面层自重等恒 载和楼(屋)面活荷载，简化后的荷载形式均为线性荷载，其值大小为由荷载规范查到或计算的 面荷载与荷载计算面积的乘积。
第12章
钢筋混凝土梁板结构
现浇单向板肋梁楼盖
肋梁楼盖一般是由板、次梁和主梁组成，如图12.1所示，整个楼盖被梁划分成许多区格， 每个区格板四边支承在梁(墙)上，板面荷载主要通过板的双向受弯作用传到四边支承的梁上。 试验证明，当板长边与短边之比 l1 / l2 ≥ 3 时，板主要在短向发生明显弯曲，板面荷载主要由长 边梁承担，传递到短边梁方向的荷载非常小，在实际工程中可以忽略不计，当板长边与短边之 比 l / l ≤ 2 时，板在两个方向的弯曲变形均较明显，板面荷载由长边和短边方向梁共同承担， 1 2 任一方向不可忽略。据此，《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)规定：对四边支承的现 浇板进行设计时，当板长边与短边之比 l1 / l2 ≥ 3 时，可按沿短边方向受力的单向板进行设计；
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的纵向应力尚未达三轴抗压强度(3 <3f )，柱的承载
力还能增加。
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11
三种柱的性能对比——续
• 此后，再增大柱子应变，箍筋应力fyt保持不变，核芯 混凝土在定值约束应力下继续横向膨胀，直至纵向应 力达到混凝土的三轴抗压强度，或称约束混凝土抗压
建立的计算式同式(11-13)：
N1 fc Ac f y As 式中：Ac为柱的全截面积。
(12 1)
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螺旋箍筋柱的极限承载力——续
②箍筋屈服后，核芯混凝土达三轴抗压强度fcc (N2) 。此 时柱的应变很大，外围混凝土已退出工作，纵向钢筋
仍维持屈服强度不变(图12-2(b))：
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3
螺旋箍筋柱的构造和约束应力
• 受压柱内配设连续的螺旋形箍筋或者单独的焊接圆形 箍筋，且箍筋沿柱轴线的间距较小(s<80mm和<dcor/5)， 对其包围的核芯混凝土(面积为Acor，直径为dcor)构成 有效的约束，使其受力性能有较大的改善和提高。
• 螺旋箍筋柱的构造和约束应力见下面的图。
• 当 =p时，螺旋箍筋柱的轴力(N1)仍与普通箍筋柱的
极限轴力(式11-13)接近。
2020/4/28
9
三种柱的性能对比——续
• 当柱的应变 >p后，箍筋外围的混凝土(面积为Ac-Acor)
进入应力下降段，开始形成纵向裂缝，并逐渐扩展， 发生表层剥落，这部分混凝土的承载力势必降低。
• 在此同时，核芯混凝土因泊松比增大而向外膨胀，对
(12 6)
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螺旋箍筋柱的极限承载力
• 将式(12-6)代人式(12-2)，并作变换后可建立：
N2 (1 2t ) fc Acor f y As
fc Acor 2 f yt t Acor f y As
峰值应变和下降段曲线的影响很小(图12-2)。
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三种柱的性能对比——续
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三种柱的性能对比——续
• 螺旋箍筋柱的受压轴力-应变曲线如图12-2。
• 当柱子应变低于素混凝土的峰值应变( <p)时，混凝
土的横向膨胀变形(或泊松比，见第2章)很小，箍筋 沿圆周的拉应力不大，对核芯混凝土的约束作用不明 显，故轴力-应变曲线与普通箍筋柱的曲线接近。
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核芯混凝土的最大约束压应力
• 根据图12-1(b)的平衡条件，当箍筋屈服时，核芯混凝 土的最大约束压应力为：
1
2
2 f yt Ast fcdcor s
1 2
t
fc
(12 5)
• 若核芯混凝土的三轴抗压强度按Richart公式(图6-7(a))
近似取用，则得：
fcc B fc 4 2 (1 2t ) fc
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横向配筋的作用
• 有多种横向配筋的构造：如螺旋(圆形)箍筋、矩形箍 筋、钢管、焊接网片等。
• 横向配筋的主要作用是约束其内部混凝土的横向变形。 此外，混凝土结构承受局部作用的集中力，荷载面积 下的混凝土也受到周围混凝土的约束。
• 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。
N-曲线上形成下降段。
• 螺旋箍筋混凝土柱的承载力提高，特别是变形性能的 很大改善是其主要受力特点，工程中可加充分利用。
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螺旋箍筋柱的极限承载力
• 从螺旋箍筋柱的受力过程(N-曲线)中看到，其极限承
载力有两个控制值：
①纵筋受压屈服，全截面混凝土达棱柱体抗压强度fc(N1)。 此时混凝土的横向应变尚小，可忽略箍筋的约束作用，
第12章 约束混凝土
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配筋的两种基本方式
• 混凝土结构中配设的受力钢筋有两种基本方式。 • 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，属直接配筋(第十一章)。 • 如果在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。
箍筋施加径向压应力(2，图12-1(b))。箍筋对核芯混 凝土的反作用应力使其处于三轴受压应力状态(1= 2)， 提高其纵向抗压强度(3f >fc第6章)。
• 所以，核芯混凝土和外围混凝土的总承载力在柱子应 变增大后仍能缓缓上升。
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三种柱的性能对比——续
• 继续加大柱子应变 ，核芯混凝土的横向膨胀和箍筋应
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螺旋箍筋柱的构造
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螺旋箍筋对混凝土的约束应力
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三种柱的性能对比
• 通过素混凝土柱、普通钢筋混凝土柱和螺旋箍筋柱等 三种柱的性能对比，来说明螺旋箍筋柱的受力机理和 破坏过程。
• 素混凝土柱和普通钢筋混凝土柱(第11章y<p的情况)
受轴压力后的轴力-应变曲线和截面应力状态已如前述。 • 柱内的纵向钢筋(As)虽能增强柱的抗压承载力，但对
强度(fcc =3f )时，柱子达极限承载力N2。 • 此时，柱的纵向应变已经很大，可达P2=1010-3，外
围混凝土即使未全部剥落，所剩压应力也极小了。
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三种柱的性能对比——续
• 最后，核芯混凝土在三轴受压应力状态下发生挤压流 动(第6章)，纵向应变加大，柱子明显缩短，横向膨胀 使柱子的局部成为鼓形外凸，箍筋外露并被拉断，在
d2 cor
s
4 Ast dcor s
(12 3)
• 乘以箍筋和混凝土酌强度比值后，命定约束指标，称 配箍特征值为：
t t
f yt fc
4 f yt Ast fcdcor s
(12 4)
• 式中：Ast为箍筋的截面积；fyt为箍筋屈服强度；dcor为 螺旋箍筋的内皮直径；s为纵向间距。
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N2 fcc Acor f y As
(12 2)
式中：cc 为约束混凝土抗压强度，也即核芯混凝土的
三轴抗压强度(3f ，1=2 )。Acor为核芯混凝土的截面
积，取箍筋内皮直径dcor计算。
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横向箍筋的体积率和配箍特征值
• 横向箍筋的体积率取为 ：
t
dcor Ast
4