混凝土结构原理4_1螺旋箍筋约束混凝土.doc

第4章 约束混凝土 4.1 螺旋箍筋约束混凝土 约束机理 （1）工作机理 混凝土纵向应变小于素混凝土受压峰值应变前，箍筋应力很小，约束效果不明显，应力－应变曲线和普通配筋钢筋混凝土柱区别不大； 当纵向应变接近素混凝土受压峰值应变时，保护层混凝土开始压裂、剥落，受压应力－应变曲线出现第一次峰值； 随着外围混凝土的退出工作，截面受力出现少许下降； 进一步增加压力，核心区混凝土应力增加，泊松比急剧加大、膨胀明显，箍筋拉应力增加，对核心区混凝土产生约束； 由于外围箍筋的约束，核心混凝土的峰值应变同时增加，构件出现明显的屈服平台； 随着约束效应的提高，核心区混凝土的抗压强度得到提高，截面的抗压承载力开始增加； 随着纵向应变的增加，箍筋开始屈服，核心混凝土应力尚未达到其三轴抗压强度，混凝土纵向应力可以继续增加； 随着箍筋屈服甚至拉断，混凝土达到（常规）三轴抗压强度，受压应力－应变曲线出现第二次峰值； 破坏时，纵向应变可达10×10－3，外围混凝土基本剥落、核心混凝土出现挤压流动破坏，柱子出现局部鼓凸，箍筋对截面承载力的贡献大致相当于折算纵筋的1.7~2.9倍。 （2）约束参数 约束混凝土的性能主要取决于横向钢筋的特征： 体积配箍率： 体积强度比、约束指标、配箍特征值、套箍指标： 约束效应分析 （1）径向应力分析 基本假定 由于混凝土的受压膨胀，螺旋箍筋受拉屈服 混凝土径向压力 箍筋间距范围内的箍筋总拉力（周向或切向拉力）为，核心区混凝土的围压（径压）为。 平衡方程： 径向应力： （2）混凝土纵向抗压强度 混凝土的轴向抗压强度采用Richart强度近似公式： 截面轴心受压承载力 （1）混凝土纵向应变达到素混凝土峰值压应变 基本假定和条件 混凝土应力达到单轴抗压强度 纵筋屈服 箍筋应力很小，约束效应忽略不计 受压承载力 （2）混凝土纵向应变达到约束混凝土极限应变 基本假定和条件 纵筋屈服 箍筋屈服，，约束应力最大 混凝土应力达到三轴抗压强度 受压承载力 关于钢筋对截面承载力贡献的讨论 近似理论值（假定）： 相同用量钢筋，箍筋对轴向承载力的贡献是纵筋的2倍。 试验值：1.7~2.9 界限配筋率 （1）最小配筋率 目的与意义 当截面尺寸较小（保护层一定，比如30mm，核心区混凝土面积相对较小）、且螺旋箍筋配置较少时，可能出现按约束混凝土（只考虑核心区面积）强度计算的截面承载力小于按单轴混凝土（考虑全截面面积）强度计算的截面承载力。 确定条件 最小配筋 有： 即： 或： （2）最大配筋率 目的和意义 当螺旋箍筋配置较大时，可能出现截面承载力过高，在使用荷载下，纵向应变过大，外围混凝土出现很多纵向裂缝、甚至剥落，影响正常使用功能。 确定条件（中国混凝土02规范） 最大配筋率 有： 即： 或： 适用条件 失稳时，混凝土截面出现拉应力，箍筋约束作用降低，应避免长柱失稳的出现。 当考虑螺旋箍筋约束效应计算构件的承载力时，构件长细比要求： （2）为了保证螺旋箍筋的约束效应，箍筋的最小配筋量应满足 中国规范：，即。 美国规范： （3）为了保证螺旋箍筋之间混凝土的有效约束，箍筋间距不能过大 ，