第八章-約束混凝土

1、第第8 8章章 約束混凝土約束混凝土鋼筋混凝土原理鋼筋混凝土原理約束混凝土約束混凝土的應力-應變?nèi)€方程(即本構模型)已有多種，建立的途徑多樣，有純理論推導、數(shù)值計算、半理論半經(jīng)驗和純經(jīng)驗的。幾種典型模型的要點如下。8.2.3 8.2.3 應力應力- -應變?nèi)€方程應變?nèi)€方程 32 21 6 .4(1 2 1 2 )(1)cccyfff 將截面劃分為有效約束核芯和非約束區(qū)。沿縱向，相鄰箍筋中間的截面上有效約束核芯面積最小。通過分析和試驗數(shù)據(jù)回歸，給出參數(shù)， 和面積Aeff 、Acc的計算式。有效約束核芯混凝土的抗壓強度取決于體積配箍率s和約束混凝土達峰 值強度時的箍筋應力 。2. Sh

2、eikh2. Sheikh模型模型 采用正方形箍筋、且縱筋沿周邊均勻布置時，核芯混凝土抗壓強度的提高系數(shù)為：式中：B為核芯面積邊長；n和c為縱筋的數(shù)量和間距；s為箍筋間距；Poc為核芯混凝土不受約束時的承載力。給定應力-應變?nèi)€的形狀，上升段(oA)為二次拋物線，其余AB，BCD和DE為直線。 C點的應力取為0.85fcc，殘余強度為0.3fcc，幾個特征點的應變值s1，s2和s85同為fc，B，s，s和 等的函數(shù)，計算式詳見文獻8-11。2222111(12 13)1405.52ccss scocfBncskffPBB 3. 數(shù)值計算的全過程分析 根據(jù)箍筋約束混凝土非線性有限元分析得到的截

3、面約束應力分布(圖8-5(c)，提出了截面橫向應力計算的力學模型和不同約束區(qū)的劃分方法，推導了箍筋應力和混凝土約束應力的平衡式及約束區(qū)面積的計算式等。 分別確定強約束區(qū)混凝土的三軸受壓應力-應變關系和非約束區(qū)(包括弱約束區(qū)和外圍混凝土)的單軸受壓應力-應變關系，以及約束混凝土的橫向和縱向應變的比值(2/)。 建立約束混凝土的基本方程： 式中：e，e，Ae為強約束區(qū)混凝土的縱向應變、應力和面積；n，n，An為非約束混凝土的相應值；b為柱子截面邊長。2(1214)/eneennAAb應變平均應力建立的各個計算式考慮了混凝土的非線性變形，有些還是耦合關系，難以獲得顯式解。 采用數(shù)值計算方法，編制計算

4、機程序，當給定一縱向應變()值，進行迭代運算，可滿足全部平衡方程、變形條件和材料本構關系，輸出截面平均應力、橫向應變2、箍筋應力st、核芯混凝土約束應力2等各種信息。逐次地給定縱向應變值，即可得約束混凝土的應力-應變?nèi)€和各物理量的曲線。下面圖所示是一算例，與試驗結果相符較好。 根據(jù)大量試驗結果進行回歸分析，所建議的約束混凝土本構關系計算式，形式簡單直觀，工程中使用方便。 由上升段的曲線和下降段的二折線組成。 假設約束混凝土的抗壓強度和峰值應變都與素混凝土的相等(fcc=，pc=p)，上升段曲線也相同，采用Hognestad的二次式y(tǒng)=2x-x2(表1-6)。下降段的斜線由=0.5處的應變確

5、定： 式中： 為混凝土的圓柱體抗壓強度，N/mm2。s為橫向箍筋對核芯混凝土(取箍筋外皮以內(nèi))的體積率。 為從箍筋外皮量測的約束核芯寬度。s為箍筋間距。若取s=0，式中的右邊只剩第一項，即素混凝土下降段的相應應變(圖1-14)。下降段的最后部分，取為殘余強度0.2的直線。30.520.67 2310(12 15)6.894cscfbfs過鎮(zhèn)海等建議的公式過鎮(zhèn)海等針對約束指標t的大小引起曲線形狀的較大變化，建議了兩類曲線方程。曲線的上升段和下降段在峰點連續(xù)，方程中的參數(shù)值根據(jù)我國的試驗數(shù)據(jù)(圖8-6)確定。計算式分列于表8-1。 需注意，上述本構模型中的大部分只給出箍筋包圍的約束混凝土應力-應變

6、關系。對于一個受壓柱的平均應力-應變關系，還需計入箍筋外圍混凝土(保護層)的作用，按式(8-14)進行換算。有些柱的截面較小，外圍混凝土所占總面積的比例大，或者配箍較少，箍筋內(nèi)外混凝土的性能差別小，都不容忽略外圍混凝土的影響。8.3鋼管混凝土 鋼管混凝土短柱軸心受壓的典型軸力（平均應力）-應變曲線反映了不同階段的受力特點（OA段）試件剛開始加載時，處于彈性階段，鋼管和混凝土的應力都小，鋼材泊松比大，鋼管橫向膨脹變形略大，若粘結良好，則鋼管如同縱向鋼筋一樣和混凝土共同作用；（AB段）載荷逐漸增大，軸向應力繼續(xù)增加，應變稍快，曲線微凸。（BC段）載荷繼續(xù)增加，鋼管在縱向和切向應力的共同作用下達到初始屈服狀態(tài)（B點），但其承載尚有余量；鋼管表面此時會出現(xiàn)屈服線。軸力緩慢增加，但是試件的應變增長的很快，切向拉應力增大，也加大了對核切向拉應力增大，也加大了對核心混凝土的約束應力，進而提高了其三軸抗壓強度，試件的總承載力仍心混凝土的約束應力，進而提高了其三軸抗壓強度，試件的總承載力仍能繼續(xù)增加。能繼