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时间:2018-06-13
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1、1横向配筋的作用 混凝土结构中的配筋有两种:直接钢筋和间接钢筋。直接配筋即沿构件轴力或主应力方向设置的纵向钢筋,直接承担拉力或者压力,钢筋的应力与轴力方向一致;间接配筋又称横向配筋,沿与压应力与最大主压应力垂直的方向设置,通过约束混凝土的横向变形,提高轴向抗压承载力。 横向配筋有多种,比如螺旋(圆形)箍筋、矩形箍筋、钢管、焊接网片等。其主要作用是约束其内部混凝土的横向变形,使之处于三轴受压应力状态,从而提高了其强度和变形能力。下面就箍筋对混凝土的约束作用做以简单分析。 箍筋的作用有许多种,·抗剪。
2、除了直接承受剪力外,还间接限制了斜裂缝的开展宽度,增强了腹部混凝土的骨料咬合力;还约束了纵筋对混凝土保护层的撕脱,增大了钢筋的销栓力;同时,纵筋与腹筋形成的骨架使内部混凝土受到约束,这也有利于抗剪;·通过减小纵筋的自由长度,防止纵筋受力后压屈,充分发挥其抗压强度,同时也起到固定纵筋位置的作用;·对于密排箍筋,通过约束核心区混凝土,提高了混凝土的抗压强度及延性(极限变形能力);·长期荷载作用下,可以承受因混凝土收缩和环境湿度变化等产生的横向应力,以防止或减少纵向裂缝; 其中,通过约束核心区混凝土,提高受压混
3、凝土的抗压强度及延性,对于地震区的混凝土结构尤为重要。适当地增加箍筋和改进构造形式成为提高结构抗震性能的最简单、经济和有效的措施之一。 2影响箍筋约束作用的因素 箍筋对约束混凝土的增强作用,除了受被约束混凝土自身强度的影响外,主要取决于它能够施加在核心区混凝土表面的约束力的大小。约束力越大,对混凝土的增强就越多。约束力主要受以下几个因素影响:·体积配箍率。体积配箍率隐含反应了四个因素:箍筋强度、直径、间距及(计算配箍方向的)核心区宽度(对于螺旋或圆形配箍的圆形截面,指核心区直径)。箍筋的强度和直径直接决定
4、了箍筋所能提供的约束力的大小,箍筋间距及核心区宽度则影响约束力在相邻箍筋间的分布。对于矩形截面,通常两个方向上的尺寸和配箍形式不一样,因此提供的约束力也不一样,所以应分别计算两个方向的配箍率。·箍筋的构造和形式。圆形箍筋有螺旋箍筋和单独的圆形箍筋,矩形箍筋总体上分为简单箍筋(绑扎或焊接)和复合箍筋。由于复合箍筋的水平弯曲变形的自由长度小于简单箍筋,约束作用更强,更为有利。 3Mander约束混凝土本构模型 在杆系混凝土有限元分析中,应该如何考虑箍筋对受压构件截面核心区混凝土的约束作用呢?直接在模型中建立箍
5、筋的方法显然是不经济的,可以通过混凝土的应力-应变全曲线方程来反应箍筋的作用,即采用约束混凝土本构模型。下面主要介绍Mander等提出的约束混凝土模型,它既适用圆形箍筋,也适用矩形箍筋。如下图所示,它基于Popovics(1973)提出的方程,适合于低应变率(准静态)和循环加载。著名的截面分析软件XTRACT即采用此模型。 3.1受压区 约束混凝土强度的确定分两个步骤:(1)有效约束压力与有效约束系数在相邻箍筋间的各个截面上,约束压力的大小是不同的,中间截面最小,箍筋所在截面最大。为简化计算,假设核心区混凝土
6、表面的约束压力均匀分布,于是通过对钢筋和核心区混凝土的隔离体建立静力平衡方程,可以求得此均布压力, (2)约束应力比 3.2受压区 假设拉应力达到混凝土抗拉强度前,应力-应变曲线为一直线,超出此范围,应力为零。 4举例 至此,你一定想知道对于常见的截面及配箍形式,箍筋的提高程度到底有多大。下面一个小例子将给大家一个直观上的认识。 柱截面信息:尺寸500×600,混凝土等级C40,纵筋12根圆22(配筋率1.521%),双向复合箍筋圆10@100。 C4O混凝土的强度标准值、平均值分别为26.8MP
7、a和33.3MPa,通过XTRACT可以求得约束混凝土的强度为40.7MPa。以下为规范模型和Mander模型对应的应力-应变曲线。可以看出,考虑箍筋作用后,混凝土的强度和变形能力都有提高,延性得到很大改善。 参考文献:过镇海,时旭东.钢筋混凝土原理和分析.北京:清华大学出版社.2003.Mander,J.B.,Priestley,M.J.N.,andPark,R.(1988)."Theoreticalstress-strainmodelforconfinedconcrete."J.Struct.Engrg.
8、,ASCE,114(8),1804-1826.混凝土结构设计规范GB50010-2002
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