混凝土局部受压承载力计算方法浅析.pdf

第 2 0卷 第 5期 哈尔滨师范大学 自然科学学报 V o 1 2 0，N o 5 2 O 0 4 NAT URA L S C m NC ES J OUR NA L OF HARBI N NORMAL UNI VE RS I TY 混凝土局部受压承载力计算方法浅析 耿 皓(哈尔滨商业大学)【摘要】作者根据混凝土及钢筋混凝土局部承压大量试验研 究提 出局压破坏 形态、楔劈理论；建立局压抗裂度和承栽力计算方法、计算底面积 A 取值准则 关键词：楔劈；抗裂度；承栽力；A b 取值准则 混凝土及钢筋混凝土局部承压是结构中基本 的受力状态之一，如后张法预应力混凝土结构端 锚 区、柱与基 础、巨型结构 梁与墙、装 配式结构柱 接头和拱架结构铰接点等，均属于局部承压受力 形式 在预应力混凝土和钢筋混凝土结构中，局压 产生纵向裂缝或承载力不足而引起工程事故是屡 见不鲜 的 为此对混凝土及钢筋混凝土进行轴心、偏心 及边角局压试验，考虑预留孔道及垫板刚度，间接 配筋形式、位置及配筋大小等影响的试验 根据局 压大量的试验研究：提出混凝土及钢筋混凝土局 压的破坏形态；实测出局压变形的分布规律；提出 局压的工作机理及楔劈强度理论；建立局压承载 力和抗裂度的计算方法；建立局压计算底面积 A 的取值准则 1 局部承压的应力分析 结构在局部荷载作用下端部应力状态比较复 杂 假定混凝土为各向同性的弹性体，采用有限元 按平面和轴对称问题分析各种不同面积比A A，局压 区的应力状 态 局压 区压应 力，和拉应 力 的分布如图 1 应力曲线的特点：由于混凝 土是固体材料，具有抗剪强度，致使集中力在固体 体内逐步扩散 因此在靠近局压荷载的水平截面 收稿日期：2 0 0 4 一 0 4 2 0 轴线处压应力，达到最大值，压应力 向两边 逐渐减小，而在截面的边缘处可能 出现拉应力，在 高度 h处的水平截面压应力：为均匀分布，h值 约为截面边长尺寸 应力曲线的特点：根据平 衡条件在轴线处的竖向截面上存在压、拉 力相等 的力偶；在截面的上部为压应力，在截面的下 部为拉应力，当面积 比A b 4 l=1 5 2 5时，拉 应力o r 达到最大值 一，其位置在较大范围内 变动，大致位于 1-2 倍局压垫板短边宽度的高度 处 h 凿 lN 2 J _(一)I 子 -_-：!i M2 图 1 a,b分别为局部承压区 矿 ，应力分布 2 混凝土局部承压的破坏形态 2 1 先开裂后破坏面积比A A l 9时，局压 区开裂荷载一般为破坏荷载 5 0 9 0，随着荷 载继续增加局压区又产生新的裂缝，荷载达到某 维普资讯 哈尔滨师范大学 自 然科学学报 2 0 0 4正 一数值后垫板下混凝土冲切出楔形体，试件破坏 时被劈裂成数块 2 2 开 裂即破坏 面积 比 9A b A f 3 6时，局压 垫板下混凝土压 陷，垫板周边混凝土剪切破坏，垫 板外混凝土尚未开裂；面积 比更 大时，垫板外混凝 土还可能出现涌出破坏 钢筋混凝土局部承压破坏形态与间接配筋率 大小有关，在正常配筋情况下属于延性破坏，其破 坏形态为先开裂后破坏，但其开裂荷载较大，试件 从开裂到破坏有更长 的发展过程，裂缝多而细，破 坏时应变急聚增 大 3 局部承压的应变场 混凝土及 钢筋 混凝 土局 压应 变场 分为两 部 分：一为局压荷载 与垫板 下混凝土变形 一曲 线，如图 2 一一；口，j l I，O 一 一一-图 2 局部 承压|，一 曲线，v 曲线分为三个 阶段：o 口为弹性阶段；a b 为弹塑性阶段；b c为塑性阶段 一 曲线 与混凝 土全截面受压时 一占曲线相似 局压区混凝土的横向变形的峰值位于高度为 1 2倍垫板短边尺寸处 4 局部承压的楔劈理论 分析混凝土及钢筋混凝土局部承压 的工作机 理及强度理论有两种方法：一为套箍理论；二为楔 劈理论 楔劈理论认为：根据结构端压区在局压荷载 作用下 的应力、和主应力迹线，如 图 3 a，可 将局压区比拟为带多根拉杆的拱结构，如图 3 b，对于空间问题可拟为带多根拉杆的穹顶，拉杆强 度即为混凝土和间接配筋的强度 局压荷载较大时垫板下混凝土初步形成楔形 体，当荷载增加到开裂荷载时，由于楔形体 的弹性 位移，在楔尖高度处拱拉杆内力最大，因此该处混 图 3 a、b分别为局部承压 区应力迹线和拱结 构 凝土首先达到拉杆强度而出现裂缝 楔形体上表面的几何形状与垫板相同，楔形 体的楔尖夹角根据试验约为 4 0。左右，楔形体高 度约为 1 2倍垫板短边宽度 楔形体位于拱顶部 位，承受局压荷载、拱顶侧向力，其中包括周边混 凝土环箍力共 同作用，它将 抑制楔形体 滑移并使 其处于多轴受压状态，故混凝土局压强度比全截 面轴压强度有 明显提高 5 局部 承压 的抗 裂度 5 1 混凝土局部承压的抗裂度 混凝土局压抗裂度计算是以裂缝即将极限状 态作为计算依据 根据局压应力分析：局压区高度 取 2 尺；受压区高度为 2 r，混凝土压应力按三角形 分布受拉区混凝 土拉应力达到抗拉强度厂 ，考虑 混凝土塑性变形拉应力按矩形分布，截面应力分 布不均匀 系数为 r R，如图 4 D 图 4 a、b局部承压轴 截面应力分布及几何 特征 根据图4 隔离体的平衡条件 M=0，则混 凝土局压抗裂度为：=6 e r r(R+(1)J 取厶=1 0 ，R r=b A，A，=则(1)式可写为=A，(2)式 中：，=0 6 b A，+0 2 混凝土局 压抗裂度提高系数 根据 1 0 9 个A A 9 的混凝 土局压试件开裂荷载的实测数据与上述抗裂度计 算值比较，符合程度较好 维普资讯 第 5 期 混凝土局部受压承载力计算方法浅析 4 5 5 2 钢筋混凝土局部承压的抗裂度 钢筋混凝土局压抗裂度计算亦是以裂缝即将 出现极限状态作为计算依据 基本假定除同混凝 土抗裂度计算外，将受拉钢筋应力化为等效混凝 土抗拉强度，其应力按矩形分布，核心截面拉应力 分布不均匀系数为 r 尺 ，如图5 一靶c ：D 图 5钢筋应力分布 等效混凝土上应力值为：是比较吻合的 6 2 钢筋混凝土局部承压承载力 根据楔形体及母锥体承载力极限状态下的平 衡条件，对于面积比 A 9时，钢筋混凝土局 压承载力提高系数为：卢 =+(1 9 1 JB 一1 3 4)P I 7 1 5 卢 (9)式中：。，=A ，A l 核心混凝土面积比 钢筋混凝土局压最佳配筋位置应在楔形体的 楔尖部位，但结合构造要求间接配筋的布置在离 承压面等于构件长边尺寸的高度范围内是合理 的 钢筋 混凝土局压 的间接配筋形式以螺旋式配 筋效果最佳，网状配筋形式略次之，矩形配筋形式 最次=丽2 n f a A t=(3)7 局部承压的Ab取值原则 【j)局部承压的 取值原则 根据图4,5 隔 离体的 平衡条件M=0，则 钢筋混凝土局压抗裂度为：=6 z r r(R+r 3)(1+，)-(4)则上式为：c =A (5)式 中：=(1+)p t=R c o r S 核心混凝土体积配筋率；凡=E 钢筋与混凝土弹性模量 比 根据 3 5个 A A 9钢筋混凝土局压试件开 裂荷载的实测数据与上述抗裂度计算值 比较，符 合程度较好 6 局部承压 的承载力 6 1 混凝土局部承压 的承载 力 根据楔形体及母锥体承载力极限状态下的平 衡条件，对于面积比A ，9时，混凝土局压承 载力提高系数为：对于条形垫板 卢 l=0 1 5 A b A，+0 8 5 (6)对 于方、圆形 垫板：=0 1 5 A b A，+0 3 0 b l+0 5 5(7)对于矩形垫板：K K =卢 -+(一 卢 。)(8)2一J I 式中 K。、及 K分别为相同宽度的条形垫 板、方形垫板和矩形垫板时的面积比 按上述公式承载力计算值与实测值比较结果 局压计算底面积 A 是考虑周边混凝土对局 压抗裂度和承载力的影响，这种影响随面积 比 A，增加，局压提高系数 可以达到相当大的数 值，值过大时，垫板将产生较大的压陷变形，使 结构不能正常使用或产生较大的预应力损失；同 时卢值过大，也将使结构产生脆性破坏 因此 值 应予以控制，国内外一般建议 口 3 根据局压的试验研究提出计算底面积 A 按“同心对称有效面积法”的取值准则 上述计算底面积A 取值法则，能较好地反映 局压的变化规律，同时也能 自 动限制 届的上限值，使 fl C B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 北京：中国计划出 版社。2 0 0 2 4 罗福午，方鄂华，叶知满混凝土结构及砌体结构北京：中 国建筑工业出版社。1 9 9 2 5 林圣华结构试验 南京：南京工学院出版社，1 9 8 7 (下转第 6 5页)习 维普资讯 第5期 模拟 G P$与 D R航位推算组合系统的地图匹配算法 5 钟海丽，童瑞华，李军，陈宏盛 G P S定位与地图匹配方法研 究 小型微型计算机系统，2 0 0 3，1，1 A M AP M ATCHI NG ALGoRI THM I M I TATI NG THE SYSTEM WHI C H C OMB INE D G P S A N D D E A D R E C K ON I N G(D R)S h e n L i q u n (H a r b i n U n i v S c i T e c h )Wa n g Yu y e F e n g Yo n g L i u Ho n g c h e n (Ha r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y)AB S TRACT I t i s p r o v e d i n p r a c t i c e，t h a t t h e p o s i t i o n i n g a c c u r a c y c a n b e i mp rov e d b y u s i n g the ma p ma t c h i n g a l g o r i thm，wh i c h i s c o mb i n e d wi th b o th GP S a n d De a d R e c k o n i n g S o w e r a i s e a ma p ma t c h i n g a l g o ri thm i mi t a t i n g the p ri n c i p l e o f t h e s y s t e m w h i c h i s c o m b i n e d w i th the D e a d R e c k o n i n g(D R)and G P S p o s i ti o n i n g s y s t e mU-s i n g a p r e c i s e d i g i t a l ma p，we c a n c o r r e c t the po s i t i o n i n g i n f o r ma t i o n an d i mp rov e the pos i t i o n i n g a c c u r a c y At l a s t，we s i mu l a t e t h e a l g o rithmT h e s i mu l a t i o n r e s u l t s h o ws tha t thi s a l g o rithm c a n i mp rov e a c c u r a c y o f the p o s i t i o ni n g s y s t e m Ke y wo r d s：GP S；GI S；Ma p ma t h c h i n g；De a d r e c k o n i n g；F u z z y l o g i c (责任编辑：王丹红)(上接第 4 5页)A M ETHoD FoR CALCULATI NG THE CARRYI NG CAPACI TY DEVELoPED I N PART oF THE CoNCRETE W HE N I T I S S UBJ ECTED To A LoADI NG Ge n g Ha o (H a r b i n C o m me r c i a l U n i v e r s i t y)ABS TRACT B a s e d o n a s e ri e s o f e x p e rime n t a l s t u d i e s o n l o c a l c o mp r e s s i o n an d r e i n f o r c e d c o n c ret e，a the o r y o f f a i l u r e f o rm a t i o n a n d c u n e i f o rm s p l i t t i n g o f c o n c ret e a n d r e i n f o r c e d c o n c r e t e u n d e r l oc a l c o mp r e s s i o n i s p u t f o r w a r d A me tho d f o r c a l c u l a t i n g i t s c r a c k i n g s t r e n g t h a n d b e a r i n g e v alu a t i o n c ri t e ri a o f the b a s e a r e a Ab a r e g i v e n c a p a c i t y u n d e r l ocal c o mp r e s s i o n h a s b e e n s e t u p a n d ：C u n e i f o rm s p l i t t i n g；C r a c k i n g s t r e n gth；B e a rin g c a p a c i t y；E v alu a t i o n c ri t e ria o f the b a s e a r e a (责任编辑：李佳云)维普资讯