箍筋约束混凝土结构及其发展展望
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筋约束作用 的认 识认 为, 箍 筋 对核 心区 混凝 土 的约 束是被动的; 当混凝 土中应力 较低时, 由于横向 应变 较小, 箍筋对混凝土 几乎没有 约束作 用, 只有当 混凝 土应力接近 单轴 抗压 强度 时, 由于 混凝 土内 的 裂缝 开始发展、体积增加, 箍筋对混 凝土的 约束才明 显表 现出来; 且矩 形箍 筋对 混凝 土 的约 束效 果不 如 圆形 箍筋好, 圆形箍筋处 于环向轴 心受拉 状态, 并形 成圆 周的连续 约 束压 力, 而 矩 形箍 或 方 箍是 通 过 拱 作 用 工作的, 只能在其拐角附 近产生较 好的约 束反作 用。对普通箍 筋 约束 混凝 土, 国内 外进 行了 大 量的 试验研究、理论分析 和数值模 拟, 对约 束作用的 力学 机理进行了 深 入的 分析, 考 虑箍 筋的 配箍 率、间距、 箍筋布置方式、屈服 强度及试 件尺寸 等影响, 重 点研 究了约束混 凝土 模型 的下 降 段, 提 出了 很多 能 较好 反映箍筋约 束混 凝土 的力 学 性能, 且具 有一 定 代表 性的应力 应变模型, 如 Ch an 模型、Sarg in 模型、K en t Park 模型、V allen as模 型、Sheikh 模型、M ander模型、 Fafit is模型、青山 博 之 模型、林 大 炎 模 型、刑秋 顺 模 型、张秀琴模型等, 这 些模型对 结构的 非线性分 析起 了重要作用。应该说, 经过 100余 年的 研究, 普 通强 度箍筋约束 混凝 土的 性能 已 比较 成熟, 在工 程 实际 中发挥了重要的价值。
D evelopm ent and prospects of hoop reinforcem ent confined concrete
SH I Q ingxuan, HOU W e i, ZHANG X inghu , JIANG W e ishan ( Schoo l of C iv il Eng ineer ing, X i an U niversity of A rch itecture& T echno logy, X i an 710055, Ch ina)
Abstract: W ith external con fin em ent, th e transverse d eform ation of con crete is restricted, thu s thre compress ive b ehaviour of core con crete is mi proved. A ccord ing to con fin ing materials and con fin ing m odels, con fin ed concrete is class ified into stirrup con fined concrete, steel tube con fin ed concrete, FRP con fined con crete and other new m aterial con fin ed concrete T he developm en t of hoop rein forcemen t con fined concrete stru ctu res are review ed. Research work s on m echan ical p roperties, conf ined m echan ism and comm on const itut ive m odels of hoop rein forcemen t con fined con crete are summarized. A s the restriction level is d irectly related to the properties of con fined concrete, it is suggested that the transverse rein forcem en t strength shou ld b e enhan ced, th e d iam eter of tube shou ld be th inn ed, and the spacing shou ld b e redu ced. It is recomm ended that h igh strength con crete m em bers be con fin ed w ith h igh strength transverse rein forcem en ts to mi p rove the capacity and deformation perform ance. Fu rth erm ore, the restrict ion mech an ism and m echan ical p roperties of reg ion al con fined concrete and 5 sp ira ls con fined con crete are in trodu ced. K eywo rds: con fin ed con crete; con fin ed con crete const itut ive mod els; h igh strength hoop reinforcem en t; n eotype con fin ed con crete
图 2 She ikh模型 F ig. 2 Sheikh m ode l
2. 3 M ander模型 M ander等制作了 31个足 尺寸轴 心受压试 件, 包
括圆形、方形、矩形 3种截面形式以及矩形箍筋、螺旋 箍筋、菱形 箍筋 及八 边 形复 合箍 筋等 配 箍方 式。在 试验基础上, 提 出了其 受压应 力 应 变关系 曲线 上升 段和下降段的统一曲线方程 [ 5] , 即
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 50978215)。 作者简介: 史庆轩 ( 1963 ), 男, 山东鄄城人, 工学博士, 教授, 博士生导师。 E m ai:l q ingxuan sh @i sina. com 通信作者: 侯炜 ( 1981 ), 男, 河北沧州人, 博士研究生。 E m ai:l houw ei302@ 163. com 收稿日期: 2009 年 10月
利 用高强 混凝 土 和 高强 钢 筋 的高 抗 压、拉 性 能, 采 用 高强材料 约束混 凝土, 可 以充 分发 挥 材料 抗力 的 潜 能, 不仅 减 少材 料 消 耗, 还能 改 善 混 凝土 结 构 的 性 能, 但我 国 目前 结 构 材料 强 度 偏低 , 约束 混 凝 土 结 构的研 究 及应 用 仍 然 滞后 [ 1] 。 本 文重 点 对 箍 筋 约 束混凝土 的历史 和现状 进行 总结, 对 高强 箍筋 约 束 高强混凝 土 和 其 他形 式 的 箍筋 约 束 混凝 土 研 究 和 发展进行 展望。
0 引言
约 束混凝土 是指利 用外 部 约束, 改 善混 凝土 自 身 原有受 压特 性, 以 提 高其 抗 压 强度 及 变 形 性 能。 混 凝土受到 的侧向 压力越 大, 限 制或 约 束其 横向 变
形的 能力 也越 大。 约 束混 凝 土 是 一个 比 较 经 典 的 结构 课题, 也是现代 结构工 程界 的最 基本 的 研究 领 域之 一, 国 内外 对 此 一直 保 持 着 浓厚 的 研 究 兴趣 , 并对 此进行 了大量的 研究, 目前 建立 起了 较 为系 统 的约 束混 凝土 理 论。 我国 结 构 工 程界 也 十 分 重 视 约束 混凝土 结构 的 研究 , 全 国 混 凝 土 基本 理 论 及
2 常用本构模型
现对国内外几种具 有代表性 和经典 的箍筋 约束 混凝土本构模型进行介绍如下。 2. 1 K ent Park模型
K en t和 Park ( 1971 ) 在 试验 基础上, 提出 了约 束 混凝土的本构 模型 [ 3], 如图 1。 因试 件尺 寸、配 箍形 式及加载控 制等因 素 的影 响, 该 模 型忽 略了 箍筋 约 束对混凝土强度的提 高, 只考 虑约束对 变形的 增加; 认为约束混 凝土峰 值 应变 和素 混 凝土 的相 同, 其 下 降段斜率由对应于 50% 峰值强度处的应变 50 决定。 该模型是早期约束混 凝土本构 模型中 应用最为 广泛 的模型之一。
1 研究历史和现状
对箍筋约束混 凝土 的研究, 从 1903 年 Con sidere 第一个指出利用螺旋 箍筋能 有效约束 轴心受 压柱开 始, 已有一百从轴心 受压到偏 心受压、从静态加 载到 考虑应变率 影响 等, 研 究工 作 主要 围绕 影响 约 束混 凝土因素和约束 混凝土模 型两个 方面 [ 2] 。首先 对箍
建 筑 结 构 学 报 (增刊 2) Journa l o f Bu ild ing Structures( Supp lem entary Issue 2)
箍筋约束混凝土结构及其发展展望
史庆轩, 侯 炜, 张兴虎, 姜维山 (西安建筑科技大学 土木工程学院, 陕西西安 710055)
摘要: 通过外部约束, 限制混凝土的横向变形, 可以有效地改善核心混凝土自身原有受压特性, 大大增强混凝土的抗压强度 和变形能力。根据约束材料和约束形式的不同, 约束混 凝土包括箍 筋约束混 凝土, 钢管约束混 凝土, FRP 约束混凝 土及更 多新材料、新工艺约束混凝土等。对箍筋约束混凝土的发 展历史、研究现状 和发展趋势 进行了较 全面的综述, 分析 了各类 箍筋约束混凝土的约束机制, 介绍了国内外常见的箍筋 约束混凝土 的本构模 型。 针对约束混 凝土的性 能与约束水 平有直 接关系, 提出将箍筋的强度提高, 直径变细, 间距变密, 使得箍 筋能对混 凝土起到更 有效的约 束。 此外, 还介绍了区 域约束 混凝土和五螺箍约束混凝土的约束机制和受力性能。 关键词: 约束混凝土; 约束混凝土本构模型; 高强箍筋; 新型约束混凝土 中图分类号: TU 375 文献标志码: A
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D evelopm ent and prospects of hoop reinforcem ent confined concrete
SH I Q ingxuan, HOU W e i, ZHANG X inghu , JIANG W e ishan ( Schoo l of C iv il Eng ineer ing, X i an U niversity of A rch itecture& T echno logy, X i an 710055, Ch ina)
Abstract: W ith external con fin em ent, th e transverse d eform ation of con crete is restricted, thu s thre compress ive b ehaviour of core con crete is mi proved. A ccord ing to con fin ing materials and con fin ing m odels, con fin ed concrete is class ified into stirrup con fined concrete, steel tube con fin ed concrete, FRP con fined con crete and other new m aterial con fin ed concrete T he developm en t of hoop rein forcemen t con fined concrete stru ctu res are review ed. Research work s on m echan ical p roperties, conf ined m echan ism and comm on const itut ive m odels of hoop rein forcemen t con fined con crete are summarized. A s the restriction level is d irectly related to the properties of con fined concrete, it is suggested that the transverse rein forcem en t strength shou ld b e enhan ced, th e d iam eter of tube shou ld be th inn ed, and the spacing shou ld b e redu ced. It is recomm ended that h igh strength con crete m em bers be con fin ed w ith h igh strength transverse rein forcem en ts to mi p rove the capacity and deformation perform ance. Fu rth erm ore, the restrict ion mech an ism and m echan ical p roperties of reg ion al con fined concrete and 5 sp ira ls con fined con crete are in trodu ced. K eywo rds: con fin ed con crete; con fin ed con crete const itut ive mod els; h igh strength hoop reinforcem en t; n eotype con fin ed con crete
图 2 She ikh模型 F ig. 2 Sheikh m ode l
2. 3 M ander模型 M ander等制作了 31个足 尺寸轴 心受压试 件, 包
括圆形、方形、矩形 3种截面形式以及矩形箍筋、螺旋 箍筋、菱形 箍筋 及八 边 形复 合箍 筋等 配 箍方 式。在 试验基础上, 提 出了其 受压应 力 应 变关系 曲线 上升 段和下降段的统一曲线方程 [ 5] , 即
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 50978215)。 作者简介: 史庆轩 ( 1963 ), 男, 山东鄄城人, 工学博士, 教授, 博士生导师。 E m ai:l q ingxuan sh @i sina. com 通信作者: 侯炜 ( 1981 ), 男, 河北沧州人, 博士研究生。 E m ai:l houw ei302@ 163. com 收稿日期: 2009 年 10月
利 用高强 混凝 土 和 高强 钢 筋 的高 抗 压、拉 性 能, 采 用 高强材料 约束混 凝土, 可 以充 分发 挥 材料 抗力 的 潜 能, 不仅 减 少材 料 消 耗, 还能 改 善 混 凝土 结 构 的 性 能, 但我 国 目前 结 构 材料 强 度 偏低 , 约束 混 凝 土 结 构的研 究 及应 用 仍 然 滞后 [ 1] 。 本 文重 点 对 箍 筋 约 束混凝土 的历史 和现状 进行 总结, 对 高强 箍筋 约 束 高强混凝 土 和 其 他形 式 的 箍筋 约 束 混凝 土 研 究 和 发展进行 展望。
0 引言
约 束混凝土 是指利 用外 部 约束, 改 善混 凝土 自 身 原有受 压特 性, 以 提 高其 抗 压 强度 及 变 形 性 能。 混 凝土受到 的侧向 压力越 大, 限 制或 约 束其 横向 变
形的 能力 也越 大。 约 束混 凝 土 是 一个 比 较 经 典 的 结构 课题, 也是现代 结构工 程界 的最 基本 的 研究 领 域之 一, 国 内外 对 此 一直 保 持 着 浓厚 的 研 究 兴趣 , 并对 此进行 了大量的 研究, 目前 建立 起了 较 为系 统 的约 束混 凝土 理 论。 我国 结 构 工 程界 也 十 分 重 视 约束 混凝土 结构 的 研究 , 全 国 混 凝 土 基本 理 论 及
2 常用本构模型
现对国内外几种具 有代表性 和经典 的箍筋 约束 混凝土本构模型进行介绍如下。 2. 1 K ent Park模型
K en t和 Park ( 1971 ) 在 试验 基础上, 提出 了约 束 混凝土的本构 模型 [ 3], 如图 1。 因试 件尺 寸、配 箍形 式及加载控 制等因 素 的影 响, 该 模 型忽 略了 箍筋 约 束对混凝土强度的提 高, 只考 虑约束对 变形的 增加; 认为约束混 凝土峰 值 应变 和素 混 凝土 的相 同, 其 下 降段斜率由对应于 50% 峰值强度处的应变 50 决定。 该模型是早期约束混 凝土本构 模型中 应用最为 广泛 的模型之一。
1 研究历史和现状
对箍筋约束混 凝土 的研究, 从 1903 年 Con sidere 第一个指出利用螺旋 箍筋能 有效约束 轴心受 压柱开 始, 已有一百从轴心 受压到偏 心受压、从静态加 载到 考虑应变率 影响 等, 研 究工 作 主要 围绕 影响 约 束混 凝土因素和约束 混凝土模 型两个 方面 [ 2] 。首先 对箍
建 筑 结 构 学 报 (增刊 2) Journa l o f Bu ild ing Structures( Supp lem entary Issue 2)
箍筋约束混凝土结构及其发展展望
史庆轩, 侯 炜, 张兴虎, 姜维山 (西安建筑科技大学 土木工程学院, 陕西西安 710055)
摘要: 通过外部约束, 限制混凝土的横向变形, 可以有效地改善核心混凝土自身原有受压特性, 大大增强混凝土的抗压强度 和变形能力。根据约束材料和约束形式的不同, 约束混 凝土包括箍 筋约束混 凝土, 钢管约束混 凝土, FRP 约束混凝 土及更 多新材料、新工艺约束混凝土等。对箍筋约束混凝土的发 展历史、研究现状 和发展趋势 进行了较 全面的综述, 分析 了各类 箍筋约束混凝土的约束机制, 介绍了国内外常见的箍筋 约束混凝土 的本构模 型。 针对约束混 凝土的性 能与约束水 平有直 接关系, 提出将箍筋的强度提高, 直径变细, 间距变密, 使得箍 筋能对混 凝土起到更 有效的约 束。 此外, 还介绍了区 域约束 混凝土和五螺箍约束混凝土的约束机制和受力性能。 关键词: 约束混凝土; 约束混凝土本构模型; 高强箍筋; 新型约束混凝土 中图分类号: TU 375 文献标志码: A
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