外包角钢加固钢筋混凝土柱轴心受压承载力计算方法研究(2)

钢主要依靠缀板和螺栓的作用，与混凝土保持变形协调，保证其整体工作性能。 2当荷载增加至一定值时，压角钢各点的应变 )受分布是不均匀的，钢由于核心混凝土的侧向挤压，角

对于角钢加固的轴心受压混凝土方柱的承载力计算分析如下。1 )基本假定

①钢筋和混凝土、钢和混凝土之间粘结性能可角靠，形协调。变

由开始时的轴向受力逐渐转变为压弯受力。缀板在中间处角钢不能全截面屈服，角钢在轴压下的强使度不能充分发挥。

②符合平截面假定。 ③忽略粘结胶的强度。

3外包角钢短柱在加载过程中，钢的横向应变 )角起初很小，以后逐渐增大，当接近破坏荷载时应变急

④考虑角钢体系对内部混凝土的约束作用。2抗压强度 )

剧增加。由于外包钢骨架对核心混凝土施加侧向压

①混凝土的抗压强度

力使其变为三向受力，得核心混凝土的强度得以使提高。

由于钢骨架的约束作用，以，所混凝土属于约束混凝土，约束抗压强度其的形式 f:= f+;: c d ()

仍然采用下式所表示

4构件由于外包角钢屈服发生塑流， )对柱中混凝土丧失横向约束，导致混凝土被压碎而使构件破坏。试验结果表明。管外包钢柱的受压混凝土对尽

式中：角钢体系约束产生的横向约束应力；值 忌由试验结果回归得：一 1 4;为混凝土单轴 .7抗压强度。

角钢侧向挤压，致使角钢压弯，区混凝土与角钢有压相互转动的趋势，混凝土与角钢在应变上符合平但截面假定。

②钢筋的应力一应变关系采用理想弹塑性模型[ 】明

钢筋混凝土柱外包角钢加固法的研究

第 4期

卢亦焱，:包角钢加固钢筋混凝土柱轴心受压承载力计算方法研究等外

71 2

f』 一E ￡≤E, yI一， ￡>￡

‘ (J 2 )_一

③角钢的屈服强度在极限状态下角钢沿厚度方向应力很小，以可 忽略。因此，以把角钢的应力状态简化为纵向受可压、向受拉的双向应力状态。横角钢属于理想弹塑

性材料，采用 Vo ss服条件n得 nMie屈，( )一 a ) r+ ( ) 2 j ( j) z_ 1 0 h a 一

缀板

() 3图 1

() C订鲜元高度角制约束碾靛土的计，模型鼻

式中：为角钢所受的纵向应力， 符号为负；为角 钢所受的横向应力，号为正；为角钢单轴受拉符的屈服强度。 3基本方程 )平衡方程N一 A+ A+ A, () 4

ⅢⅢ。各区的平均横向约束应力如下 、,双轴受压区

』

l 2 2— 0 5 1Ⅱ: . (+ )

一

( 6 ) I ( 7, ),

三轴受压区

式中：:为混凝土的应力；为钢筋的应力；为角 o r 钢的应力； A、分别为混凝土、 A A,钢筋、钢的截角面面积。

<』【【: 2一 I l 2

混凝土强度采用棱柱体抗压强度，双轴受压状态下的混凝土强度仍采用 Ku fr pe的经验公式 D3 o

3 2极值法 .

角钢体系对混凝土的约束作用中，钢与混凝角

(r一 Z。 _ c=36 + ,￣1f ) 5 - f f

() 8

,

土粘结在一起，直接约束混凝土，缀板与混凝土不直接接触，而是与角钢组成钢骨架体系来约束混凝土， 加强了角钢的约束作用，以属于间接约束，所角钢体系对混凝土的约束力集中在角部的某一范围内。对于常见的角钢产品，宽厚比在一定范围内，以假设可角钢在轴压力下不失稳，处于平面应力状态。且假定角钢对混凝土的横向约束应力在角部的某一范围内均匀分布，于角钢加固的方形截面的混凝土对

式中可解出

为双轴受压下的混凝土的极限强度。从式( ) 8

厂f专+ l1一]( z,[ J+0 9 c一 1/ - 6 )三轴受压的混凝土强度采用式 ( )角钢的屈 1,服强度采用 Vo ss服条件， nMi屈 e从式 ( )中解出 3一一

1F i ah

.

厂，

柱，其承载力计算模型见图 1所示。据平衡条件，根 横向约束应力一

2√—() ( 一 43』…0 f^ 一] 1√‘厂 )( 1 1)

的计算式由下式表示一

角钢约束的轴心受压的混凝土方柱的承载力由混

凝土承载、角钢承载和钢筋承载三部分组成N g— N c N N i+ s+

() 5

式中：jt为角钢的边长、度；为角钢的宽厚 b、 厚

式中：为混凝土承担的轴力；为钢筋承担的轴 N N力，一 A; N Ni为角钢承担的轴力。

比，= b/ A jt;为缀板的截面面积；为缀板间距； s 参数一。

混凝土承担的轴力 N:为双轴受压区承担的轴力Ⅳ 2

号 t一j根据 S ac gu幻以 ati l[ o

和三轴受压区承担的轴力 N之和， A . N即 r一 2+。 c

由式 ( )式 ( )可以得到双轴受压区混凝土承 6、 9

担的轴力 N。

及过镇海[等人对螺旋日 1 、 箍筋约束矩形截面柱的截面内力分布模型的研究成果，核心混凝土划分为将如图 1所示的双轴受压区ⅡⅡz及三轴受压区 、

f

N2 c一厂 十厂 A 一 2A2 1 1 2 2 2

￣b一 (/ 2 )

fl I时= l

…1 l 1=:

{1 .] )÷+ 6一 [√ A+[√十3十)] { s吉 z÷+ . 一 (1( 1+ 1) )z

( 2 1)

钢筋混凝土柱外包角钢加固法的研究

应

用

力

学

学

报

第 2卷 5

的影响：为角钢的体积含钢率。度和面积；一 0 5 b t一 1叫 . (/)。

角钢的应力一应变关系简化为理想弹塑性关系，虑角钢的强度不能够得到充分发挥，以应在考所

同样，可解出三轴受压区混凝土提供的承载力N3一 f3 + f A3 (: A3 1 1 3 2 2一

承载力计算公式角钢承载的一项中乘以一个角钢强度的利用系数 C, 根据本文和姜绍飞n的试验数 据，角钢应变的平均值为 7 8×1~, . 8 0而本次试验角

( 1+o t ∞】

)LA+.

(+是 1

) A m

( 3 1)

钢的屈服应变约为 1 6 . 0× 1~,角钢强度的折减 0故系数约为 0 4。了与现行设计规范统一， .9为常用的角钢设计强度为 2 . N ~, 3 5 mm弹模为 2 O×1。 .6 O Nmm~,相应的设计应变为 1 1 . 4× 1~, O因此设计外包角钢轴压柱承载力时，钢强度的利用系数 C角 i

角钢承担的承载力 N j由下式计算

NJ一一aAj j t将式 (0代人得 1)N一 1{ at j,一

( 4 1)

由式 ( 1~式 ( 5可知，的轴向承载力可以表示 1) 1)柱为横向应力的函数。根据塑性理论中的下限定

9√—()L ()可取外包.6。加固混凝土柱的承载力简化计算公式 43 A 1} 5 为 0角钢如下

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