文档介绍：第10章局部承压
局部承压是指在构件的表面上,仅有部分面积承受压力的受力状态(图10-1)。
图10-1 全部受压和局部承压
a)全截面受压 b)局部承压
如图10-2所示,设构件截面积为A,正方形截面的宽度为b。在构件端面AB中心部分的较小面积Al(宽度为a)上作用有压力,其平均压应力为,此应力从构件端面向构件内逐步扩散到一个较大的截面面积上。分析表明,在离端面距离约等于处的横截面上,压应力基本上已均匀分布,其压应力集度为<。也就是说,构件的CD面以下截面已属于全截面受压。一般把图10-2b)中所示的ABCD区称为局部承压区。
图10-2 构件端部的局部承受压区
a)局部承压区 b)横向正应力分布示意 c)截面纵向正应力分布示意
局部承压区的应力状态较为复杂。当近似按平面应力问题分析时,局部承压区中任何一点将产生三种应力,即、和。为沿x方向(图10-2所示试件横向)的正应力,在局部承压区的AOBGFE部分,为压应力,在其余部分为拉应力[图10-2b)],最大横向拉应力发生在局部承压区ABCD的中点附近。为沿y方向的正应力。在局部承压区内,绝大部分的都是压应力,OY轴处的压应力较大,其中又以O点处为最大,即等于。当值较大时,在试件A、B点附近,和都为拉应力,但其值都不大。
局部受压区内混凝土的抗压强度情况,可用图10-3所示承压面积相同(150mm×150mm),而试件外形尺寸不同的混凝土轴心受压试验的抗压强度对比来说明,其中局部承压试件尺寸为450mm×450mm×450mm,局部承压面积(以钢垫板计)为150mm×150mm。试验结果表明,局部承压试件的抗压强度远高于同样承压面积的棱柱体抗压强度(全截面受压),这主要是垫板下直接受压的混凝土的横向变形,不仅受钢垫板与试件表面之间摩擦力的约束,而且更主要的是受试件外围混凝土的约束,中间部分混凝土纵向受压引起的横向扩张,使外围混凝土受拉,其反作用力又使中间混凝土侧向受压,限制了纵向裂缝的开展,因而其强度比棱柱体抗压强度大很多。
图10-3 局部承压试件破坏图(尺寸单位:mm)
a)全截面受压构件破坏(=16) b)局部承压试件破坏(=60) c)局部承压破坏时表面裂缝
综合上述可知,与全面积受压相比,混凝土构件局部承压有如下特点:(1)构件表面受压面积小于构件截面积;(2)局部承压面积部分的混凝土抗压强度,比全面积受压时混凝土抗压强度高;(3)在局部承压区的中部有横向拉应力(图10-2),这种横向拉应力可使混凝土产生裂缝。
局部承压是混凝土和钢筋混凝土结构中常见的受力形式之一。例如:桥梁墩(台)帽直接承受由支座垫板传来的局部集中荷载;拱或刚架的铰接支承点;后张法预应力混凝土构件端部锚固区等。在工程实践中,因局部承压区混凝土开裂或局部承压能力不足而引起的事故也屡有发生,因此,局部承压的计算是工程设计中必须予以注意的问题之一。
局部承压的破坏形态和破坏机理
对于混凝土局部承压的破坏形态,国内外进行了大量的研究。研究表明,混凝土局部承压的破坏形态主要与(为局部承压面积,A为试件截面面积)以及在表面上的位置有关。对于对称布置于构件端面上的轴心局部承压,其破坏形态主要有三种,即
1)先开裂后破坏
当试件截面积与局部承压面积比较接近时(一般<9),在约为50%~90%破坏荷载时,试件某一侧面首先出现纵向裂缝。随着荷载增加,裂缝逐渐延伸,其它侧面也相继出现类似裂缝。最后承压面下的混凝土被冲切出一个楔形体[图10-4a)],试件被劈成数块而发生劈裂破坏。
2)一开裂即破坏
当试件截面积与局部承压面积相比较大时(一般9<<36),试件一开裂就破坏,破坏很突然,裂缝从顶面向下发展,裂缝宽度上大下小,局部承压面积外围混凝土被劈成数块,而局部承压面下的混凝土被冲剪成一个楔形体[图10-4b)]。
3)局部混凝土下陷
当试件的截面积与局部承压面积相比很大(一般>36)时,在试件整体破坏前,局部承压面下的混凝土先局部下陷,沿局部承压面四周的混凝土出现剪切破坏,但此时外围混凝土尚未劈裂,荷载还可以继续增加,直至外围混凝土被劈成数块而最终破坏。
在实际工程中,前两种破坏形态较多。在局部承压试验中,试验荷载是通过局部承压钢垫板作用在试件上,这是与实际工程中局部承压作用形式是一致的。局部承压板与混凝土接触面间有摩擦阻力,在破坏时,承压垫板下将出现楔形体。当>36时,破坏是由于这个楔形体下陷而破坏,但这时试件并未劈裂;当9<<36时,试件因楔形体的滑移使试件劈裂破坏;当<9时,横向拉应力先使试件表面形成裂缝,然后形成楔形体,最后,试件由楔形体劈裂而破坏。
图10-4 局部承压的破坏形态
a)当<9时 b)当9<<36时
关于混凝土局部承压的工作机理,国内外学