局部承压剖析

1、10-11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）。全部受压和局部承压图 10-1a注截面受压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bo在构彳端面ab中心部分的较小面积ai （宽度为a）上作用有压力 n ,其平均压应力为p1 ,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h约等于b处的横截面cd上，压应力基本上已均匀分布，其压应力集度为p v p1。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

2、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 仃x、oy和7。仃x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，仃x为压应力，在其余部分为拉应力图10-2b）l最大横向拉应力仃xmax发生在局部承压区 abcd的中点附近。仃y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by较大，其中又以 o点处为最大，即等于d。当b/a值较大时，在试件 a、b点附近，仃x和。y都为拉应力，但其值都不大。局部受压区内混凝土的抗压

3、强度情况，可用图10-3所示承压面积相同（150mm x150mm）,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 x 450mm x 450mm,局部承压面积（以钢垫板计）为150mm x 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

4、抗压强度大很多。imj 碗 jl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（fcu =16 mpa） b）局部承压试件破坏（pfcu =60 mpa） 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qx （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；拱或刚架的钱接支

5、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。10.1 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 a/a （ a为局部承压面积，a为试件截面面积）以及 a在表面上的位置有关。对于 a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a/a36）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

6、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a/a 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 v a/a 36时，试件因楔形体的滑移使试件劈裂破坏；当 a/a 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 a/ a 9

7、时 b）当 9 a/ a acor a且acor的面积重心应与 a的面积重心重合。在实际工程中，若为 acor ab情况，则应取 acor= abo10.3 局部承压区的计算公路桥规要求必须进行局部承压区承载能力和抗裂性计算。1）局部承压区的承载力计算对于配置间接钢筋的局部承压区，当符合ac0r 庆且ac0r的重心与al的重心相重合的条件时，其局部承压承载能力可按下式计算：ofid w fu =。9（ qbfcd + k0 ,orfsd ）an（ 10-5 ）式中fw 局部受压面积上的局部压力设计值。对后张法预应力混凝土构件的锚头局部受压区，可取1.2倍张拉时的最大压力。工一一混凝土局部承压彳

8、正系数，按表 10-1采用；混凝土承压强度的提高系数，按式（10-1）计算；k 间接钢筋影响系数，混凝土强度等级c50及以下时，取k = 2.0 ； c50c80取k=2.01.70,中间直接插值取用，见表 10-1。匕一一间接钢筋的体积配筋率。当为方格钢筋网时，按式（10-2）计算；当为螺旋形钢筋时，按式（10-3）计算；pcor 一配置间接钢筋时局部承压承载能力提高系数，按式（10-4）计算；fsd 一间接钢筋的抗拉强度设计值；ain 当局部受压面有孔洞时，扣除孔洞后的混凝土局部受压面积（计入钢垫板中按45。刚性角扩大的面积）。即an为局部承压面积 a减去孔洞的面积。混凝土局部承压计算系数

9、 “s与k表10-1混凝土强度等级c50 vc55c60c65c70c75c80ns1.00.960.920.880.840.800.76k2.01.951.901.851.801.751.702）局部承压区的抗裂性计算为了防止局部承压区段出现沿构件长度方向的裂缝，保证局部承压区混凝土的防裂要 求，对于在局部承压区中配有间接钢筋的情况，公路桥规规定局部承压区的截面尺寸应满足：为fld 工 fcr =1.3%pfcdan（10-6）式中fcd为混凝土轴心抗压强度设计值。其余符号的意义与式（10-5）相同。例10-1 某钢筋混凝土双较桁架拱桥，台帽承受主拱拱脚作用的支承力设计值fid =2200k

10、n ,其局部承压面积为 250mm x 300mm （已考虑了矩形钢垫板厚度且沿45。刚性角扩大的后面积），如图10-9所示。台帽采用c25混凝土， fcd =11.5mpa。配置方格网的间接钢筋采用 r235级钢筋，fsd =195mpa 。试进行台帽的局部承压计算。图10-9 例10-1示意图c = 260mm b ,故由图解：由图10-9可知，矩形局部承压面积a的长边边长 a = 300mm ,短边边长 b= 250mm ,而矩形局部承压面积边缘至台帽边缘的最小距离10-7a）可得到局部承压时的计算底面积a及边长为l =250 2 250 = 750mml2 =300 2 250-800

11、mmab =750 800=6 105mm252而局部承压面积 a =250黑300=0.75黑10 mm。根据图10-8的规定，设间接钢筋的网格核心混凝土面积尺寸为11= 500mm ,_._5252l2 = 600mm , acor =500父600 =3父105 mm2 a = 0.75父 105 mm2。由式（10-1）求混凝土局部承压强度提高系数p为2.83因采用c25级混凝土，由表10-1可查得九=1 ,故刈邛=2.83。由式（10-4）求配置间接钢筋时局部承压强度提高系数pc0r为设焊接钢筋网片沿 11方向的钢筋根数 叫=6 （间距为100mm）;沿|2方向的钢筋数2=7 （间距

12、为100mm）。而单根钢筋为6 6的面积as1 = as2 = 28.3mm 。根据图10-8规定，间接钢筋设置情况见图.工心wt图10-10间接钢筋设置情况（尺寸单位：mm）图10-10中，顶层钢筋网片距局部承压面为30mm,各网片的层距s取100mm，间接钢筋网片的设置深度 h =580mm,布置层数为 m = 5,则间接钢筋的配筋率 pv为:_ /人必 n2a2i2 v -acor s6 28.3 500 7 28.3 600(500 600) 100=0.0068且n1asi6 28.3一=0.86 0.5n2as27 28.31）局部承压区混凝土抗裂性验算由式（10-6）不等号右部分

13、可得到1.31pfcdaln =1.3x2.83x11.5m0.75x105 =3173.14kn f1d （=2200kn） 局部承压区尺寸满足要求。2）局部承压承载力计算由式（10-5）不等号右部分可得到0.9 s fcd 匕/：，aln= 0.9 2.83 11.5 2 0.0068 2 195 0.75 105= 2554.81kn fw（ = 2200kn）局部承压区承载能力满足要求。复习思考题与习题10-1什么叫做混凝土构件的局部受压？试说明符号 p、以r、m al、aor和an的意义。10-2局部承压区段混凝土内设置间接钢筋的作用是什么？常用的间接钢筋有哪几种配 筋形式？10-3对局部承压的计算包括哪些计算内容？10-4预应力混凝土简支 t形梁在支点处设置板式橡胶支座（图 10-11）。对梁的支承反 力设计值为 f1d = 602.47kn 。橡胶板式支座对梁底面的局部承压作用面积为200mm x350mm, c40混凝土，梁体在支承位置处未设间接钢筋。试对梁支承处混凝土局部承压进行复核计算。5i -1图 10-11习题10-4的图（尺寸单位：mm）橡胶支座支承中心线10-5预应力混凝土梁端锚具布置如（图10-12）。梁体混凝土为 c40,张拉预应力钢束时对梁体局部压力设计值f 1d =534.68kn。锚具直径d=