土木工程专业英语翻译 第7单元

UNIT 7 轴向荷载的短柱

在工作荷载下，混凝土的收缩徐变对受轴向荷载的钢筋混凝土中的钢筋和混凝土应力有很大的影响，趋向于纵向钢筋应力的增大及混凝土应力的减小。对于一根有较大配筋率的柱且有较大的初荷载，之后有较大移动，它将可能对混凝土产生拉力对钢筋产生压力。因此，用弹性理论和容许荷载来分析钢筋混凝土柱可靠度是极困难的。

另一方面，柱的极限荷载不会呈现不同可见的应力历史。随着荷载的增加，钢筋通常能在混凝土达到其抗压极限强度前达到抗压屈服强度。然而，在这种情况下，柱子还没达到其极限承载力，柱子可以继续承受荷载，由于钢筋的变形荷载增加处于屈服状态，直到混凝土达到其抗压强度。图7.1便阐述了这一现象。另一种情况，如果混凝土在钢筋屈服前就达到其抗压强度，如同采用强度极高的钢筋时那样，接近极限抗压强度的混凝土的进一步变形会使钢筋达到其屈服强度。因此，轴向荷载的极限值为钢筋混凝土柱中的钢筋屈服强度加上混凝土抗压强度的总和。经证实，受轴向荷载柱的混凝土强度大约为0.85混凝土抗压强度，其中混凝土强度是圆柱体抗压强度，强度值一般小于圆柱体抗压强度。由于样本的外形大小不同，且由于混凝土柱的浇筑是从上往下，导致骨料沉淀于柱的下部而砂浆浮于柱的上部。所以，受轴向荷载混凝土柱的极限承载力可写成

P=0.85F(Ag-Ast)+FA

其中Ag为毛截面面积，Ast为纵向钢筋的全部面积，F为钢筋的屈服强度

当荷载达到P值，配有螺旋箍筋的混凝土柱变现极为相同，横向钢筋对柱的强度提高只起很小作用。一旦达到P值，箍筋间距较大的箍筋柱便会立即破坏，并伴随着混凝土压碎和箍筋间纵筋的压屈，这是因为箍筋间距一般都太大从而不能防止混凝土的总体破坏和钢筋的压屈。

对于箍筋柱，当荷载达到P值，箍筋外表的混凝土保护层将会开裂破坏。由于混凝土面积的减少导致承载力的降低，但足够小间距的螺旋箍筋可以阻止纵向钢筋的压屈。从此时起，纵向钢筋继续承受荷载；伴随着较大的变形，核心混凝土挤压螺旋箍筋，时候螺旋箍筋努力限制其核心混凝土的作用。由于径向压应力提高核心混凝土的承载力，尽管混凝土保护层的剥落，有较粗的螺旋箍筋柱的极限承载力将大于P。混凝土强度的增加由于螺旋箍筋的限制有在之前的章节讨论过，等式B指当螺旋箍筋达到其屈服强度时的圆柱体混凝土强度值。

如果钢筋被相同体积的纵向钢筋代替，V将等于那部分的纵向钢筋。因此等式7.4指出钢筋中的螺旋钢筋对于柱强度的贡献约为两倍的等体积纵向钢筋。然而，在混凝土保护层剥落后，配有较密螺旋箍筋的较高承载力的柱只在较大变形的情况下可用。如果在混凝土保护层剥落后，当螺旋箍筋达到屈服，极限承载力超出剥落前柱的屈服强度。

对等式7.5和7.6比较得出美国混凝土协会规范将确定保护层剥落后柱的极限承载力超出剥落前荷载。具有较大延性的螺旋箍筋混凝土柱是较适合的。但是箍筋不是密布的混凝土柱受轴向荷载易发生脆性破坏，螺旋箍筋的混凝土柱有较大的塑形变形。

试验显示，密布的方形箍筋虽然能增强混凝土柱的延性，但其效果不如圆形箍筋。这由于方形箍筋只提供钢筋周围一小部分区域的压力，因为来自混凝土的侧向压力将导致侧向箍筋各边向外弯曲退出工作，矩形箍筋只能对截面的角部施加压力，而圆形箍筋由于其特有的形状，圆形螺旋箍筋能在截面周围施加均匀压力。CHAN的试验表明，当考虑强度增加时，矩形箍筋的作用只有相同体积螺旋箍筋的一半。很多试验表明，只体现在有密布的矩形箍筋，但ROY的结果却指出，其对强度提高没有贡献。在大多数情况下，混凝土强度的增加由于矩形箍筋。然而，试验结果显示，混凝土延性的大幅度提高是由于采用密布的方形箍筋。