试验表明普通箍筋柱钢筋屈服点超过混凝土极限压应变

时间：2023-08-18 理论教育版权反馈

【摘要】：图 7-6试验表明，对采用普通钢筋配筋的短柱，钢筋一般将在混凝土达到极限抗压强度之前达到它的屈服点，因为混凝土均匀受压极限压应变取为ε0=0.002，相应的纵向钢筋应力最大值为σ′s=Esε0=2.0×105×0.002MPa=400MPa，显然高于普通HPB235、HRB335、HRB400级钢筋的屈服强度。已知某多层现浇框架结构标准层中柱，轴向压力设计值N=2200kN，楼层高H=5.1m，混凝土用C30，钢筋用HRB400，fy=360MPa。

1.试验研究结果

对配有纵筋及箍筋的轴心受压短柱的试验研究表明，在轴心压力的作用下，短柱全截面受压，由于钢筋与混凝土之间存在粘结力，从加载至破坏，钢筋与混凝土共同变形，但由于钢筋应力应变关系与混凝土应力应变关系不同，所以在不同的加载阶段钢筋和混凝土的应力比值在不断地变化。

在荷载较小的阶段，材料处于弹性状态，混凝土和钢筋两种材料的应力的比值基本上符合它们的弹性模量之比，即ε′_s=ε_c，σ′_s=E_sε′_s，σ_c=E_cε_c，故。

随着荷载逐步加大，混凝土的塑性变形开始发展，其变形模量降低。因此当柱子变形逐步增大时，混凝土的应力却增加得越来越慢。而钢筋由于在屈服之前一直处于弹性阶段，因此其应力增加始终与其应变成正比，在此情况下，混凝土和钢筋两者应力之比不再符合弹性模量之比。如果荷载长期持续作用，混凝土还有徐变发生，此时混凝土与钢筋之间更会引起应力的重分配，使混凝土的应力有所减少，而钢筋的应力增大。

当纵向荷载达到柱子破坏荷载的90%左右时，柱子由于横向变形达到极限而出现纵向裂缝（图7-6a），混凝土保护层开始剥落。最后，箍筋间的纵向钢筋发生屈折向外弯凸，混凝土被压碎，整个柱子也就破坏了（图7-6b）。

图 7-6

试验表明，对采用普通钢筋（非高强钢筋）配筋的短柱，钢筋一般将在混凝土达到极限抗压强度之前达到它的屈服点，因为混凝土均匀受压极限压应变取为ε₀=0.002，相应的纵向钢筋应力最大值为σ′_s=E_sε₀=2.0×10⁵×0.002MPa=400MPa，显然高于普通HPB235、HRB335、HRB400级钢筋的屈服强度。

对于长期荷载作用下的钢筋混凝土柱，当突然卸载时，则混凝土只能恢复其全部压缩变形中的弹性变形部分，其徐变变形大部分不能立即恢复，而钢筋的弹性恢复必将受到混凝土的约束，使混凝土产生拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时则产生裂缝甚至断裂。

工程设计中对于长细比l₀/b≤8或l₀/d≤7的钢筋混凝土柱视为短柱，对于短柱可不考虑纵向弯曲的影响。

试验研究表明，对于长细比l₀/b>8或l₀/d>7的钢筋混凝土长柱，在截面尺寸、材料强度以及配筋完全相同的情况下，其承载力低于短柱的承载力，长细比越大，承载力降低越明显。其原因是由于各种偶然因素引起的初始偏心距的存在而出现附加弯矩，附加弯矩对长柱的影响较敏感，在附加偏心距的作用下产生侧向挠度，侧向挠度又加大了偏心距。随着荷载的加大，侧向挠度和偏心距不断增大，这样互相影响的结果，使长柱在轴力和弯矩共同作用下破坏，如图7-7所示。设以稳定系数φ代表长柱和短柱的承载力之比

稳定系数φ主要与柱子的长细比l₀/b有关，b为矩形截面的短边尺寸。根据试验资料的回归分析，φ与l₀/b的关系如图7-8所示，可取为。当l₀/b≤8时，φ=1.0；当l₀/b>8时，φ值随l₀/b的增大而减小。考虑到荷载的初始偏心和长期荷载的不利影响，《规范》规定的稳定系数φ的取值比实验值略低一些，具体见表7-1。