用一种新方式解决混凝土局部受压问题*

嵇 蕾尹新生魏晓丽

(1:吉林建筑大学寒地绿色建筑技术工程中心，长春 130118;2:吉林省高速公路管理局通化管理分局，通化 134001)

混凝土局部受压是一种常见的受力现象，实际工程中大量工程事故的产生将矛头指向局部受压件承载力不足这一点上.如吉林省松原市某商场，3条21 m跨度的预应力混凝土梁，局部受压荷载作用下承载力明显不足，产生压碎破坏.以往人们主要运用在局部受压端头施加钢筋网片，通过调节钢筋的配筋率大小、钢筋网片的位置来提高混凝土承载力，但钢筋网片属于被动约束，且施工困难，纵向裂缝和承载力提高不太大.近年来，预应力技术在土木工程中显示出强大的生命力.本文将该技术运用到混凝土局部受压问题中，更合理有效地解决了混凝土由于局部受压承载力不足、裂缝不符合结构使用要求等问题.

1 混凝土局部受压基本原理

所谓局部受压，即指构件受力表面仅有部分面积承受压力的受力状态.试验表明，混凝土承压强度值要比抗压强度标准值大很多.关于局部承压问题，以往大多数以“套箍强化”理论来解释局部受压垫板下混凝土承压强度提高这一特征，并且以此建立计算模式.近年来，国内外根据对局部承压的开裂和破坏机理的研究，提出以“剪切破坏”为依据的计算机理.试验研究认为，在局部受压荷载N作用下，局部承压构件可假想为带有许多拉杆的拱[1](如图1).当荷载N增加到使“拉杆”承受的拉力达到其抗拉强度时，局部受压区则产生纵向裂缝;继续增加荷载，局部受压区拱顶处产生内力重分布，承压板下应力状态为三轴受压，由此形成剪切破坏的楔形体模型 (如图2所示).

图1 局部受压区拱结构

图2 楔形体截面上的应力状态

2 预应力约束混凝土局部受压构件分析

预应力混凝土与普通混凝土相比，提高了构件的刚度和抗裂能力.由于采用高强度钢筋和高强度混凝土，减轻了构件自重，减少钢筋用量达到节约钢材的效果.故笔者运用预应力约束混凝土局部受压构件，目的在于提高混凝土承载力，推迟裂缝出现和开展[3].

2.1 基本原理

众所周知，混凝土是抗压不抗拉的材料，所以混凝土构件受到局部压力作用而发生破坏，是由于内部形成的拉应力超过混凝土极限抗拉强度，故在混凝土峰值拉应力横截面的对称轴处(如图3)设置预应力筋，且沿XY轴方向分别布置预应力筋，预应力筋提供主动约束力抵抗拉应力，从而减小峰值拉应力，使压应力带下原本为拉应力的区域在预应力的作用下转化为受压，进而约束混凝土开裂或使试件开裂较晚，提高局部受压构件承载力.

2.2 计算方法——拉压杆模型法

所谓拉压杆模型法，是将同一方向上主要承受压应力的混凝土区域用压杆模拟，承受拉应力的区域用拉杆模拟，主要的拉压杆交汇区以结点模拟，从而建立一个替代原结构的拉压杆模型，并根据作用在模型上的内外力的平衡条件计算出模型内杆件的内力.拉—压杆模型比较准确地反映了D区的受力机制，以该模型进行设计代表了力的作用机制、有充分的力学依据，且满足塑性下限定理[4].它将受力复杂的混凝土实体看成一杆系结构，以杆系结构的受力机制代替混凝土实体的受力机制，使其受力简洁明了[5].

图3 混凝土峰值拉应力横截面的对称轴

图4 预应力筋约束下形成的拉压杆模型

2.3 拉压杆模型在预应力约束混凝土局部受压构件中的建立

将混凝土局部承压构件利用有限元程序分析，得到构件最终开裂后的内部应力云图，观察在极限荷载作用下构件局部受压区主应力迹线得出，在局部受压面积下存在楔形体，楔形体两侧混凝土受压，该受压区域用压杆模拟;在距离局压作用面一定深度位置适当布置预应力筋，约束混凝土拉应力，预应力筋用拉杆模拟，最终在构件内部形成一套“拉压杆模型”(如图4所示)，然后，利用“拉压杆原理”计算混凝土极限承载力.

3 结论

通过以上对预应力作用下混凝土承载力提高原理的简要阐述，我们可以看出，用预应力筋解决混凝土局部受压问题可观的效果及经济价值.今后还需要对其进行深入细致的理论研究，通过用有限元软件，对预应力钢绞线约束下的局部受压构件承载力进行模拟分析，并且与相应配有钢筋网片的混凝土构件进行对比分析，最后进行现场试验分析.将该技术应用到实际工程中，大大提高局部受压作用下混凝土的承载力，发挥其社会价值.

[1]杨熙坤，杨 冰，刘丽娜.混凝土及钢筋混凝土局部承压楔劈理论[J].低温建筑技术，1999(4):10－12.

[2]杨熙坤，杨 冰，孟凡石.混凝土及钢筋混凝土局部承压若干问题[J].低温建筑技术，1999(1):8－10.

[3]房贞政.预应力结构理论与应用[M].北京:中国建筑工业出版社，2005:9－20.

[4]刘朝山，方从启.混凝土结构设计的拉－压杆模型方法[J].混凝土，2009(11):7－13.

[5]刘华新，邢 颖.拉－压杆模型在混凝土结构教学中的应用[J].高等建筑教育，2005(12):63－65.