局部承压(Partial/Local Compression)

1 引言

局部承压是指在构件表面上仅有部分面积承受压力的受力状态, 如下图所示. 局部承压的例子包括后张法预应力混凝土构件端部锚固区，桥梁墩(态)帽直接支承支座垫板的部分，拱上立柱对拱圈垫梁的作用，支座反力对梁底混凝土的作用等。本章主要内容包括: (1) 局部承压的破坏形态和破坏机理; (2) 混凝土局部承压强度提高系数; (3) 局部承压区的计算.  这个笔记follow着课程进度[4/26/2021至5/2/2021 Week 8], 简要总结本章的知识点.

a)全截面受压；b)局部承压

2 局部承压的特点

下图所示的全截面受压和局部承压的试验对比.  在全截面受压构件破坏试验中, 棱柱体混凝土试件尺寸为150×150×450mm, 实测的混凝土抗压强度为16MPa。在局部承压试件破坏试验中, 混凝土试件尺寸为450×450×450mm，承压面积为150×150mm，实测的混凝土局部抗压强度为60MPa。由这个试验结果可以看出,局部承压下的抗压强度要比全截面受压的抗压强度高.

局部承压试件破坏图(尺寸单位:mm)      

因此, 与全面积受压相比，混凝土构件局部承压有以下特点：(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sx，这种横向拉应力可使混凝土产生裂缝。 

3 局部承压的破坏形态和破坏机理

混凝土局部承压的破坏形态主要与Al/Ab(Al为局部承压面积, Ab为试件截面面积) 以及Al在表面上的位置有关. 破坏形态有三种: 先开裂后破坏, 一开裂即破坏和局部混凝土下陷. 

混凝土局部承压工作机理的两种理论解释：(1) 套箍理论: 把局部承压区的混凝土看作是承受侧压力作用的混凝土芯块; (2) 剪切理论: 在局部荷载作用下，局部承压区混凝土的受力类似一个带多根拉杆的拱。

4 混凝土局部承压强度提高系数 

混凝土局部承压提高系数 β:

局部承压区内配置间接钢筋可采用方格钢筋网或螺旋式钢筋两种形式. 间接钢筋宜选HPB300级钢筋，其直径一般为(8~10)mm。间接钢筋应尽可能接近承压表面布置，其距离不宜大于35mm。间接钢筋体积配筋率 ρv 是指核心面积范围Acor内单位体积所含间接钢筋的体积 。当间接钢筋为方格钢筋网时, 钢筋网在两个方向上单位长度内钢筋截面面积的比值不宜大于1.5倍，且局部承压区间接钢筋不应少于4层钢筋网。当间接钢筋为螺旋形钢筋时, 螺旋形钢筋不应少于4圈.

采用系数βcor反映配置间接钢筋后混凝土局部承压强度提高的程度, 

式中的Acor为间接钢筋网或螺旋钢筋范围内混凝土核心面积，应满足Ab＞Acor＞Al且Acor的面积重心应与Al的面积重心重合。如果Acor＞Ab，则取Acor=Ab。

5 局部承压区计算 

(1) 局部承压区的承载力计算

(2) 局部承压区截面尺寸验算

当局部承压区段配筋过多时，局部承压垫板底面的混凝土产生过大下沉变形。为防止出现这种情况，《公路桥规》规定局部承压区的截面尺寸应满足：

式中fcd为混凝土轴心抗压强度设计值。

6 复习题

• 填空题

(1) 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。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。

(2) 混凝土局部承压的破坏形态主要有三种：(先开裂后破坏)、(一开裂即破坏)、(局部混凝土下陷)。

(3) 混凝土局部承压的工作机理主要有两种：(套箍理论)和(剪切理论)。

(4) 为了提高混凝土局部承压强度，可以在混凝土局部承压区内配置(间接钢筋)，局部承压区内配置间接钢筋可采用(方格钢筋网)或(螺旋式钢筋)两种。

(5)《公路桥规》规定，混凝土局部承压必须进行(局部承压区承载力计算)和(局部承压区抗裂性计算)。

• 简答题

(1) 简述混凝土构件局部承压的特点？

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截面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，这种横向拉应力可使混凝土产生裂缝。

(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？

间接钢筋的作用是提高局部承压区的抗裂性和极限承载能力。间接钢筋常用的配筋形式有两种：方格钢筋网和螺旋式钢筋。

(3) 对局部承压的计算包括哪些计算内容？

包括两个内容：局部承压区的承载力计算；局部承压区的抗裂性计算。钢筋混凝土双截面梁在正截面受弯构建承载力计算公式适用条件: 为防止出现超筋梁情况，计算受压区高度X应满足x≤ζbh0; 为了保证受压钢筋As‘达到抗压强度设计值fsd’计算受压区高度x应满足: x≥2as'.