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观察到的约束混凝土应力-应变关系 By J. B. Mander, M. J. N. Priestley, and R. Park, Fellow, ASCE _______________________________________________________________________ 内容摘要：几乎全部的圆形的、方形的钢筋混凝土柱，或者矩形墙的横截面以及包含着各种样式的钢筋排列的，对其中心压载时，轴向压缩应变率高达0.0167/s .圆截面柱子包含纵筋和螺旋筋，方柱包含纵筋和方形或八角形的箍筋，矩形墙截面包含纵筋、矩形箍筋，无论其是否有补充交叉。通过和以前的配置有横向钢筋的应力-应变模型的预测相比较，可以测量出约束混凝土纵向应力-应变行为的循环荷载和应变率。当横向钢筋第一次断裂时所测量的纵向混凝土压应变与之前测量的同等横向钢筋具有的应变能一样，是由于储存在约束混凝土里的应变能。 ________________________________________________________________________ 介绍 在一份由曼德（1988）写的报告里，有一个理论上的应力-应变模型，无论是圆形或矩形截面，还是在静态或动态轴向压缩荷载下，单向或者循环应用，该模型以可以成熟的运用到约束混凝土上。混凝土截面可以包含任何一般类型的约束，无论是螺旋箍筋还是圆形箍筋，或者有无补充交叉的矩形箍筋。对于一个特定的横向钢筋配置，可以在x和y方向计算出横向钢筋的有效的约束应力f\x和fly,在考虑到横向钢筋和纵向钢筋间出现拱效应的情况下，约束有效性系数K规定了有效约束混凝土的核心区域。依据三个控制参数，约束混凝土的应力-应变曲线的形式为：约束混凝土抗压强度fcc,,使用一个可做表面极限强度的本构模型测的的轴向应力和约束应力；应变抗压强度Eec;混凝土的弹性模量Ec。最终的混凝土抗压应变E,，其含义是当横向钢筋首先发生断裂时，横向钢筋的有效应变能遭到破坏，约束混凝土和纵向钢筋所能发挥的作用。 测试了短柱，圆形截面，方形截面，矩形墙截面的钢筋混凝土，这些扩展范围的实验结果可以用来检查应力-应变理论模型。准静态或者高应变率的荷载加载在截面中心。所测的的应力-应变结果与应力-应变模型测的的想比较。本文叙述这些实验结果及相应的对比。 圆形柱中心螺旋加载的测试 一般情况 曼德（1984）用直径500 mm (19.7英寸)、高1,500 mm (59.1英寸)的圆柱试块进行了测试。该圆柱试块在DARTEC 10 MN(2250千磅) 的控制试验机里进行的中心加载。由于高的油泵运行能力,轴向应变率可高达0.015 / s。高应变率意味着可以在0.2秒的短时间内达到高峰负荷。由于伺服液压控制性质的机器控制,全部的应力-应变关系可以被监控。 柱的细节 柱的细节在图1和表1中给出了。在表中,这些符号D和R分别代表螺纹钢和圆钢，下面的数字是钢筋的直径，单位是毫米(1毫米= 0.039英寸)。. 因此R12 -52意味着12毫米直径52毫米螺距的圆杆;12-D16意味着直径为12 -16毫米的预应力钢筋。在图1中可以看出柱的构造和测试分三个系列。这三组柱的试点在两组约束混凝土柱之后，每组六根。每组有一组无钢筋的混凝土柱（圆柱1和圆柱2）做参照，使被评估的无约束混凝土的应力-应变曲线不受钢筋尺寸的限制，以避免单位规模效应。表中的每一列有相同的纵向钢筋，但横向钢筋的数量和大小不同，导致体积比的侧向约束率，PS , 在0.006和0.025之间。第2列有相同的横向钢筋但纵向钢筋的数量和大小不同。在图1显示的最后250毫米(9.9英寸)的每个测试单元有一个降低螺旋间距,以确保故障发生在检测区域的中央。除了a组的柱，其他的柱都进行了快速应变速率为0.013 / s的测试。这种应变率是为了模拟地震荷载应变率的影响。 所用仪器 监测负载应用的DARTEC机可以显示视觉数字和模拟输出。线向应变被记录在标准长度为450mm(17.7英寸)的混凝土柱中央，每根柱的周边用四个间隔90度的线性电位计测量，钢拉条整体的浇筑且通过中心。间隙孔覆盖混凝土。这是假定这些电位器适用于核心混凝土和纵向钢筋，这意味着混凝土和纵向钢筋间无相对滑动。 螺旋钢筋的横向应变是通过检测其中央450mm(17.7英寸)标准长度处具有代表性的九个点测得的，使用的是Kyowa KFC5-C1-11电阻应变器。所有的数据通过x – y模拟图或者图表记录下来。 一般观察值 图2（a-c）和3（a-c）分别代表4-7组柱子的三个不同测试阶段。可以观察到两个钢筋带环绕在实验装置的中部以上。这些实际上是与一个25mm(1英寸)的气隙分开的，当混凝土表面碎裂时，这样可以保护电