双向交叉螺旋箍筋约束混凝土圆柱轴压性能研究.pdf

摘要

螺旋箍筋约束混凝土柱是常见的约束混凝土构件，具有良好的受力性能。随着现

代建筑工程对构件承压能力要求的日益提高，需通过加大配箍量来满足构件对承载力

和延性的要求，仍采用传统箍筋布置形式势必会导致螺旋箍筋间距过小造成截面拥堵，

不方便混凝土浇筑。通过合理地布置螺旋箍筋可以有效避免以上问题，国外有学者提

出了一种新的约束形式，在顺时针、逆时针两个方向同时设置螺旋箍筋，这种箍筋布

置方法可以避免螺距过密问题，在增大用箍量提升试件受力性能的情况下，保证施工

质量。对此类型柱的轴压性能已有少量试验研究，但多为定性分析，目前仍缺少关于

双向交叉螺旋箍筋约束混凝土的本构模型及该类型构件承载力设计的相关理论。本文

通过双向交叉螺旋箍筋约束混凝土试件的轴压试验，主要研究工作如下：

1．进行了双向交叉螺旋箍筋约束混凝土圆柱体的轴压试验，研究了该类型柱的破

坏特点和应力-应变曲线，分析了各影响因素对试件轴向受力性能的影响，并将双向交

叉螺旋箍筋约束试件与传统单螺旋约束试件力学性能进行了对比，结果表明两者配箍

间距相同时（双向交叉螺旋箍筋约束试件体积配箍率是单螺旋约束试件两倍），双向交

叉螺旋箍筋约束试件承载力、延性性能相较于单螺旋约束试件显著提高。因此，采用

双向交叉螺旋箍筋的约束形式可以在提高配箍量且避免间距过密的情况下，提升受压

柱力学性能。在两者体积配箍率相同且较大时（双向交叉螺旋箍筋约束试件的箍筋间

距是单螺旋约束试件的两倍），配置双向交叉螺旋箍筋的试件与配置单向螺旋箍筋的试

件延性相差不大，但前者承载力略高。

2．通过对试验数据的处理和分析，得出了双向交叉螺旋约束试件的峰值应变、峰

值应力计算公式，建立了该类型试件的受压应力-应变全曲线方程，并与现有其它的本

构模型进行对比，结果表明本文所提本构模型与试验曲线拟合最好。

3．对双向交叉螺旋箍筋的约束机理进行了分析，划分了双向交叉螺旋箍筋对圆形

混凝土截面的不同强弱约束区域，推导了不同约束区域内混凝土强度的计算公式，提

出了双向交叉螺旋约束混凝土柱的轴心受压承载力计算方法，结果与试验值吻合良好。

4．通过建立有限元模型进行数值分析，并与试验结果进行对比，确立了有限元建

模合理性后，对本文试验进行了参数补充分析，详细研究了配箍间距及强度、混凝土

强度、箍筋配置形式对试件轴向受力性能的影响。

关键词：双向交叉螺旋箍筋，约束混凝土，轴压性能，承载力，本构模型，数值模拟

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Abstract

Confinedconcretecolumnswithspiralstirrupsarecommonconstrainedconcretemembers

withgoodmechanicalproperties.Withtheincreasingrequirementsofmodernconstruction

projectsonthebearingcapacityofcomponents,itisstillnecessarytoincreasetheamountof

stirrupstomeettherequirementsofthebearingcapacityandductilityofcomponents.The

traditionalarrangementofstirrupswillinevitablyleadtotoosmallspacingofspiralstirrups.

Causescross-sectioncongestion,inconvenientforconcretepouring.Theaboveproblemscan

beeffectivelyavoidedbyarrangingthespiralstirrupsreasonably.Someforeignscholarshave

proposedanewformofrestraint.Thespiralstirrupsarearrangedinbothclockwisea