5.4，受压构件加固5 4。1 混凝土在竖向荷载作用下，当侧向变形受到限制时,称其为约束混凝土.当约束材料为复材时，称其为复材约束混凝土、混凝土经复材约束后、其强度和延性均可得到提高，在圆形截面中,由于混凝土受到均匀约束作用，复材的约束效果最好,在矩形截面中、由于约束应力在截面上的分布不均匀。且在截面角部将产生应力集中现象.因而复材的约束作用较弱,因此，在用复材进行加固之前、必须对矩形截面进行倒角处理以提高复材的约束作用,进行倒角处理时，倒角半径受混凝土保护层厚度的控制,但应满足本条有关规定。对截面长度超过600mm的大尺寸柱,尚应将截面的四边改为浅圆弧形，得到的截面称为圆弧化处理截面 条件允许时也可在粘贴纤维布前将矩形。正方形。截面改变为椭圆形，圆形。截面，称为改形处理截面 以明显提高加固的效果，改形处理截面施工时 可先对现有混凝土柱进行倒角处理 按要求的截面形状制作模板.模板定位后.在柱与模板之间填充强度不低于原混凝土强度的混凝土或砂浆.待混凝土达到一定强度后拆模进行纤维布缠绕加固 进行圆弧化处理时 理论上矢高越大,截面形状越接近圆形时复材的约束效果越好。但考虑到用过厚的水泥砂浆层将导致施工不便。且截面尺寸增加过大.因此在实际施工时.圆弧的矢高不宜过大 但应满足本条有关规定.试验结果显示、当圆弧的矢跨比不小于1，20时.圆弧化处理能够有效地提高截面的轴向承载力.5 4.2，复材约束混凝土随纤维力学性质及纤维包裹量的变化 其应力、应变关系和破坏特征有较大差别,本标准用约束刚度参数βj为指标以反映纤维用量 纤维和混凝土的力学指标及截面尺寸的影响 实验结果表明。当βj，βjb时。应力。应变曲线存在下降段.包裹纤维的断裂通常发生在峰值应力之后 βj,βjb时 则应力。应变曲线无下降段并呈近似双线性关系 包裹纤维断裂时达到复材约束混凝土的强度极限.前者称为弱约束,后者称为强约束，约束刚度界限值βjb是根据所搜集到的大量试验结果确定的，采用复材约束加固钢筋混凝土受压构件可以达到两个主要目的、提高构件的极限承载力 提高构件的延性。改善其抗震性能 当混凝土处于弱约束状态时、虽然混凝土的延性可以有较大程度的提高，但是混凝土抗压强度的提高很小，可忽略不计，在此种情况下，虽然通过混凝土延性的增加也可获得一定的构件极限承载力的提高、但通过这种方式获得的构件极限承载力的提高极为有限、因此弱约束主要应用于提高构件延性.改善构件抗震性能.当以提高构件的极限承载力为主要目的时，要求混凝土处于强约束状态,即通过提高混凝土抗压强度的方式来提高构件的极限承载力 当构件过于细长时。由于二阶效应的存在.使得通过复材约束来获得构件极限承载力提高这一加固方法的有效性及经济性降低、因此复材约束加固不应用于过于细长的钢筋混凝土受压构件.本条对构件的长细比进行了限制、在正常使用状态下.钢筋混凝土柱承受外荷载的能力、不应依赖复材的约束效应 因此、在正常使用状态下、应保证混凝土的压应变较小，本标准取其限值为0,002。此时 复材的环向应变很小 对混凝土起到的约束作用可忽略不计.此外,纵向钢筋不应屈服，在上述规定下进行截面分析表明 当混凝土的强度提高在本标准公式，5、4 2，2，规定范围内时.若构件已符合承载力极限状态下的各项规定、那么无须再对其进行正常使用极限状态下的验算,5.4.4 复材强约束混凝土的应力。应变曲线呈近似双线性关系、第一段应力 应变曲线形状与无约束混凝土相似，第二段应力、应变曲线可近似看作直线,本标准采用二次抛物线加直线分段式模型，该模型是建立在以下假设之上的、应力、应变曲线由两部分组成。第一部分为二次抛物线,第二部分为直线，复材约束混凝土的初始弹性模量,原点切线弹性模量,与无约束混凝土的弹性模量相等 抛物线方程应反映复材约束对该段应力，应变曲线的影响,两段应力，应变曲线光滑连接 即在两段曲线连接处。其一阶导数连续.第二部分的直线与纵坐标。纵向应力.的交点为无约束混凝土的强度.基于以上假设,得到公式。5,4。4,1 公式.5。4，4 3，当约束力为零时、不包复材时。该模型可以退化到原国家标准 混凝土结构设计规范。GBJ 10。89所采用的无约束混凝土模型。当混凝土强度等级不大于C50时.该模型也可以退化到现行国家标准、混凝土结构设计规范。GB，50010所采用的无约束混凝土模型、本条规定了fcc，fc，1。75、即通过复材约束获得的混凝土抗压强度的提高不应超过75.这是因为当混凝土抗压强度提高过大时.构件破坏可能非常突然。由于混凝土的极限压应变提高很大，导致二阶效应更为显著,构件横向变形过大。5。4。5，5 4,6.本条规定了复材约束混凝土的轴心抗压强度设计值和极限压应变设计值的计算 圆形截面.矩形截面和椭圆形 改形处理矩形,截面的计算公式主要依据相关科研单位的研究成果。圆弧化矩形截面的计算公式主要依据香港理工大学及哈尔滨工业大学的研究成果.上述公式考虑了约束材料的刚度及变形能力对混凝土强度及延性提高的影响。现有的圆形截面强约束混凝土试件的大量试验结果表明,由于受到混凝土变形的不均匀性,复材纵向应变。截面等因素的影响,试件破坏时的纤维拉断应变平均值明显小于由标准拉伸试验获得的拉断应变,且纤维拉断应变平均值的离散性较大。因此本标准建议采用试验的方法来确定纤维拉断应变特征值.标准试验方法见本标准附录F、5。4、8.在计入附加偏心距后、可将轴心受压构件视为偏心受压构件的特例 其正截面受压承载力计算与偏心受压构件正截面受压承载力计算相统一 5。4 9.现行国家标准,混凝土结构设计规范，GB，50010中.对于混凝土强度C50以下圆形截面偏压构件 取受压区高度为按平截面假定所确定的中和轴高度的0、8倍 受压区内混凝土应力值取为混凝土强度 即α1,1、β1、0,8，根据相关研究结果，上述取值并不适用于复材约束加固钢筋混凝土偏压柱，因为α1、β1的值应随着混凝土所受约束程度的变化而变化。在保证计算精度的前提下,为简化计算.对强约束混凝土可取，β1.0。9,5，4，11,复材约束加固圆形截面偏心受压构件正截面承载力计算，计算公式体现了复材的约束作用、但其原理与现行国家标准,混凝土结构设计规范。GB、50010中相应公式相同.值得说明的是.设计公式同样适用于柱两端偏心距不同的情况。考虑复材约束作用后 对αc及αt的取值做出了相应调整、该计算公式及公式。5.4,12，均基于中和轴在截面内的假定。按正文规定,构件的最小偏心距不小于本标准第5 4.8条规定的附加偏心距 因此、在通常情况下、该假定是正确的，但是,当计算表明中和轴在截面外时 本标准公式.5 4、11.和公式 5 4，12,不再适用。此时应采用精确的截面分析方法进行设计 5，4,12 5 4 13,复材约束加固矩形截面，包括圆弧化处理矩形截面及改形处理矩形截面的等效矩形截面,偏心受压构件正截面承载力计算，计算公式体现了复材的约束作用、但其原理与现行国家标准.混凝土结构设计规范.GB 50010中相应公式相同。设计公式同样适用于柱两端偏心距不同的情况,由于对复材约束加固矩形截面.圆弧化处理矩形截面及改形处理矩形截面双向偏心受压构件的研究尚不充分。本标准未给出双向偏心受压构件的计算公式.本标准第5，4、12条。第5 4、14条仅适用于单向偏心受压构件,5.4 14 复材约束加固钢筋混凝土受压构件的偏心距增大系数的计算,当满足公式，5 4，14。4，时。由二阶效应引起的柱承载力降低在5 以内。因此认为在该范围内。二阶效应可忽略不计 无须计算偏心距增大系数.相应的受压构件称为短柱、否则称为长柱。长柱设计时需考虑二阶效应的影响、偏心距增大系数可按公式 5，4，14 1 公式，5，4，14.3、计算.短柱，长柱的判别长细比称为短柱的长细比限值.该值由公式，5，4、14。4,规定。无约束钢筋混凝土柱的短柱长细比限值主要与柱端部偏心距比值e1，e2以及偏心率e2、h有关，相关科研单位近期的研究结果表明。复材约束放大了二阶效应的作用，因此对于复材约束加固钢筋混凝土柱。其短柱长细比限值尚需考虑复材约束作用的影响.公式。5、4。14，4,考虑了上述因素、该式的分子部分为无约束钢筋混凝土柱的长细比限值，分母部分则考虑了复材约束对长细比限值的影响.需要说明的是,现行国家标准。混凝土结构设计规范、GB、50010中关于长细比限值的规定仅考虑了柱两端偏心距相等的情况 且忽略了偏心率的影响，是较为保守的.在无复材约束且柱两端偏心距相等时 由公式，5.4.14 4、得出的短柱长细比限值与现行国家标准，混凝土结构设计规范 GB.50010中关于偏心受压构件的短柱长细比限值规定一致.