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[摘要]通过箍筋约束作用，有效地限制混凝土柱的横向变形，改善了混凝土自身的受压特性，大大增加了混凝土柱的抗压强度。本文概述了箍筋约束混凝土柱的研究历史，并从混凝土柱体积配箍率、箍筋屈服强度、箍筋间距、箍筋约束形式这四个影响混凝土柱约束效果的因素，分析介绍了混凝土柱中箍筋约束作用对轴压强度的影响。
[关键词]混凝土柱；箍筋约束；轴压强度
1引言
随着国家工程建设的迅速发展，混凝土结构已成为现代工程建设中应用较为广泛的建筑结构之一。但混凝土结构也存在着不可忽视的缺点：自重大，抗压强度较低、受地震影响大等。为减少混凝土结构缺点对工程建设的影响，那就需要利用外部约束，即约束混凝土，来改善混凝土自身的受压特性，以增大它的轴压强度，这样也使混凝土结构具有了良好的抗震性能。外部约束下，混凝土结构受到的侧向压力加大，约束限制混凝土结构横向变形的能力也加大，就保证了混凝土结构的轴压强度符合安全要求。
对约束混凝土的研究是一个非常经典的结构课题，也是当今结构工程界的基本研究领域之一。通过国内外的大量的研究实验，目前已建立起了相对全面的约束混凝土理论及经验模型。在约束混凝土结构中，箍筋约束混凝土结构具备特有的优势、广泛的应用和久远的发展历史。
2箍筋约束混凝土的研究历史
箍筋约束混凝土已有100多年的研究历史。Considere在1903年发现使用螺旋箍筋能够有效约束混凝土，他由此展开了相应的箍筋约束混凝土的研究；Richart在1929年通过对螺旋箍筋约束圆柱体试件的试验，研究结果得出了箍筋约束对峰值强度的影响公式；之后Sargin、Kent-Park等人依据试验结果研究也纷纷提出了箍筋约束效应的经验模型；Mander、Sheikh等人在20世纪80年代提出有效约束面积并得出了有效约束系数，解释了不同配箍的形式和截面形式对箍筋约束效应的影响；Cusson、Saatcioglu和Yong等人在80年代中期研究箍筋约束高强混凝土；我国的史庆轩、关萍等人也在90年代后期，进行高强混凝土的箍筋约束试验和理论研究；现在，随着高强钢筋、高强混凝土及各种新型复合材料的产生与应用，箍筋约束混凝土也有了较大的发展，如箍筋约束高强混凝土、较为复杂的多种螺旋箍筋组合约束混凝土及区域约束混凝土等。
大量的研究与现实工程表明：箍筋约束作用可以明显提高混凝土的轴压强度。
3混凝土柱约束效果的影响因素及分析
混凝土柱的破坏往往导致钢筋混凝土结构发生破坏甚至倒塌。在往复水平剪力及高的轴压强度的作用下，普通的箍筋对混凝土柱不能形成有效的约束，在抗剪力不足的情况下，导致混凝土柱出现破碎及塌落的恶劣现象。而箍筋约束良好的混凝土柱则表现出良好的抗压强度，不会发生破碎及塌落。所以，利用箍筋提高对混凝土柱的约束效果，增强结构的轴压强度，确保钢筋混凝土结构的稳定。
大量文献表明，影响箍筋对混凝土柱约束效果的因素主要有体积配箍率、箍筋屈服强度、箍筋间距及箍筋约束形式。体积配箍率越大、箍筋屈服强度越大、箍筋间距越小，对混凝土的约束效果越明显，混凝土柱的抗压性能越好。而箍筋约束形式，则通过影响受箍筋约束的有效约束混凝土面积的大小，进而影响约束效果。混凝土受压后裂缝聚集并局部化，削弱了混凝土的強度导致承载能力降低。
在混凝土柱的高度较小的情况下，裂缝损伤会贯穿整个试件。另外，因为较小的试件破坏形态较为均匀，就认为其应力-应变曲线是混凝土柱的材料特性。因此，一个给定抗压强度的混凝土试件就有一个对应的应力-应变曲线。那么可以在受压荷载试验的箍筋约束混凝土应力-应变模型的基础上，从这四个因素来探讨箍筋约束高强混凝土柱的抗压性能以及对混凝土约束效果的影响。
3.1体积配箍率的影响
增加体积配箍率，将会直接导致约束混凝土轴向抗压强度的提高，体现了柱端加密区箍筋对砼的约束作用。不管是对于普通混凝土，还是高强混凝土，增加体积配箍率会使混凝土柱的强度和延性有一定程度的提高，但是后者的程度相对较小。一部分学者认为在高强混凝土中，微裂缝间的体积增长较小，因此侧向膨胀也很小，箍筋的约束效果也会降低。
通过提高高强混凝土柱的体积配箍率，能够有效约束核心混凝土，增大混凝土柱的强度，也会明显提高纵筋的侧向约束效应，防止柱体发生屈曲。Paultre、Cusson和Razvi等人在矩形截面柱的试验结果中阐述了体积配箍率对提高高强混凝土柱的抗压强度能力有着重要作用。图1为承受轴向压力的高强混凝土柱在箍筋用量即体积配箍率从小到大的荷载-位移变形示。
3.2箍筋屈服强度的影响
在体积配箍率及混凝土强度均相同而箍筋屈服强度不同的情况下，通过对比混凝土柱试件的强度，具有高的屈服强度的箍筋约束高强混凝土柱试件的抗压强度有明显的提高，而且如果混凝土本身强度越低，对抗压强度提高越明显。箍筋对核心混凝土施加着有效约束应力，促使核心混凝土的抗压强度提高；另一方面，箍筋屈服强度也确定了有效约束应力的上限值。混凝土柱的抗压强度会随着箍筋屈服强度的增加而增大，但当箍筋屈服强度达到一定程度，这种现象就不太明显了。
另外，体积配箍率对约束混凝土柱抗压强度提高程度的影响要明显大于箍筋屈服强度。所以应注意在箍筋的体积配箍率很小的情况下，提高箍筋的屈服强度对柱子强度的影响很小；只有混凝土柱配置足够量的箍筋时，提高箍筋的屈服强度才会使混凝土柱的抗压强度得到很大提高。
3.3箍筋间距的影响
在混凝土强度及箍筋屈服强度均相同而箍筋间距不同时，通过对比混凝土柱试件的强度，由图2的箍筋间距对应力-应变曲线可知，箍筋间距为 20mm的试件具有良好的抗压强度性能，并且随着箍筋间距的增大，约束混凝土的强度性能提高程度会降低。
所以，减小箍筋间距，可以提高混凝土柱的抗压强度。在箍筋间距大于或等于柱子的横向尺寸的情况下，对混凝土柱的约束效果不明显，应注意箍筋间距要小于柱子的横向尺寸；同时，箍筋间距过大也不能对核心混凝土提供有效约束。为提高混凝土柱的抗压强度，要选好合适的箍筋间距。
3.4箍筋约束形式的影响
箍筋的排列形式对于提高混凝土柱的轴压强度有着重要的作用。合理的箍筋约束形式对核心混凝土会有着更有效的约束，柱体上的约束应力会分布更加均匀，约束效果大大提高。对于方形柱的箍筋约束形式来说，主要有以下几种形式，如图3。通过实验发现，当使用a型的普通方形双肢箍筋约束形式时，在混凝土柱遭到破坏时，箍筋仍未发生屈服，不能有效发挥约束作用。而且与b和c这类的复合箍筋约束形式相比，a类约束的混凝土柱的效果比较差，这是因为复合箍筋的分布会使得混凝土柱中受约束的区域变多，相应的柱体表面积变小，混凝土之间的压应力也会减少，相应的混凝土柱的抗压强度变大。另外，螺旋箍筋在约束混凝土柱时更加有效。
4结束语
箍筋约束能改善混凝土柱的性能，提高它的轴压强度。本文通过对影响箍筋约束效果因素的分析，得出：体积配箍率较高、屈服强度较高、箍筋间距较小及采用复合箍筋约束形式的混凝土柱试件具有较高的箍筋约束作用，显示出良好的抗压性能，有效地提高了混凝土柱的轴压强度。虽然目前国内外对混凝土柱中箍筋约束作用效果进行了诸多研究，但箍筋约束混凝土柱力学性能的理论基础仍不够完善，设计规范也不健全。因此需要明确混凝土柱约束效果的影响因素，构建经验模型，为提高混凝土柱的屈服强度设计提供理论基础。
参考文献
[1]李晓光.矩形箍筋约束混凝土模型的改进探讨[D].重庆：重庆大学，2011.
[2]司炳君，孙治国，王东升.高强箍筋约束高强混凝土柱抗震性能研究综述[J].土木工程学报，2009，42（4）：1-9.
[3]杨坤.高强箍筋约束高强混凝土力学性能及柱的抗震性能研究[D].西安：西安建筑科技大学，2009：27-28.
[关键词]混凝土柱；箍筋约束；轴压强度
1引言
随着国家工程建设的迅速发展，混凝土结构已成为现代工程建设中应用较为广泛的建筑结构之一。但混凝土结构也存在着不可忽视的缺点：自重大，抗压强度较低、受地震影响大等。为减少混凝土结构缺点对工程建设的影响，那就需要利用外部约束，即约束混凝土，来改善混凝土自身的受压特性，以增大它的轴压强度，这样也使混凝土结构具有了良好的抗震性能。外部约束下，混凝土结构受到的侧向压力加大，约束限制混凝土结构横向变形的能力也加大，就保证了混凝土结构的轴压强度符合安全要求。
对约束混凝土的研究是一个非常经典的结构课题，也是当今结构工程界的基本研究领域之一。通过国内外的大量的研究实验，目前已建立起了相对全面的约束混凝土理论及经验模型。在约束混凝土结构中，箍筋约束混凝土结构具备特有的优势、广泛的应用和久远的发展历史。
2箍筋约束混凝土的研究历史
箍筋约束混凝土已有100多年的研究历史。Considere在1903年发现使用螺旋箍筋能够有效约束混凝土，他由此展开了相应的箍筋约束混凝土的研究；Richart在1929年通过对螺旋箍筋约束圆柱体试件的试验，研究结果得出了箍筋约束对峰值强度的影响公式；之后Sargin、Kent-Park等人依据试验结果研究也纷纷提出了箍筋约束效应的经验模型；Mander、Sheikh等人在20世纪80年代提出有效约束面积并得出了有效约束系数，解释了不同配箍的形式和截面形式对箍筋约束效应的影响；Cusson、Saatcioglu和Yong等人在80年代中期研究箍筋约束高强混凝土；我国的史庆轩、关萍等人也在90年代后期，进行高强混凝土的箍筋约束试验和理论研究；现在，随着高强钢筋、高强混凝土及各种新型复合材料的产生与应用，箍筋约束混凝土也有了较大的发展，如箍筋约束高强混凝土、较为复杂的多种螺旋箍筋组合约束混凝土及区域约束混凝土等。
大量的研究与现实工程表明：箍筋约束作用可以明显提高混凝土的轴压强度。
3混凝土柱约束效果的影响因素及分析
混凝土柱的破坏往往导致钢筋混凝土结构发生破坏甚至倒塌。在往复水平剪力及高的轴压强度的作用下，普通的箍筋对混凝土柱不能形成有效的约束，在抗剪力不足的情况下，导致混凝土柱出现破碎及塌落的恶劣现象。而箍筋约束良好的混凝土柱则表现出良好的抗压强度，不会发生破碎及塌落。所以，利用箍筋提高对混凝土柱的约束效果，增强结构的轴压强度，确保钢筋混凝土结构的稳定。
大量文献表明，影响箍筋对混凝土柱约束效果的因素主要有体积配箍率、箍筋屈服强度、箍筋间距及箍筋约束形式。体积配箍率越大、箍筋屈服强度越大、箍筋间距越小，对混凝土的约束效果越明显，混凝土柱的抗压性能越好。而箍筋约束形式，则通过影响受箍筋约束的有效约束混凝土面积的大小，进而影响约束效果。混凝土受压后裂缝聚集并局部化，削弱了混凝土的強度导致承载能力降低。
在混凝土柱的高度较小的情况下，裂缝损伤会贯穿整个试件。另外，因为较小的试件破坏形态较为均匀，就认为其应力-应变曲线是混凝土柱的材料特性。因此，一个给定抗压强度的混凝土试件就有一个对应的应力-应变曲线。那么可以在受压荷载试验的箍筋约束混凝土应力-应变模型的基础上，从这四个因素来探讨箍筋约束高强混凝土柱的抗压性能以及对混凝土约束效果的影响。
3.1体积配箍率的影响
增加体积配箍率，将会直接导致约束混凝土轴向抗压强度的提高，体现了柱端加密区箍筋对砼的约束作用。不管是对于普通混凝土，还是高强混凝土，增加体积配箍率会使混凝土柱的强度和延性有一定程度的提高，但是后者的程度相对较小。一部分学者认为在高强混凝土中，微裂缝间的体积增长较小，因此侧向膨胀也很小，箍筋的约束效果也会降低。
通过提高高强混凝土柱的体积配箍率，能够有效约束核心混凝土，增大混凝土柱的强度，也会明显提高纵筋的侧向约束效应，防止柱体发生屈曲。Paultre、Cusson和Razvi等人在矩形截面柱的试验结果中阐述了体积配箍率对提高高强混凝土柱的抗压强度能力有着重要作用。图1为承受轴向压力的高强混凝土柱在箍筋用量即体积配箍率从小到大的荷载-位移变形示。
3.2箍筋屈服强度的影响
在体积配箍率及混凝土强度均相同而箍筋屈服强度不同的情况下，通过对比混凝土柱试件的强度，具有高的屈服强度的箍筋约束高强混凝土柱试件的抗压强度有明显的提高，而且如果混凝土本身强度越低，对抗压强度提高越明显。箍筋对核心混凝土施加着有效约束应力，促使核心混凝土的抗压强度提高；另一方面，箍筋屈服强度也确定了有效约束应力的上限值。混凝土柱的抗压强度会随着箍筋屈服强度的增加而增大，但当箍筋屈服强度达到一定程度，这种现象就不太明显了。
另外，体积配箍率对约束混凝土柱抗压强度提高程度的影响要明显大于箍筋屈服强度。所以应注意在箍筋的体积配箍率很小的情况下，提高箍筋的屈服强度对柱子强度的影响很小；只有混凝土柱配置足够量的箍筋时，提高箍筋的屈服强度才会使混凝土柱的抗压强度得到很大提高。
3.3箍筋间距的影响
在混凝土强度及箍筋屈服强度均相同而箍筋间距不同时，通过对比混凝土柱试件的强度，由图2的箍筋间距对应力-应变曲线可知，箍筋间距为 20mm的试件具有良好的抗压强度性能，并且随着箍筋间距的增大，约束混凝土的强度性能提高程度会降低。
所以，减小箍筋间距，可以提高混凝土柱的抗压强度。在箍筋间距大于或等于柱子的横向尺寸的情况下，对混凝土柱的约束效果不明显，应注意箍筋间距要小于柱子的横向尺寸；同时，箍筋间距过大也不能对核心混凝土提供有效约束。为提高混凝土柱的抗压强度，要选好合适的箍筋间距。
3.4箍筋约束形式的影响
箍筋的排列形式对于提高混凝土柱的轴压强度有着重要的作用。合理的箍筋约束形式对核心混凝土会有着更有效的约束，柱体上的约束应力会分布更加均匀，约束效果大大提高。对于方形柱的箍筋约束形式来说，主要有以下几种形式，如图3。通过实验发现，当使用a型的普通方形双肢箍筋约束形式时，在混凝土柱遭到破坏时，箍筋仍未发生屈服，不能有效发挥约束作用。而且与b和c这类的复合箍筋约束形式相比，a类约束的混凝土柱的效果比较差，这是因为复合箍筋的分布会使得混凝土柱中受约束的区域变多，相应的柱体表面积变小，混凝土之间的压应力也会减少，相应的混凝土柱的抗压强度变大。另外，螺旋箍筋在约束混凝土柱时更加有效。
4结束语
箍筋约束能改善混凝土柱的性能，提高它的轴压强度。本文通过对影响箍筋约束效果因素的分析，得出：体积配箍率较高、屈服强度较高、箍筋间距较小及采用复合箍筋约束形式的混凝土柱试件具有较高的箍筋约束作用，显示出良好的抗压性能，有效地提高了混凝土柱的轴压强度。虽然目前国内外对混凝土柱中箍筋约束作用效果进行了诸多研究，但箍筋约束混凝土柱力学性能的理论基础仍不够完善，设计规范也不健全。因此需要明确混凝土柱约束效果的影响因素，构建经验模型，为提高混凝土柱的屈服强度设计提供理论基础。
参考文献
[1]李晓光.矩形箍筋约束混凝土模型的改进探讨[D].重庆：重庆大学，2011.
[2]司炳君，孙治国，王东升.高强箍筋约束高强混凝土柱抗震性能研究综述[J].土木工程学报，2009，42（4）：1-9.
[3]杨坤.高强箍筋约束高强混凝土力学性能及柱的抗震性能研究[D].西安：西安建筑科技大学，2009：27-28.