鋼筋混凝土塑性鉸.

1、一、鋼筋混凝土塑性鉸介紹2受彎構件中的受拉鉸4塑性鉸應用與研究1塑性鉸概述3壓彎構件中的受拉鉸鋼筋混凝土鋼筋混凝土受彎受彎、偏壓偏壓等構件的全受力過程中鋼筋屈服等構件的全受力過程中鋼筋屈服后，在荷載無明顯增加的情況下，截面的變形可以急劇后，在荷載無明顯增加的情況下，截面的變形可以急劇增大，稱出現了增大，稱出現了“塑性鉸塑性鉸”。概念提出 一 塑性鉸概述 鋼筋混凝土塑性鉸分為受拉鉸和受壓鉸塑性鉸分類 一 塑性鉸概述受壓鉸（混凝土鉸）-受壓砼發(fā)生塑性變形受拉鉸（鋼筋鉸）-受拉筋產生塑性變形二者耗能機理不同可以通過彎矩塑性鉸轉角曲線看出。 受拉鉸和受壓鉸的適用及注意塑性鉸分類受壓鉸受壓鉸受拉鉸受拉鉸

2、適用超筋梁受彎、小偏心受壓受彎、大偏心受壓注意增加箍筋抗震中盡可能出現受拉鉸 一 塑性鉸概述受拉鉸形成與發(fā)展二 受彎構件的受拉鉸試驗結果1受拉鉸形成與發(fā)展試驗結果1表明：1)一個小區(qū)段內鋼筋達到流限，才能形成塑性鉸并反應到M-圖中，即受壓砼和受拉筋的塑性變形分布在一個區(qū)域內；2)受壓塑性區(qū)長度較短，受拉塑性區(qū)較長；3)光圓筋裂縫較少而集中，螺紋筋裂縫多而均勻；4)整個塑性區(qū)長度螺紋鋼筋比光圓鋼筋配筋的構件長。二 受彎構件的受拉鉸受拉鉸形成與發(fā)展實際上實際上鋼筋鋼筋會在一定長度上屈服，會在一定長度上屈服，受壓區(qū)砼受壓區(qū)砼的塑性的塑性變形也在一定區(qū)域內發(fā)展，而且混凝土和鋼筋間的變形也在一定區(qū)域內發(fā)

3、展，而且混凝土和鋼筋間的粘結粘結作用也可能發(fā)生局部破壞。這些作用也可能發(fā)生局部破壞。這些非彈性變形非彈性變形的的集中發(fā)展，使結構的撓度和轉角迅速增大。集中發(fā)展，使結構的撓度和轉角迅速增大。二 受彎構件的受拉鉸受拉鉸形成與發(fā)展非彈性變形集中產生的區(qū)域理想化為集中于一個截非彈性變形集中產生的區(qū)域理想化為集中于一個截面上的塑性鉸，該區(qū)段的長度稱為面上的塑性鉸，該區(qū)段的長度稱為塑性鉸長度塑性鉸長度lp。塑。塑性鉸形成于截面應力狀態(tài)的第性鉸形成于截面應力狀態(tài)的第a階段，轉動終止于階段，轉動終止于第第IIIa階段，所產生的轉角稱為階段，所產生的轉角稱為塑性鉸的轉角塑性鉸的轉角p。二 受彎構件的受拉鉸受拉鉸

4、形成與發(fā)展二 受彎構件的受拉鉸試驗結果2受拉鉸形成與發(fā)展試驗結果2表明：鋼筋屈服以前，梁任一截面曲率撓度都是“彈性”，塑性鉸形成之后，梁所增加變形幾乎全部來自塑性鉸轉動，變形是塑性的。二 受彎構件的受拉鉸受彎構件受拉塑性鉸區(qū)長度塑性鉸的兩個主要參數：曲率、塑性鉸區(qū)長度lp二 受彎構件的受拉鉸3/220 1 21( ) 3xddsdvvdsvvdxx截面曲率：對于初等梁有： （ ）（則有 處截面轉角： ）（ ）受彎構件受拉塑性鉸區(qū)長度二 受彎構件的受拉鉸0.00 .plpypypuypupdxlll塑性鉸轉角： 式中，為塑性鉸區(qū)實際長度為塑性鉸區(qū)范圍內（） （） 任一截面曲率為拉筋屈服時截面屈服

5、曲率簡化：式中：為 該截面的極限曲率為塑性鉸 計算長度問題：怎樣求塑性鉸區(qū)計算長度？受彎構件受拉塑性鉸區(qū)長度二 受彎構件的受拉鉸簡化模型1塑性鉸計算長度受彎構件受拉塑性鉸區(qū)長度二 受彎構件的受拉鉸簡化模型2塑性鉸區(qū)計算長度2 1-ypuMl =ZM（）受彎構件受拉塑性鉸區(qū)長度二 受彎構件的受拉鉸塑 性 鉸 區(qū) 計 算 長 度作 者lp備 注A.L.Barker胡德炘（xin）a-構件彎曲段長度阪靜雄fy、fc鋼筋的屈服強度和混凝土的軸心受壓強度截面配筋率2300h + a h02(1-0.5)yscfhfs0h塑性鉸區(qū)計算長度二 受彎構件的受拉鉸試驗結果塑性鉸區(qū)計算長度試驗結果分析：1)彎剪裂

6、縫的影響（圖a）2)跨中最大曲率擴展到lp0(圖b)3)從lp0到lp的區(qū)間是從最大曲率過渡到屈服曲率的區(qū)段(圖b)二 受彎構件的受拉鉸受彎構件受拉塑性鉸區(qū)長度二 受彎構件的受拉鉸lp0試驗分析lp0值值試件V-1（光圓） V-2（螺紋）VI-1（光圓）VI-1（螺紋）0.2280.1860.3660.3560.7h01.03h00.6h00.96h0表中fb為混凝土彎曲時的抗壓強度ysbffp0l壓彎構件受拉鉸形成和發(fā)展三 壓彎構件中的受拉鉸問題的復雜性1）軸向力的存在2）斜向受力荷載角問題3）偏壓構件接近等彎區(qū)解決：開槽鋼筋貼應變片壓彎構件受拉鉸形成和發(fā)展三 壓彎構件中的受拉鉸主軸向受力壓

7、彎構件試驗結果壓彎構件受拉鉸形成和發(fā)展三 壓彎構件中的受拉鉸試驗結果表明：1）軸向力使受壓塑性區(qū)增大，受拉塑性區(qū)減少；2）壓彎構件中，當某一截面的鋼筋達到屈服后，屈服區(qū)砼應變集中，隨著鋼筋屈服區(qū)增大，屈服滲透發(fā)展而形成塑性鉸；3）鋼筋屈服只在一個較短區(qū)域內集中。試件編號試件編號截面尺寸截面尺寸bh(cm)軸壓比軸壓比N/N0荷載角荷載角破壞荷載破壞荷載（kN）受拉塑性受拉塑性鉸區(qū)鉸區(qū)長度長度lp(cm)按式（按式（2.3）或）或（2.4）計算）計算lp(cm)lp0PA-16-L116.615.90.0504521.622.21.02h0PA-16-L216.016.30.205619.420

8、.11.36h0斜向受力壓彎構件三 壓彎構件中的受拉鉸試件編號試件編號截面尺寸截面尺寸bh(cm)軸壓比軸壓比N/N0荷載角荷載角破壞荷載破壞荷載（kN）受拉塑性受拉塑性鉸區(qū)鉸區(qū)長度長度lp(cm)按式（按式（2.3）或）或（2.4）計算）計算lp(cm)lp0PAS-18-L118.418.50.05457435.833.70.93h0PAS-18-L218.218.00.184583.430.730.60.82h0PAS-18-L318.318.20.05307333.331.91.17h0PAS-18-L418.318.70.183081.530.731.30.54h0結論：1）隨著軸壓

9、比增加lp減小2）隨著荷載角增加（045）， lp增加壓彎構件受拉鉸形成和發(fā)展三 壓彎構件中的受拉鉸斜向受力壓彎構件試驗結果結論：1）隨著軸壓比增加lp減小2）隨著荷載角增加（045）， lp增加壓彎構件受拉鉸形成和發(fā)展三 壓彎構件中的受拉鉸偏壓構件試驗結果壓彎構件受拉鉸形成和發(fā)展三 壓彎構件中的受拉鉸偏壓構件試驗說明：1)接近于受彎構件等彎區(qū)2)鋼筋應變在屈服前沿構件普遍增長3)某一截面鋼筋先達到屈服后，以后的應變同受彎構件一樣仍然高度集中。受拉鉸仍只在一個短區(qū)域內形成和發(fā)展。壓彎構件受拉鉸形成和發(fā)展三 壓彎構件中的受拉鉸小結：不論壓彎或偏壓構件，不論主軸或斜向受力，受拉塑性鉸的形成和發(fā)展與

10、受彎構件十分相似。因此一般多研究受彎構件的受拉鉸。壓彎構件受拉塑性鉸區(qū)長度三 壓彎構件中的受拉鉸0y2 10.5() /2 NpsysycpsNlfu ffhbhlhkufhk 受 彎 構 件 ： 斜 向 受 力 壓 彎 構 件 ：式 中 ：受 壓 鋼 筋 的 配 筋 率 及 屈 服 強 度-軸 向 力 （ 1-）、 、 、如 圖 四 塑性鉸法的應用與研究塑性鉸的應用有限元抗震 四 塑性鉸法的應用與研究1）在t步長內，計算結構每一構件兩端的彎矩增量Mi、Mj，2）判別每一構件兩端彎矩與極限彎矩的關系；3）調整每一構件單元剛度矩陣，形成新的總剛度矩陣；4a）當桿兩端均未形成塑性鉸時，仍用彈性單元

11、剛陣；4b）當單元的i端出現塑性鉸時，用i端為鉸、j端為固結 的單元剛度矩陣，反之亦然；4c）當單元的i和j端彎矩都出現塑性鉸時，對后期荷載 用i和j都為鉸的單元剛度矩陣。 有限元中塑性鉸法基本思路 四 塑性鉸法的應用與研究有限元中塑性鉸法的優(yōu)缺點塑性鉸法可以方便地模擬結構在不斷增加的荷載作用下相繼出現塑性鉸，以至成為機構而破壞的過程，適用于極限荷載計算。優(yōu)點 四 塑性鉸法的應用與研究有限元中塑性鉸法的優(yōu)缺點1）在加載過程中塑性鉸中的彎矩發(fā)生卸載，則塑性鉸可能消失。2）桿結構單元分析中形成塑性鉸后，需要在形成塑性鉸處增加節(jié)點，形成主從節(jié)點。3）分析結構極限荷載之前，需要知道各不同桿件在不同軸力

12、作用下的屈服彎矩，即彎矩-軸力相互作用關系。缺點 四 塑性鉸法的應用與研究有限元中塑性鉸法流程圖 四 塑性鉸法的應用與研究橋梁抗震中塑性鉸的應用采用能力設計方法進行延性抗震設計，目前已經被各國的規(guī)范所接受。能力設計方法：在結構體系中的延性構件和能力保護構件之間建立強度安全等級的差異，以確保結構不會發(fā)生脆性破壞模式。能力設計方法中塑性鉸出現的位置預先選擇，出現在預定的構件部位。 四 塑性鉸法的應用與研究橋梁抗震中塑性鉸的應用延性抗震體系，主要通過選擇合適的彈塑性變形、耗能部位、延長結構周期、耗散地震能量，從而減小地震反應。鋼筋混凝土墩柱橋梁，抗震設計時，墩柱宜作為延性構件設計。橋梁基礎、蓋梁、梁

13、體和結點宜作為能力保護構件。墩柱的抗剪強度宜按能力保護原則設計。 四 塑性鉸法的應用與研究橋梁抗震中塑性鉸的應用沿順橋向，連續(xù)梁、簡支梁橋墩柱的底部區(qū)域，連續(xù)剛構橋墩柱的端部區(qū)域為塑性鉸區(qū)域；沿橫橋向，單柱墩的底部區(qū)域、雙柱墩或多柱墩的端部區(qū)域為塑性鉸區(qū)域。 四 塑性鉸法的應用與研究橋梁抗震中塑性鉸的應用 四 塑性鉸法的應用與研究橋梁抗震中塑性鉸的應用如前所述，一個重要的問題仍然是求解等效塑性鉸的長度,雖然可以采用積分計算，但由于實際的曲率分布函數難以確定，理論計算結果與試驗測量結果往往不吻合。應用中，多以試驗得到的經驗公式來估計。 四 塑性鉸法的應用與研究橋梁抗震中塑性鉸的應用公式來源注釋lp=0.5h+0.05l新西蘭規(guī)范l、p分別為墩高和截面高度lp=0.08l+0.022dsfy或lp=（0.40.6）hEurocode8ds、fy分別為縱筋直徑和屈服應力lp=0.08l+9dbl