鋼筋受力性能和正截面強(qiáng)度

2鋼筋受力性能混凝土結(jié)構(gòu)所用鋼筋有兩類：一類有物理屈服點(diǎn)，如熱軋鋼筋一類是無(wú)物理屈服點(diǎn)鋼筋，如高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線及熱處理鋼筋2.1熱軋鋼筋

1、種類分為：

HPB235級(jí)

HPB335級(jí)

HPB400級(jí),目前正研究應(yīng)用500級(jí)鋼筋2鋼筋受力性能2

鋼筋受力性能2、強(qiáng)度

1）標(biāo)準(zhǔn)值取鋼材質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的廢品限值，即：，保證率為97.75%

2）設(shè)計(jì)值

3、延伸率

1）極限延伸率

2鋼筋受力性能2

鋼筋受力性能2）對(duì)應(yīng)的拉應(yīng)變表示—均勻延伸率要求：2.2高強(qiáng)鋼絲和鋼筋

1、種類消除應(yīng)力鋼絲：光面鋼絲螺旋肋鋼絲刻痕鋼絲鋼絞線：

熱處理鋼筋：d=6，8.2，102

鋼筋受力性能2、強(qiáng)度（1）標(biāo)準(zhǔn)值原規(guī)范：，殘余應(yīng)變0.002

（0.7~0.95）目前：（2）設(shè)計(jì)值2

鋼筋受力性能2

鋼筋受力性能2.3、抗壓強(qiáng)度一般認(rèn)為熱軋鋼筋實(shí)測(cè)抗壓屈服強(qiáng)度與抗拉屈服強(qiáng)度相同。（查證）2.4、鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線—單調(diào)加載時(shí)2

鋼筋受力性能2.5、鋼筋的受拉硬化2

鋼筋受力性能2.6、拉、壓反復(fù)作用3正截面強(qiáng)度3.1、概述1、控制截面在M、N共同作用下，典型的梁、柱、墻的控制截面（內(nèi)力最大的截面）如下：梁：簡(jiǎn)支梁跨中截面連續(xù)梁左右支座截面跨中截面（邊跨近似為內(nèi)力最大）柱：下、上端截面墻：墻底截面縱筋有變化的截面3正截面強(qiáng)度2、極限狀態(tài)以矩形截面為例，對(duì)稱配筋時(shí)正截面的承載力極限狀態(tài)可以大致分為8種：a、軸心受壓—全截面均勻受壓，b、小偏心受壓—偏心距小時(shí)，全截面受壓c、小偏心受壓—偏心距較大時(shí)，受拉鋼筋未屈服d、大偏心受壓—受拉鋼筋屈服，受壓側(cè)邊緣混凝土纖維達(dá)到3正截面強(qiáng)度e、受彎（適筋梁）—受拉鋼筋屈服f、大偏心受拉—鋼筋均達(dá)到屈服g、小偏心受拉—鋼筋均屈服h、軸心受拉—鋼筋均屈服3正截面強(qiáng)度3正截面強(qiáng)度3正截面強(qiáng)度3正截面強(qiáng)度3、試驗(yàn)研究詳見(jiàn)“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)研究報(bào)告選集2”中國(guó)建筑科學(xué)研究院主編建工出版社，1982.9第一版P19~61“鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件正截面強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究”

3正截面強(qiáng)度（1）試件形式如右圖（2）試件數(shù)量：382個(gè)其中RC短柱324個(gè)：矩形截面293

工字形23個(gè)

T形8個(gè)素混凝土短柱49個(gè)界限配筋梁9個(gè)3正截面強(qiáng)度（3）主要參數(shù)

1）混凝土等級(jí)：R=160~595

2）鋼筋：一級(jí)、二級(jí)、冷拔低碳鋼絲和V級(jí)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件熱處理鋼筋

3）配筋率

4）偏心距3正截面強(qiáng)度（4）主要現(xiàn)象大偏壓：受拉區(qū)橫向裂縫不斷伸展，主裂縫逐漸明顯中和軸向受壓邊移動(dòng)；混凝土受壓區(qū)出現(xiàn)縱向裂縫并被壓碎壓碎區(qū)呈三角形且較短3正截面強(qiáng)度3正截面強(qiáng)度小偏壓：受拉去橫向裂縫不顯著，無(wú)明顯主裂縫壓區(qū)出現(xiàn)縱向裂縫后很快壓壞，破壞無(wú)明顯征兆壓碎區(qū)較長(zhǎng)，應(yīng)力較小邊鋼筋中的應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度3正截面強(qiáng)度（5）主要結(jié)論

1）平截面假定適用性不同標(biāo)距（100，254，508）時(shí)量測(cè)的受壓區(qū)壓應(yīng)變平均值，從加載開(kāi)始至破壞，都較好地符合平截面假定

2）混凝土極限壓應(yīng)變值試驗(yàn)表明：小偏壓構(gòu)件的平均值為大偏壓構(gòu)件的平均值為界限附近（）平均值為3正截面強(qiáng)度主要影響因素：混凝土等級(jí)，配筋率，相對(duì)偏心距大小等經(jīng)驗(yàn)公式：

——受壓區(qū)相對(duì)高度即：隨著相對(duì)受壓區(qū)高度增加而逐漸減小3正截面強(qiáng)度3.2正截面強(qiáng)度的計(jì)算1軸心受壓見(jiàn)圖3.2a的截面壓應(yīng)力分布。3正截面強(qiáng)度

當(dāng)

不超過(guò)400MPa時(shí)，兩側(cè)縱筋均可達(dá)到受壓屈服，混凝土達(dá)到此時(shí)，對(duì)應(yīng)的極限壓應(yīng)變?yōu)?.002（

則

）3正截面強(qiáng)度2、偏壓（1）大偏心受壓平截面假定：用等效矩形，則：3正截面強(qiáng)度受拉鋼筋屈服受壓邊緣混凝土纖維受壓鋼筋：3正截面強(qiáng)度則當(dāng)對(duì)稱配筋時(shí)，則：受彎時(shí)，N=0，則：

3正截面強(qiáng)度（2）小偏心受壓

3正截面強(qiáng)度3正截面強(qiáng)度（1）74規(guī)范的做法（沿襲原蘇聯(lián)規(guī)范的方法）假定：圖（b)、（c）中截面受壓混凝土合力C1或C2對(duì)受拉鋼筋形心的力矩總等于軸心受壓截面混凝土壓應(yīng)力的合力對(duì)“受拉”鋼筋形心的力矩3正截面強(qiáng)度則：則對(duì)（b)和（c），對(duì)O點(diǎn)取矩得：則：這一方法巧妙德避開(kāi)了的計(jì)算3正截面強(qiáng)度（2）89規(guī)范的做法1）仍用與大偏心受壓相同的方法等效受壓混凝土中的壓應(yīng)力，即：3正截面強(qiáng)度所以，2）平衡方程軸力平衡和力矩平衡，得：但是，這樣做高估了C和C.Z，且e0越小，越接近全截面受壓，誤差越大，因此，應(yīng)對(duì)過(guò)大的C和C.Z進(jìn)行調(diào)整3正截面強(qiáng)度3）分析結(jié)果表明，只對(duì)C.Z進(jìn)行必要的調(diào)整，就就可使計(jì)算出的正截面承載能力接近實(shí)測(cè)值。減去高估部分所以：或取：，——附加偏心距3正截面強(qiáng)度則：?。簞t：平衡方程為：3正截面強(qiáng)度4）的求得（3）02規(guī)范的修訂1）ea由改為的較大值2）將全部改為：

3正截面強(qiáng)度4、縱筋最小配筋率（1）梁的開(kāi)裂彎矩Mcr

由規(guī)范8.2.3條得：——換算截面抵抗矩，3正截面強(qiáng)度

——混凝土構(gòu)件截面抵抗矩塑性影響系數(shù)基本值矩形截面：h——截面高度3正截面強(qiáng)度（2）確定梁受拉鋼筋最小值的原則不允許“少筋梁”出現(xiàn)原則，即：

對(duì)單筋矩形截面，即為：斷裂力學(xué)3正截面強(qiáng)度（2）柱縱筋最小配筋率1）小偏壓柱設(shè)置最小縱筋的目的a：減小混凝土徐變，盡量排除混凝土中在持續(xù)壓力下因?yàn)樾熳兌鴮?dǎo)致的內(nèi)力重分布分配的壓力過(guò)大，致使混凝土保護(hù)層剝落后過(guò)早局部失穩(wěn)；以及徐變過(guò)大引起的過(guò)大的撓曲b：避免少筋柱突然壓潰3正截面強(qiáng)度2）大偏壓構(gòu)件中的作用a:受拉區(qū)開(kāi)裂后不致由于縱筋過(guò)少而使截面剛度下降過(guò)快，不利于抗側(cè)移要求b:避免開(kāi)裂后由于縱筋過(guò)少，使柱撓曲迅速發(fā)展，甚至折斷

受壓構(gòu)件全部縱筋0.6%一側(cè)縱筋0.2%3正截面強(qiáng)度受彎、偏拉0.2%或一側(cè)受拉鋼筋中軸拉的較大值“規(guī)范”在此構(gòu)造規(guī)定中較薄弱，缺乏系統(tǒng)研究成果支撐3正截面強(qiáng)度5、正截面非線性全過(guò)程分析——曲線計(jì)算（1）基本假定，在N、M作用下，1）平截面假定2）鋼筋及混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系3正截面強(qiáng)度每一個(gè)條帶i作用的力：混凝土：鋼筋：力的平衡：對(duì)O點(diǎn)取矩：3正截面強(qiáng)度遞增假定：迭代，找到符合：力平衡，變形協(xié)調(diào)，本構(gòu)關(guān)系的x3正截面強(qiáng)度6、二階效應(yīng)（1）概述3正截面強(qiáng)度1）當(dāng)柱長(zhǎng)較短時(shí)，軸力—彎矩曲線如OA所示；2）當(dāng)柱長(zhǎng)中等時(shí)，軸力—彎矩曲線如OB所示，側(cè)移變得明顯，破壞時(shí)軸力荷載降低—材料破壞3）當(dāng)柱長(zhǎng)非常細(xì)長(zhǎng)時(shí)，N-M曲線如OC所示，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，或?yàn)樨?fù)，此時(shí)柱子變得不穩(wěn)定，若側(cè)移繼續(xù)增大，則軸向承載力下降失穩(wěn)破壞一般地，當(dāng)大于25以后，才有必要檢驗(yàn)是否失穩(wěn)3正截面強(qiáng)度10規(guī)范6.2.3條可不考慮二階效應(yīng)細(xì)長(zhǎng)柱側(cè)移會(huì)引起柱彎矩增大，而柱彎矩又引起側(cè)移增大，反過(guò)來(lái)又引起這些彎矩進(jìn)一步增大，因此，OB、OC曲線是非線性的

3正截面強(qiáng)度細(xì)長(zhǎng)效應(yīng)：側(cè)移引起最大彎矩增加，使得軸向承載力由A下降至B。軸向承載力下降的原因即為細(xì)長(zhǎng)效應(yīng)細(xì)長(zhǎng)柱（slendercolumn)是指橫向側(cè)移引起的柱中彎矩使軸向承載力顯著下降的柱子ACI規(guī)范隨意定義為5%3正截面強(qiáng)度（2）框架結(jié)構(gòu)中二階效應(yīng)的分布規(guī)律3正截面強(qiáng)度以單層框架為例，研究分析表明：在豎向力和水平力共同作用下，按照變形特征，圖3.16（a）可分解為圖（d）無(wú)側(cè)移及（e）有側(cè)移彎矩疊加的兩種情形，相應(yīng)的受力狀態(tài)如圖3.16（b）、（c）所示1）效應(yīng)如圖3.16（b）所示。3正截面強(qiáng)度此時(shí)框架無(wú)側(cè)移，二階效應(yīng)是由于軸壓力在對(duì)自身的軸線產(chǎn)生了撓曲的柱中引起的，通常稱這類二階效應(yīng)為效應(yīng)（?。゛：增大除柱頂以外大部分柱高范圍內(nèi)的彎矩（柱底彎矩），對(duì)柱上端彎矩有一定的減小作用。b：不僅影響了柱各截面彎矩，也會(huì)影響梁各截面彎矩3正截面強(qiáng)度2）效應(yīng)如圖3.16（c）所示。由框架水平位移使豎向荷載移位而形成的二階效應(yīng)，通常被稱為效應(yīng)（大）此時(shí)，二階效應(yīng)使：a：柱、梁水平荷載彎矩全面按比例增大（對(duì)內(nèi)力的影響）b：框架水平位移的增長(zhǎng)比例與梁、柱彎矩的增長(zhǎng)比例是相同的3正截面強(qiáng)度3）柱端彎矩（底層除外的柱上下截面）（底層柱底截面適用）對(duì)單層多跨，以及多層多跨框架上訴規(guī)律仍然有效。

3正截面強(qiáng)度若認(rèn)為上訴M1表達(dá)式中ΔMv1很小，可以忽略不計(jì)，那么可以表示為：

即：豎向荷載彎矩不被二階效應(yīng)增大，只有水平荷載彎矩才被增大對(duì)于柱底截面M2，另行處理3正截面強(qiáng)度4）主要規(guī)律總結(jié)：衡量考慮二階效應(yīng)方法合理性的基本原則a：豎向荷載彎矩不被二階效應(yīng)彎矩增大，只有水平荷載效應(yīng)才被效應(yīng)增大b：效應(yīng)對(duì)于某一層層間位移的增大比例應(yīng)與各柱端截面Mh的增大比例相同c：確定效應(yīng)時(shí)應(yīng)妥善考慮混凝土的非彈性特點(diǎn)3正截面強(qiáng)度5）規(guī)范考慮二階效應(yīng)的方法a：使用構(gòu)件折減剛度的考慮二階效應(yīng)的彈性方法（彈性結(jié)構(gòu)二階分析方法）b：層增大系數(shù)法c：?jiǎn)沃钠木嘣龃笙禂?shù)法3正截面強(qiáng)度（3）使用構(gòu)件折減剛度考慮二階效應(yīng)的彈性分析法——今后的方向“宜”7.3.12條1）構(gòu)件的折減剛度對(duì)構(gòu)件的彈性抗彎剛度EcI，乘以以下折減系數(shù)：梁：0.4；柱：0.6剪力墻及核心筒壁：0.452）正截面受壓計(jì)算的有關(guān)公式中代替3正截面強(qiáng)度3）結(jié)構(gòu)彈性分析需要進(jìn)行二次結(jié)構(gòu)分析：a：對(duì)構(gòu)件剛度不折減，作結(jié)構(gòu)的二階分析求正常使用極限狀態(tài)下的各層間位移角，使其不超過(guò)限制值；同時(shí)計(jì)算結(jié)構(gòu)自振周期并確定小震時(shí)地震作用大小3正截面強(qiáng)度b：對(duì)構(gòu)件剛度進(jìn)行折減，計(jì)算出各構(gòu)件控制截面已包括二階效應(yīng)的組合內(nèi)力，并以此組合內(nèi)力設(shè)計(jì)截面。（目前PKPM做不到只能進(jìn)行荷載組合，無(wú)法進(jìn)行這樣的改變剛度后的二階分析）4）層（以層為單元）增大系數(shù)對(duì)于第i層的第j根柱子，軸壓力為Nij，當(dāng)當(dāng)該層產(chǎn)生了包含效應(yīng)和效應(yīng)的3正截面強(qiáng)度層間位移后，該Nij可分解為：沿新軸的，以及水平力，此時(shí)，—考慮效應(yīng)附加影響的系數(shù)3正截面強(qiáng)度若同層有m根柱，則：若第i層抗側(cè)剛度為，（每根柱為）則：3正截面強(qiáng)度整理得：不考慮二階效應(yīng)時(shí)的層間位移：則層間位移增大系數(shù)為：

3正截面強(qiáng)度如果假設(shè)各柱控制截面水平荷載彎矩增大比例與層間位移Δi增大比例相同，則也就是各柱彎矩的增大系數(shù)。這一方法是《高規(guī)》的考慮二階效應(yīng)的作法，即：1）當(dāng)在正常使用極限狀態(tài)下計(jì)算層間位移角時(shí)若考慮二階效應(yīng)，則框架結(jié)構(gòu)中的彈性一階層間位移應(yīng)乘以系數(shù)F13正截面強(qiáng)度