鋼筋混凝土塑性鉸

一、鋼筋混凝土塑性鉸介紹2受彎構(gòu)件中的受拉鉸4塑性鉸應(yīng)用與研究1塑性鉸概述3壓彎構(gòu)件中的受拉鉸第一頁，共四十一頁。鋼筋混凝土受彎、偏壓等構(gòu)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增大，稱出現(xiàn)了“塑性鉸”。概念提出一塑性鉸概述第二頁，共四十一頁。

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(chǎn)生塑性變形二者耗能機(jī)理不同可以通過彎矩—塑性鉸轉(zhuǎn)角曲線看出。第三頁，共四十一頁。

受拉鉸和受壓鉸的適用及注意塑性鉸分類受壓鉸受拉鉸適用超筋梁受彎、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(xiàn)受拉鉸一塑性鉸概述第四頁，共四十一頁。受拉鉸形成與發(fā)展二受彎構(gòu)件的受拉鉸試驗結(jié)果1第五頁，共四十一頁。受拉鉸形成與發(fā)展試驗結(jié)果1表明：1)一個小區(qū)段內(nèi)鋼筋達(dá)到流限，才能形成塑性鉸并反應(yīng)到M-θ圖中，即受壓砼和受拉筋的塑性變形分布在一個區(qū)域內(nèi)；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(gòu)件長。二受彎構(gòu)件的受拉鉸第六頁，共四十一頁。受拉鉸形成與發(fā)展實際上鋼筋會在一定長度上屈服，受壓區(qū)砼的塑性變形也在一定區(qū)域內(nèi)發(fā)展，而且混凝土和鋼筋間的粘結(jié)作用也可能發(fā)生局部破壞。這些非彈性變形的集中發(fā)展，使結(jié)構(gòu)的撓度和轉(zhuǎn)角迅速增大。二受彎構(gòu)件的受拉鉸第七頁，共四十一頁。受拉鉸形成與發(fā)展非彈性變形集中產(chǎn)生的區(qū)域理想化為集中于一個截面上的塑性鉸，該區(qū)段的長度稱為塑性鉸長度lp。塑性鉸形成于截面應(yīng)力狀態(tài)的第Ⅱa階段，轉(zhuǎn)動終止于第IIIa階段，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角稱為塑性鉸的轉(zhuǎn)角p。二受彎構(gòu)件的受拉鉸第八頁，共四十一頁。受拉鉸形成與發(fā)展二受彎構(gòu)件的受拉鉸試驗結(jié)果2第九頁，共四十一頁。受拉鉸形成與發(fā)展試驗結(jié)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(zhuǎn)動，變形是塑性的。二受彎構(gòu)件的受拉鉸第十頁，共四十一頁。受彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長度塑性鉸的兩個主要參數(shù)：曲率ψ、塑性鉸區(qū)長度lp二受彎構(gòu)件的受拉鉸第十一頁，共四十一頁。受彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長度二受彎構(gòu)件的受拉鉸問題：怎樣求塑性鉸區(qū)計算長度？第十二頁，共四十一頁。受彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長度二受彎構(gòu)件的受拉鉸簡化模型1塑性鉸計算長度第十三頁，共四十一頁。受彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長度二受彎構(gòu)件的受拉鉸簡化模型2塑性鉸區(qū)計算長度第十四頁，共四十一頁。受彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長度二受彎構(gòu)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(gòu)件彎曲段長度阪靜雄fy、fc—鋼筋的屈服強(qiáng)度和混凝土的軸心受壓強(qiáng)度—截面配筋率第十五頁，共四十一頁。塑性鉸區(qū)計算長度二受彎構(gòu)件的受拉鉸試驗結(jié)果第十六頁，共四十一頁。塑性鉸區(qū)計算長度試驗結(jié)果分析：1)彎剪裂縫的影響（圖a）2)跨中最大曲率擴(kuò)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(gòu)件的受拉鉸第十七頁，共四十一頁。受彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長度二受彎構(gòu)件的受拉鉸lp0試驗分析lp0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(qiáng)度第十八頁，共四十一頁。壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展三壓彎構(gòu)件中的受拉鉸問題的復(fù)雜性1）軸向力的存在2）斜向受力荷載角問題3）偏壓構(gòu)件接近等彎區(qū)解決：開槽鋼筋貼應(yīng)變片第十九頁，共四十一頁。壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展三壓彎構(gòu)件中的受拉鉸主軸向受力壓彎構(gòu)件試驗結(jié)果第二十頁，共四十一頁。壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展三壓彎構(gòu)件中的受拉鉸試驗結(jié)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(gòu)件中，當(dāng)某一截面的鋼筋達(dá)到屈服后，屈服區(qū)砼應(yīng)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(nèi)集中。試件編號截面尺寸b×h(cm)軸壓比N/N0荷載角α破壞荷載（kN）受拉塑性鉸區(qū)長度lp(cm)按式（2.3）或（2.4）計算lp(cm)lp0PA-16-L116.6×15.90.0504521.622.21.02h0PA-16-L216.0×16.30.205619.420.11.36h0第二十一頁，共四十一頁。斜向受力壓彎構(gòu)件三壓彎構(gòu)件中的受拉鉸試件編號截面尺寸b×h(cm)軸壓比N/N0荷載角α破壞荷載（kN）受拉塑性鉸區(qū)長度lp(cm)按式（2.3）或（2.4）計算lp(cm)lp0PAS-18-L118.4×18.50.0545°7435.833.70.93h0PAS-18-L218.2×18.00.1845°83.430.730.60.82h0PAS-18-L318.3×18.20.0530°7333.331.91.17h0PAS-18-L418.3×18.70.1830°81.530.731.30.54h0結(jié)論：1）隨著軸壓比增加lp減小2）隨著荷載角α增加（0~45o），lp增加第二十二頁，共四十一頁。壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展三壓彎構(gòu)件中的受拉鉸斜向受力壓彎構(gòu)件試驗結(jié)果結(jié)論：1）隨著軸壓比增加lp減小2）隨著荷載角α增加（0~45o），lp增加第二十三頁，共四十一頁。壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展三壓彎構(gòu)件中的受拉鉸偏壓構(gòu)件試驗結(jié)果第二十四頁，共四十一頁。壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展三壓彎構(gòu)件中的受拉鉸偏壓構(gòu)件試驗說明：1)接近于受彎構(gòu)件等彎區(qū)2)鋼筋應(yīng)變在屈服前沿構(gòu)件普遍增長3)某一截面鋼筋先達(dá)到屈服后，以后的應(yīng)變同受彎構(gòu)件一樣仍然高度集中。受拉鉸仍只在一個短區(qū)域內(nèi)形成和發(fā)展。第二十五頁，共四十一頁。壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展三壓彎構(gòu)件中的受拉鉸小結(jié)：不論壓彎或偏壓構(gòu)件，不論主軸或斜向受力，受拉塑性鉸的形成和發(fā)展與受彎構(gòu)件十分相似。因此一般多研究受彎構(gòu)件的受拉鉸。第二十六頁，共四十一頁。壓彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長度三壓彎構(gòu)件中的受拉鉸第二十七頁，共四十一頁。四塑性鉸法的應(yīng)用與研究塑性鉸的應(yīng)用有限元抗震第二十八頁，共四十一頁。四塑性鉸法的應(yīng)用與研究1）在Δt步長內(nèi)，計算結(jié)構(gòu)每一構(gòu)件兩端的彎矩增量ΔMi、ΔMj，2）判別每一構(gòu)件兩端彎矩與極限彎矩的關(guān)系；3）調(diào)整每一構(gòu)件單元剛度矩陣，形成新的總剛度矩陣；4a）當(dāng)桿兩端均未形成塑性鉸時，仍用彈性單元剛陣；4b）當(dāng)單元的i端出現(xiàn)塑性鉸時，用i端為鉸、j端為固結(jié)的單元剛度矩陣，反之亦然；4c）當(dāng)單元的i和j端彎矩都出現(xiàn)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第二十九頁，共四十一頁。四塑性鉸法的應(yīng)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(jié)構(gòu)在不斷增加的荷載作用下相繼出現(xiàn)塑性鉸，以至成為機(jī)構(gòu)而破壞的過程，適用于極限荷載計算。優(yōu)點第三十頁，共四十一頁。四塑性鉸法的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)極限荷載之前，需要知道各不同桿件在不同軸力作用下的屈服彎矩，即彎矩-軸力相互作用關(guān)系。缺點第三十一頁，共四十一頁。四塑性鉸法的應(yīng)用與研究有限元中塑性鉸法流程圖第三十二頁，共四十一頁。四塑性鉸法的應(yīng)用與研究橋梁抗震中塑性鉸的應(yīng)用采用能力設(shè)計方法進(jìn)行延性抗震設(shè)計，目前已經(jīng)被各國的規(guī)范所接受。能力設(shè)計方法：在結(jié)構(gòu)體系中的延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件之間建立強(qiáng)度安全等級的差異，以確保結(jié)構(gòu)不會發(fā)生脆性破壞模式。能力設(shè)計方法中塑性鉸出現(xiàn)的位置預(yù)先選擇，出現(xiàn)在預(yù)定的構(gòu)件部位。第三十三頁，共四十一頁。四塑性鉸法的應(yīng)用與研究橋梁抗震中塑性鉸的應(yīng)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(jié)構(gòu)周期、耗散地震能量，從而減小地震反應(yīng)。鋼筋混凝土墩柱橋梁，抗震設(shè)計時，墩柱宜作為延性構(gòu)件設(shè)計。橋梁基礎(chǔ)、蓋梁、梁體和結(jié)點宜作為能力保護(hù)構(gòu)件。墩柱的抗剪強(qiáng)度宜按能力保護(hù)原則設(shè)計。第三十四頁，共四十一頁。四塑性鉸法的應(yīng)用與研究橋梁抗震中塑性鉸的應(yīng)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(gòu)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。第三十五頁，共四十一頁。四塑性鉸法的應(yīng)用與研究橋梁抗震中塑性鉸的應(yīng)用第三十六頁，共四十一頁。四塑性鉸法的應(yīng)用與研究橋梁抗震中塑性鉸的應(yīng)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(shù)難以確定，理論計算結(jié)果與試驗測量結(jié)果往往不吻合。應(yīng)用中，多以試驗得到的經(jīng)驗公式來估計。第三十七頁，共四十一頁。四塑性鉸法的應(yīng)用與研究橋梁抗震中塑性鉸的應(yīng)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=（0.4~0.6）hEurocode8ds、fy分別為縱筋直徑和屈服應(yīng)力lp=0.08l+9dblAASHTO規(guī)范dbl為縱筋直徑第三十八頁，共四十一頁。四塑性鉸法的應(yīng)用與研究塑性鉸研究現(xiàn)狀塑性鉸研