混凝土延性.ppt

1、現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程,結(jié)構(gòu)延性,根據(jù)震害以及近年來國內(nèi)外試驗研究資料，延性框架設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：,（1）“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計原則控制塑性鉸的位置。 （2）梁柱的延性設(shè)計。 （3）“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”設(shè)計原則。 （4）延性結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。 （5）影響延性的因素。,（1）“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計原則控制塑性鉸的位置,在地震作用下，框架中塑性鉸可能出現(xiàn)在梁上，也可能出現(xiàn)在柱上，但是不允許在梁的跨中出鉸。梁的跨中出鉸將導(dǎo)致局部破壞。在梁端和柱端的塑性鉸，都必須具有延性，才能使結(jié)構(gòu)在形成機(jī)構(gòu)之前，結(jié)構(gòu)可以抵抗外荷載并具有延性。 在框架結(jié)構(gòu)中，塑性鉸出現(xiàn)的位置或順序不同，將使框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的破壞形式。塑性鉸首先出現(xiàn)在柱中，當(dāng)

2、某薄弱層柱的上下端均出現(xiàn)塑性鉸時，該層就成為幾何可變體系，而引起上部結(jié)構(gòu)的倒塌。這種結(jié)構(gòu)破壞時只跟最薄弱層柱的強(qiáng)度和延性性能有關(guān)，而與其它各層梁柱的承載能力和耗能能力均沒有發(fā)揮作用。強(qiáng)柱弱梁型結(jié)構(gòu)，塑性鉸首先出現(xiàn)在梁中，當(dāng)部分梁端甚至全部梁端均出現(xiàn)塑性鉸時，結(jié)構(gòu)仍能繼續(xù)承受外荷載，而只有當(dāng)柱子底部也出現(xiàn)塑性鉸時，結(jié)構(gòu)才達(dá)到破壞。,（2）梁柱的延性設(shè)計,應(yīng)遵循的原則： 1）“強(qiáng)剪弱彎”設(shè)計原則控制構(gòu)件的破壞形態(tài) 2）梁、柱剪跨比限制 3）梁、柱剪壓比限制 4）柱軸壓比限制及其它措施 5）箍筋 6）縱筋配筋率,1）“強(qiáng)剪弱彎”設(shè)計原則控制構(gòu)件的破壞形態(tài),適筋梁或大偏壓柱，在截面破壞時可以達(dá)到較好的

3、延性，可以吸收和耗散地震能量，使內(nèi)力重分布得以充分發(fā)展；而鋼筋混凝土梁柱在受到較大剪力時，往往呈現(xiàn)脆性破壞。所以在進(jìn)行框架梁、柱設(shè)計時，應(yīng)使構(gòu)件的受剪承載力大于其受彎承載力，使構(gòu)件發(fā)生延性較好的彎曲破壞，避免發(fā)生延性較差的剪切破壞，而且保證構(gòu)件在塑性鉸出現(xiàn)之后也不過早剪壞，這就是“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計原則，它實際上是控制構(gòu)件的破壞形態(tài)。,2）梁、柱剪跨比限制,剪跨比反映了構(gòu)件截面承受的彎矩與剪力的相對大小。它是影響梁、柱極限變形能力的主要因素之一，對構(gòu)件的破壞形態(tài)有很重要的影響。 比如，柱的剪跨比 （M、V分別是截面承受的彎矩、剪力值，hc為柱截面高度）。試驗研究發(fā)現(xiàn)，剪跨比2的柱屬于長柱，只要構(gòu)

4、造合理，通常發(fā)生延性好的彎曲破壞；當(dāng)剪跨比1.52的柱為短柱，柱子將發(fā)生以剪切為主的破壞，當(dāng)提高混凝土強(qiáng)度等級或配有足夠的箍筋時，也可能發(fā)生具有一定延性的剪壓破壞；而當(dāng)剪跨比1.5時為極短柱，柱的破壞形態(tài)是脆性的剪切斜拉破壞，幾乎沒有延性，設(shè)計中應(yīng)當(dāng)避免。,3）梁、柱剪壓比限制,當(dāng)構(gòu)件的截面尺寸太小或混凝土強(qiáng)度太低時，按抗剪承載力公式計算的箍筋數(shù)量會很多，則箍筋在充分發(fā)揮作用之前，構(gòu)件將過早呈現(xiàn)脆性斜壓破壞，這時再增加箍筋用量已沒有意義。因此，設(shè)計中應(yīng)限制剪壓比（ ）即梁截面的平均剪應(yīng)力，使箍筋數(shù)量不至于太多，同時，也可有效地防止斜裂縫過早出現(xiàn)，減輕混凝土碎裂程度。這實質(zhì)上也是對構(gòu)件最小截面尺

5、寸的要求。,4）柱軸壓比限制及其它措施,軸壓比N指柱有地震作用組合的柱軸壓力設(shè)計值N與柱的全截面面積Ac和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值fc乘積的比值， （bc、hc分別為柱截面的寬度和高度）。 框架柱在豎向荷載與地震作用下的軸壓比宜滿足表1的規(guī)定。若不滿足，可加大截面尺寸或提高混凝土強(qiáng)度等級。 表1 柱軸壓比限值,5）箍筋,震害表明，梁端、柱端震害嚴(yán)重，是框架梁、柱的薄弱部位。所以按照強(qiáng)剪弱彎原則設(shè)計的箍筋主要配置在梁端、柱端塑性鉸區(qū)，稱為箍筋加密區(qū)。 在塑性鉸區(qū)配置足夠的箍筋，可約束核心混凝土，顯著提高塑性鉸區(qū)混凝土的極限應(yīng)變值，提高抗壓強(qiáng)度，防止斜裂縫的開展，從而可充分發(fā)揮塑性鉸的變形和耗能能

6、力，提高梁、柱的延性；而且鋼箍作為縱向鋼筋的側(cè)向支承，阻止縱筋壓屈，使縱筋充分發(fā)揮抗壓強(qiáng)度。所以規(guī)范規(guī)定，在框架梁端、柱端塑性鉸區(qū)，箍筋必須加密。,6）縱筋配筋率,試驗表明：鋼筋混凝土單筋梁的變形能力，隨截面混凝土受壓區(qū)相對高度x/h0的減小而增大，而x/h0隨著配筋率的增大、鋼筋屈服強(qiáng)度的提高和混凝土強(qiáng)度等級的降低而增大，延性性能降低。為此，規(guī)范對一、二、三級抗震等級框架梁的x/h0和max作出了規(guī)定。同時，框架梁還應(yīng)滿足最小配筋率的要求。 而為了避免地震作用下框架柱過早地進(jìn)入屈服階段，增大屈服時柱的變形能力，提高柱的延性和耗能能力，全部縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)過小。,（3）“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”設(shè)計

7、原則,由于節(jié)點(diǎn)區(qū)的受力狀況非常復(fù)雜，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時只有保證各節(jié)點(diǎn)不出現(xiàn)脆性剪切破壞，才能使梁、柱充分發(fā)揮其承載能力和變形能力。即在梁、柱塑性鉸順序出現(xiàn)完成之前，節(jié)點(diǎn)區(qū)不能過早破壞。 實際設(shè)計中，為了保證框架結(jié)構(gòu)的延性，抗震設(shè)計規(guī)范是依據(jù)抗震等級對構(gòu)件本身不同性質(zhì)的承載力或構(gòu)件間的相對的承載力進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整，并依據(jù)規(guī)定的構(gòu)造要求來達(dá)到延性要求。內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，依據(jù)抗震等級不同而異：一級抗震等級以實際配筋為基礎(chǔ)進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整；二、三級抗震等級是在設(shè)計內(nèi)力的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。而構(gòu)造要求，則根據(jù)不同的抗震等級，規(guī)定出截面形式、尺寸限制、材料規(guī)格、配筋率以及構(gòu)造形式等。,（4）延性結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性,第一，破壞前有

8、明顯預(yù)兆，破壞過程緩慢，減少財產(chǎn)損失， 因而可采用偏小的計算安全可靠度。 第二，出現(xiàn)非預(yù)計荷載，例如偶然超載，荷載反向，溫度升高或基礎(chǔ)沉降引起附加內(nèi)力等情況下，有較強(qiáng)的承受和抗衡能力。而這些因素在設(shè)計中一般是未予考慮的，因此延性材料的后期變形能力可作為出現(xiàn)上述情況的安全儲備 第三，有利于實現(xiàn)超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力充分重分布。延性結(jié)構(gòu)容許構(gòu)件的某些臨界截面有一定的轉(zhuǎn)動能力，形成塑性鉸區(qū)域，產(chǎn)生內(nèi)力重分布，從而使鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)能夠按塑性方法進(jìn)行設(shè)計。得到有利的彎矩分布，使配筋合理，節(jié)約材料，而且便于施工。 第四，在承受動力作用(如振動、地震、爆炸等)情況下，能減小慣性力，吸收更大動能，降低動力反應(yīng)

9、，減輕破壞程度，防止結(jié)構(gòu)倒塌以及有利于修復(fù)。 第五，延性結(jié)構(gòu)的后期變形能力，可以作為各種意外情況時的安全儲備。 此外，結(jié)構(gòu)的延性是建筑物遇到意外超載、碰撞、爆炸和基礎(chǔ)沉降等引起超過設(shè)計預(yù)計的內(nèi)力和變形是而不突然倒塌的保證。,（5）影響延性的因素,1.材料強(qiáng)度 2.軸壓比 3.箍筋的構(gòu)造要求 4.縱向鋼筋的配筋率和鋼筋的屈服強(qiáng)度 5.剪跨比,1.材料強(qiáng)度,混凝土強(qiáng)度直接影響結(jié)構(gòu)抗剪承載力，特別是節(jié)點(diǎn)核心區(qū)因混凝土強(qiáng)度不足而開裂后破壞，提高混凝土強(qiáng)度等級則可以提高節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的承載力。不過對于承受一定荷載的框架，混凝土強(qiáng)度過高，則梁、柱的截面尺寸就會減小，混凝土的抗剪截面也相應(yīng)減小，在一定配箍率下，

10、其抗剪承載力會有所下降，對其抗震性能反而不利。鋼筋的變形直接影響結(jié)構(gòu)的延性，為使結(jié)構(gòu)在產(chǎn)生塑性鉸時有良好的變形能力來吸收或消耗能量，應(yīng)該使用延展性較好的鋼筋。,2.軸壓比,柱的軸壓比是影響框架結(jié)構(gòu)延性的重要因素。柱的延性隨軸壓比增大而減小，軸壓比超過界限值將發(fā)生小偏壓脆性破壞。在抗震設(shè)計中應(yīng)該控制柱的軸壓比不超過限值，使其發(fā)生大偏壓破壞并有較高的延性。規(guī)范規(guī)定，對于框剪相應(yīng)于一、二、三級抗震時，軸壓比限值分別為0.7、0.8、0.9。這里規(guī)定的軸壓比限值是指柱軸壓比設(shè)計值與柱軸壓比承載力設(shè)計值的比值。,3.箍筋的構(gòu)造要求,沿梁的縱向配置封閉的箍筋，不但能防止脆性的剪切破壞，而且可以對受壓區(qū)混凝土起約束作用。收到約束的混凝土，其極限壓應(yīng)變能提高。箍筋布置的越密，直徑越粗，其約束作用越大，對構(gòu)件的延性的提高也越大。特別是超筋情況，箍筋對延性的影響就更顯著。,4.縱向鋼筋的配筋率和鋼筋的屈服強(qiáng)度,隨著縱筋率和鋼筋的屈服強(qiáng)度的提高，混凝土相對受壓區(qū)高度增大，截面延性降低。但混凝土受壓區(qū)配置受壓鋼筋，可以減少相對受壓區(qū)高度，改善構(gòu)件的延性。因此應(yīng)該限制縱向受拉鋼筋的配筋率和高強(qiáng)鋼筋的使用，以保證結(jié)構(gòu)有