鋼筋混凝土塑性鉸

一、鋼鋼筋混混凝土土塑性性鉸介介紹2受彎構(gòu)構(gòu)件中中的受受拉鉸鉸4塑性鉸鉸應(yīng)用用與研研究1塑性鉸鉸概述述3壓彎構(gòu)件中的的受拉鉸鋼筋混凝土受彎、偏壓等構(gòu)件的全受受力過(guò)程中鋼鋼筋屈服后，，在荷載無(wú)明明顯增加的情情況下，截面面的變形可以以急劇增大，，稱出現(xiàn)了“塑性鉸”。。概念提出一塑性鉸概概述鋼筋混凝土塑塑性鉸分為受受拉鉸和受壓壓鉸塑性鉸分類一塑性鉸概概述受壓鉸（混凝凝土鉸）---受壓砼發(fā)生塑塑性變形受拉鉸（鋼筋筋鉸）---受拉筋產(chǎn)生塑塑性變形二者耗能機(jī)理理不同可以通通過(guò)彎矩—塑性鉸轉(zhuǎn)角曲曲線看出。受拉鉸和受壓壓鉸的適用及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)受拉鉸一塑性鉸概概述受拉鉸形成與與發(fā)展二受彎構(gòu)件件的受拉鉸試驗(yàn)結(jié)果1受拉鉸形成與與發(fā)展試驗(yàn)結(jié)果1表明：1)一個(gè)小區(qū)段內(nèi)鋼鋼筋達(dá)到流限限，才能形成成塑性鉸并反反應(yīng)到M-θ圖中，即受壓壓砼和受拉筋筋的塑性變形分布布在一個(gè)區(qū)域內(nèi)；2)受壓塑性區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度較短，受受拉塑性區(qū)較較長(zhǎng)；3)光圓筋裂縫較較少而集中，，螺紋筋裂縫縫多而均勻；；4)整個(gè)塑性區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度螺紋鋼筋比光光圓鋼筋配筋筋的構(gòu)件長(zhǎng)。。二受彎構(gòu)件件的受拉鉸受拉鉸形成與與發(fā)展實(shí)際上鋼筋會(huì)在一定長(zhǎng)度度上屈服，受壓區(qū)砼的塑性變形也在一定定區(qū)域內(nèi)發(fā)展展，而且混凝凝土和鋼筋間間的粘結(jié)作用也可能發(fā)發(fā)生局部破壞壞。這些非彈性變形的集中發(fā)展，使使結(jié)構(gòu)的撓度度和轉(zhuǎn)角迅速速增大。二受彎構(gòu)件件的受拉鉸受拉鉸形成與與發(fā)展非彈性變形集集中產(chǎn)生的區(qū)區(qū)域理想化為為集中于一個(gè)個(gè)截面上的塑性鉸鉸，該區(qū)段的的長(zhǎng)度稱為塑性鉸長(zhǎng)度lp。塑性鉸形成于截截面應(yīng)力狀態(tài)態(tài)的第Ⅱa階段，轉(zhuǎn)動(dòng)終終止于第IIIa階段，所產(chǎn)生生的轉(zhuǎn)角稱為為塑性鉸的轉(zhuǎn)角角p。二受彎構(gòu)件件的受拉鉸受拉鉸形成與與發(fā)展二受彎構(gòu)件件的受拉鉸試驗(yàn)結(jié)果2受拉鉸形成與與發(fā)展試驗(yàn)結(jié)果2表明：鋼筋屈服以前前，梁任一截面面曲率撓度都都是“彈性””，塑性鉸形成之之后，梁所增加變變形幾乎全部部來(lái)自塑性鉸鉸轉(zhuǎn)動(dòng)，變形是是塑性的。二受彎構(gòu)件件的受拉鉸受彎構(gòu)件受拉拉塑性鉸區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度塑性鉸的兩個(gè)個(gè)主要參數(shù)：：曲率ψ、塑性鉸區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度lp二受彎構(gòu)件件的受拉鉸受彎構(gòu)件受拉拉塑性鉸區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度二受彎構(gòu)件件的受拉鉸問(wèn)題：怎樣求求塑性鉸區(qū)計(jì)計(jì)算長(zhǎng)度？受彎構(gòu)件受拉拉塑性鉸區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度二受彎構(gòu)件件的受拉鉸簡(jiǎn)化模型1塑性鉸計(jì)算長(zhǎng)度受彎構(gòu)件受拉拉塑性鉸區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度二受彎構(gòu)件件的受拉鉸簡(jiǎn)化模型2塑性鉸區(qū)計(jì)算算長(zhǎng)度受彎構(gòu)件受拉拉塑性鉸區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度二受彎構(gòu)件件的受拉鉸塑性鉸區(qū)計(jì)算長(zhǎng)度作者lp備注A.L.Barker胡德炘（xin）a-構(gòu)件彎曲段長(zhǎng)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—截面配筋率塑性鉸區(qū)計(jì)算算長(zhǎng)度二受彎構(gòu)件件的受拉鉸試驗(yàn)結(jié)果果塑性鉸區(qū)區(qū)計(jì)算長(zhǎng)長(zhǎng)度試驗(yàn)結(jié)果果分析：：1)彎剪裂縫縫的影響（（圖a）2)跨中最大大曲率擴(kuò)擴(kuò)展到lp0(圖b)3)從lp0到lp的區(qū)間是是從最大大曲率過(guò)過(guò)渡到屈屈服曲率率的區(qū)段段(圖b)二受彎彎構(gòu)件的的受拉鉸鉸受彎構(gòu)件件受拉塑塑性鉸區(qū)區(qū)長(zhǎng)度二受彎彎構(gòu)件的的受拉鉸鉸lp0試驗(yàn)分析析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(shí)的抗壓強(qiáng)度壓彎構(gòu)件件受拉鉸鉸形成和和發(fā)展三壓彎彎構(gòu)件中中的受拉拉鉸問(wèn)題的復(fù)復(fù)雜性1）軸向力的存在2）斜向受受力荷載角問(wèn)題3）偏壓構(gòu)構(gòu)件接近等彎彎區(qū)解決：開(kāi)開(kāi)槽鋼筋筋貼應(yīng)變變片壓彎構(gòu)件件受拉鉸鉸形成和和發(fā)展三壓彎彎構(gòu)件中中的受拉拉鉸主軸向受受力壓彎彎構(gòu)件試試驗(yàn)結(jié)果果壓彎構(gòu)件件受拉鉸鉸形成和和發(fā)展三壓彎彎構(gòu)件中中的受拉拉鉸試驗(yàn)結(jié)果果表明：：1）軸向力使受壓塑塑性區(qū)增增大，受受拉塑性性區(qū)減少少；2）壓彎構(gòu)構(gòu)件中，，當(dāng)某一一截面的的鋼筋達(dá)達(dá)到屈服服后，屈屈服區(qū)砼砼應(yīng)變集集中，隨隨著鋼筋筋屈服區(qū)區(qū)增大，，屈服滲滲透發(fā)展展而形成成塑性鉸；3）鋼筋屈服服只在一個(gè)個(gè)較短區(qū)區(qū)域內(nèi)集集中。試件編號(hào)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(zhǎng)度lp(cm)按式（2.3）或（2.4）計(jì)算lp(cm)lp0PA-16-L116.6×15.90.0504521.622.21.02h0PA-16-L216.0×16.30.205619.420.11.36h0斜向受力力壓彎構(gòu)構(gòu)件三壓彎彎構(gòu)件中中的受拉拉鉸試件編號(hào)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(zhǎng)度lp(cm)按式（2.3）或（2.4）計(jì)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）隨著軸壓壓比增加加lp減小2）隨著荷載載角α增加（0~45o），lp增加壓彎構(gòu)件件受拉鉸鉸形成和和發(fā)展三壓彎彎構(gòu)件中中的受拉拉鉸斜向受力力壓彎構(gòu)構(gòu)件試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果結(jié)論：1）隨著軸壓壓比增加加lp減小2）隨著荷載載角α增加（0~45o），lp增加壓彎構(gòu)件件受拉鉸鉸形成和和發(fā)展三壓彎彎構(gòu)件中中的受拉拉鉸偏壓構(gòu)件件試驗(yàn)結(jié)結(jié)果壓彎構(gòu)件件受拉鉸鉸形成和和發(fā)展三壓彎彎構(gòu)件中中的受拉拉鉸偏壓構(gòu)件件試驗(yàn)說(shuō)說(shuō)明：1)接近于受受彎構(gòu)件件等彎區(qū)區(qū)2)鋼筋應(yīng)變變?cè)谇把貥?gòu)件普普遍增長(zhǎng)長(zhǎng)3)某一截面面鋼筋先先達(dá)到屈服后，以后的的應(yīng)變同同受彎構(gòu)構(gòu)件一樣樣仍然高高度集中中。受拉鉸仍仍只在一一個(gè)短區(qū)區(qū)域內(nèi)形形成和發(fā)發(fā)展。壓彎構(gòu)構(gòu)件受受拉鉸鉸形成成和發(fā)發(fā)展三壓壓彎構(gòu)構(gòu)件中中的受受拉鉸鉸小結(jié)：：不論壓壓彎或或偏壓壓構(gòu)件件，不不論主主軸或或斜向向受力力，受受拉塑塑性鉸鉸的形形成和和發(fā)展展與受受彎構(gòu)構(gòu)件十十分相相似。。因此一一般多多研究究受彎彎構(gòu)件件的受受拉鉸鉸。壓彎構(gòu)構(gòu)件受受拉塑塑性鉸鉸區(qū)長(zhǎng)長(zhǎng)度三壓壓彎構(gòu)構(gòu)件中中的受受拉鉸鉸四塑塑性鉸鉸法的的應(yīng)用用與研研究塑性鉸的應(yīng)用有限元元抗震四塑塑性鉸鉸法的的應(yīng)用用與研研究1）在Δt步長(zhǎng)內(nèi)內(nèi)，計(jì)計(jì)算結(jié)結(jié)構(gòu)每每一構(gòu)構(gòu)件兩兩端的的彎矩矩增量量ΔMi、ΔMj，2）判別每一構(gòu)構(gòu)件兩兩端彎彎矩與與極限限彎矩矩的關(guān)關(guān)系；；3）調(diào)整每一構(gòu)構(gòu)件單單元?jiǎng)倓偠染鼐仃?，，形成成新的的總剛剛度矩矩陣；?a）當(dāng)桿桿兩端端均未形成成塑性性鉸時(shí)，仍仍用彈彈性單單元?jiǎng)倓傟嚕唬?b）當(dāng)單單元的的i端出現(xiàn)塑塑性鉸鉸時(shí)，用用i端為鉸鉸、j端為固固結(jié)的單元元?jiǎng)偠榷染仃囮?，反反之亦亦然；?c）當(dāng)單單元的i和j端彎矩都出現(xiàn)現(xiàn)塑性性鉸時(shí)，對(duì)對(duì)后期期荷載載用i和j都為鉸鉸的單單元?jiǎng)倓偠染鼐仃?。。有限元元中塑塑性鉸鉸法基基本思思路四塑塑性鉸鉸法的的應(yīng)用用與研研究有限元元中塑塑性鉸鉸法的的優(yōu)缺缺點(diǎn)塑性鉸鉸法可可以方方便地地模擬擬結(jié)構(gòu)構(gòu)在不不斷增增加的的荷載載作用用下相相繼出出現(xiàn)塑塑性鉸鉸，以以至成成為機(jī)機(jī)構(gòu)而而破壞壞的過(guò)過(guò)程，，適用用于極限荷荷載計(jì)算。。優(yōu)點(diǎn)四塑塑性鉸鉸法的的應(yīng)用用與研研究有限元元中塑塑性鉸鉸法的的優(yōu)缺缺點(diǎn)1）在加加載過(guò)過(guò)程中中塑性性鉸中中的彎彎矩發(fā)發(fā)生卸載，則塑塑性鉸鉸可能能消失失。2）桿結(jié)結(jié)構(gòu)單單元分分析中中形成成塑性性鉸后后，需需要在在形成成塑性性鉸處處增加加節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，形形成主從節(jié)節(jié)點(diǎn)。3）分析結(jié)結(jié)構(gòu)極極限荷荷載之之前，，需要知知道各各不同同桿件件在不同同軸力力作用用下的的屈服服彎矩矩，即即彎矩-軸力相互互作用關(guān)關(guān)系。缺點(diǎn)四塑性性鉸法的的應(yīng)用與與研究有限元中中塑性鉸鉸法流程程圖四塑性性鉸法的的應(yīng)用與與研究橋梁抗震震中塑性性鉸的應(yīng)應(yīng)用采用能力設(shè)計(jì)計(jì)方法進(jìn)行延性抗震震設(shè)計(jì)，目前已已經(jīng)被各各國(guó)的規(guī)規(guī)范所接接受。能力設(shè)計(jì)計(jì)方法：在結(jié)構(gòu)構(gòu)體系中中的延性性構(gòu)件和和能力保保護(hù)構(gòu)件件之間建建立強(qiáng)度度安全等等級(jí)的差差異，以以確保結(jié)結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生脆脆性破壞壞模式。。能力設(shè)計(jì)計(jì)方法中塑性鉸鉸出現(xiàn)的的位置預(yù)預(yù)先選擇擇，出現(xiàn)現(xiàn)在預(yù)定定的構(gòu)件件部位。。四塑性性鉸法的的應(yīng)用與與研究橋梁抗震震中塑性性鉸的應(yīng)應(yīng)用延性抗震震體系，主要通通過(guò)選擇擇合適的的彈塑性變變形、耗能部部位、延延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)周期、、耗散地地震能量量，從而而減小地地震反應(yīng)應(yīng)。鋼筋混凝凝土墩柱柱橋梁，，抗震設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)，，墩柱宜作為延延性構(gòu)件件設(shè)計(jì)。。橋梁基基礎(chǔ)、蓋蓋梁、梁梁體和結(jié)結(jié)點(diǎn)宜作作為能力力保護(hù)構(gòu)構(gòu)件。墩墩柱的抗剪強(qiáng)度度宜按能力力保護(hù)原原則設(shè)計(jì)計(jì)。四塑性性鉸法的的應(yīng)用與與研究橋梁抗震震中塑性性鉸的應(yīng)應(yīng)用沿順橋向向，連續(xù)續(xù)梁、簡(jiǎn)簡(jiǎn)支梁橋橋墩柱的的底部區(qū)區(qū)域，連連續(xù)剛構(gòu)構(gòu)橋墩柱柱的端部部區(qū)域?yàn)闉樗苄糟q鉸區(qū)域；；沿橫橋橋向，單單柱墩的的底部區(qū)區(qū)域、雙雙柱墩或或多柱墩墩的端部部區(qū)域?yàn)闉樗苄糟q鉸區(qū)域。。四塑性性鉸法的的應(yīng)用與與研究橋梁抗震震中塑性性鉸的應(yīng)應(yīng)用四塑性性鉸法的的應(yīng)用與與研究橋梁抗震震中塑性性鉸的應(yīng)應(yīng)用如前所述述，一個(gè)個(gè)重要的的問(wèn)題仍仍然是求求解等效塑性性鉸的長(zhǎng)長(zhǎng)度,雖然可以以采用積分計(jì)算，但但由于實(shí)實(shí)際的曲曲率分布布函數(shù)難難以確定定，理論