高等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)塑性鉸與內(nèi)力重分布

高等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)塑性鉸與內(nèi)力重分布第1頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)的彈性分析：假定應力應變關(guān)系是線性的，結(jié)構(gòu)的位移與荷載關(guān)系是線性的。荷載卸去后，結(jié)構(gòu)會恢復到原來形狀無任何殘余變形。結(jié)構(gòu)的塑性分析：基于考慮材料塑性性質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析。其任務是研究結(jié)構(gòu)處于塑性狀態(tài)下的性能，確定結(jié)構(gòu)破壞時所能承受的荷載---極限荷載。極限荷載：結(jié)構(gòu)的變形隨荷載的增加而增大。當荷載達到某一臨界值時，不再增加荷載變形也會繼續(xù)增大，這時結(jié)構(gòu)喪失了進一步的承載能力，這種狀態(tài)稱為結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，此時的荷載是結(jié)構(gòu)所能承受的荷載極限，稱為極限荷載，記作Pu。彈性設計時的強度條件：塑性設計時的強度條件：第2頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四計算假定：材料為理想彈塑性材料。第3頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四彈性階段---應力應變關(guān)系---應變與曲率關(guān)系---應力與曲率關(guān)系---彎矩與曲率關(guān)系---彈性極限彎矩(屈服彎矩)線性關(guān)系第4頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四彈塑性階段中性軸附近處于彈性狀態(tài).處于彈性的部分稱為彈性核.---彎矩與曲率關(guān)系非線性關(guān)系或3.塑性流動階段---塑性極限彎矩(簡稱為極限彎矩)第5頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四塑性鉸若截面彎矩達到極限彎矩,這時的曲率記作。意味著該截面兩側(cè)可以發(fā)生相對轉(zhuǎn)角，形如一個鉸鏈。稱為塑性鉸。第6頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四破壞機構(gòu)結(jié)構(gòu)由于出現(xiàn)塑性鉸而形成的機構(gòu)稱為破壞機構(gòu)。破壞機構(gòu)可以是整體性的，也可能是局部的。第7頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四超靜定梁有多余約束，出現(xiàn)一個塑性鉸后仍是幾何不變體系。Pl/2l/2PA截面先出現(xiàn)塑性鉸，這時再增加荷載令將P代入，得梁的抗彎承載力為第8頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四第9頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四第11頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四第12頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四（1）彈性理論不能反映材料的實際工作狀況；（2）按內(nèi)力包絡圖進行配筋，鋼筋配置過多；（3）彈性理論計算的支座彎矩較大，使得支座配筋過多，施工不便；問題的提出第13頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四鋼筋混凝土塑性鉸概念

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塑性鉸與理想鉸的區(qū)別能承受一定的彎矩，近似等于極限彎矩；僅能單向轉(zhuǎn)動；有一定長度區(qū)域；轉(zhuǎn)動能力有一定限度。

第14頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四pL

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塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力

第15頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四

塑性轉(zhuǎn)角及塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力（plasticrotationcapacity）塑性鉸轉(zhuǎn)角：

塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力：影響塑性鉸轉(zhuǎn)動能力的因素：（1）鋼筋種類。受拉縱筋采用軟鋼（HPB235，HRB335，HRB400，

RRB400級鋼筋）時，較大。（2）受拉縱筋配筋率。較低時，較大。值直接與塑性鉸轉(zhuǎn)動能力有關(guān)。（3）混凝土的極限壓縮變形。極限壓縮變形大，較大?；炷恋膹姸鹊燃壍停拷钣昧慷嗷蚴軌簠^(qū)縱筋較多時，都能增加混凝土的極限壓縮變形。第16頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四塑性鉸的特點

（1）塑性鉸實際上具有一定長度，分析時可認為是一個截面；（2）塑性鉸能承受定值彎矩，即截面的屈服彎矩；（3）

對于單筋受彎構(gòu)件，塑性鉸只能單向轉(zhuǎn)動；（4）

塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力有限。

第17頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四超靜定結(jié)構(gòu)的塑性內(nèi)力重分布塑性內(nèi)力重分布的過程（以矩形等截面兩跨連續(xù)梁為例）兩跨連續(xù)梁內(nèi)力變化過程

第18頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四兩跨連續(xù)梁內(nèi)力變化圖第一過程：裂縫出現(xiàn)～塑性鉸形成以前，原因為裂縫的形成和開展。第二過程：塑性鉸形成以后，原因為塑性鉸的轉(zhuǎn)動。

條件：（1）（2）適筋梁（3）達之前不發(fā)生剪切破壞第19頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四塑性內(nèi)力重分布的幅度

指截面彈性彎矩與該截面塑性鉸所能負擔彎矩的差值，通常以相對值表達：塑性內(nèi)力重分布的設計考慮

（1）“充分的內(nèi)力重分布”（2）“不充分的內(nèi)力重分布”（3）一個截面的屈服并不意味著結(jié)構(gòu)破壞（4）塑性鉸截面不必考慮滿足變形連續(xù)條件，必須滿足平衡條件（5）一般調(diào)整幅度不應超過25%

第20頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四超靜定結(jié)構(gòu)達到承載能力極限狀態(tài)的標志不是一個截面達到屈服，而是出現(xiàn)足夠多的塑性鉸，使結(jié)構(gòu)形成破壞機構(gòu)；幾點具有普遍意義的結(jié)論超靜定結(jié)構(gòu)出現(xiàn)第一個塑性鉸后，結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力分布不再服從彈性分析結(jié)果，與彈性內(nèi)力結(jié)果存在差別的現(xiàn)象稱為“塑性內(nèi)力重分布”；考慮塑性內(nèi)力重分布，更符合實際內(nèi)力分布規(guī)律；按塑性計算極限承載力>按彈性計算的極限承載力，因此按彈性分析方法是偏于安全的；彈性理論即符合平衡條件，又符合變形協(xié)調(diào)條件；而塑性理論雖符合符合平衡條件，但不再符合變形協(xié)調(diào)條件；第21頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四利用連續(xù)梁塑性內(nèi)力重分布的規(guī)律，可以人為將中間支座設計彎矩調(diào)低

塑性鉸轉(zhuǎn)動能力與配筋率有關(guān)配筋率越小，塑性鉸轉(zhuǎn)動能力越大。工程中對按塑性內(nèi)力重分布進行設計的連續(xù)梁（或超靜定結(jié)構(gòu)），一般是通過控制相對受壓區(qū)高度x

來保證預期塑性鉸位置具有足夠的轉(zhuǎn)動能力。

第22頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四保證充分內(nèi)力重分布的條件相對受壓區(qū)高度x≤0.35調(diào)幅系數(shù)不超過20％宜用HRB235和HRB335級鋼筋，C20~C45級混凝土受剪箍筋比計算值增大20%

第23頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四可見，在保持連續(xù)梁極限承載力不變的前提下，利用塑性內(nèi)力重分布規(guī)律，人為調(diào)整設計彎矩，減少支座配筋的密集程度，有利于施工。但人為調(diào)整設計彎矩不是任意的調(diào)整幅度越大，支座塑性鉸出現(xiàn)就越早，達到極限承載力時所需要的塑性鉸轉(zhuǎn)動也越大如果轉(zhuǎn)動需求超過塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力，塑性內(nèi)力重分布就無法實現(xiàn)第24頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四雙向板傳力路徑

第25頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四lylx四邊簡支矩形板①②②②②雙向板破壞形式

第26頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四四邊固定板第27頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四第28頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四考慮塑性內(nèi)力重分布方法雖然利用了連續(xù)梁塑性鉸出現(xiàn)后的承載力儲備，比按彈性理論計算更為合理且節(jié)省材料，但會導致使用階段構(gòu)件的變形較大，應力水平較高，裂縫寬度較大。因此在下列情況不能適用，應按彈性理論進行設計。(1)直接承受動力荷載作用的構(gòu)件；(2)裂縫控制等級為一級和二級的構(gòu)件；(3)重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如主梁第29頁，共32頁，2023年，2月20日，星期四調(diào)幅法彎矩調(diào)幅法簡稱調(diào)幅法，它是在彈性彎矩的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要，適當調(diào)整某些截面彎矩值。通常對那些彎矩絕對值較大的截面進行彎矩調(diào)整，然后按調(diào)整后的內(nèi)力進行截面設計和配筋