混凝土的抗震性

混凝土的抗震性第1頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月16.1結(jié)構(gòu)抗（地）震性能的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)在地震時發(fā)生的相應(yīng)運(yùn)動稱為地震反應(yīng)，包括位移、速度、加速度。同時，結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生很大的內(nèi)力（應(yīng)力）和變形，當(dāng)它們超過了材料和構(gòu)件的各項(xiàng)極限值后，結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)不同程度的各種破壞現(xiàn)象，例如混凝土裂縫，鋼筋屈服，顯著的殘余變形，局部的破損，碎塊或構(gòu)件墜落，整體結(jié)構(gòu)傾斜，甚至倒塌等等。第2頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月在震中區(qū)附近，地面運(yùn)動的垂直方向振動激烈，且頻率高，水平方向振動較弱；距震較遠(yuǎn)處，垂直方向的振動衰減快，對地震區(qū)的大部分建筑而言，水平方向的振動是引起結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈反應(yīng)和破壞的主要因素。第3頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下受力性能的主要特點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)的抗震能力和安全性，不僅取決于構(gòu)件的靜承載力，還在很大程度上取決于變形性能和動力響應(yīng)。屈服后的工作階段荷載的低周反復(fù)作用變形大第4頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月16.2單調(diào)荷載下的延性延性的概念結(jié)構(gòu)（材料）的宏觀力學(xué)性能，力-變形曲線在臨近最大承載力的上下有可觀的平臺，即能夠經(jīng)受很大的變形，而承載力沒有顯著降低。第5頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月延性結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性破壞前有明顯預(yù)兆，破壞過程緩慢，因而采用偏小的計(jì)算安全系數(shù)或可靠度出現(xiàn)非預(yù)計(jì)荷載（偶然超載，荷載反向，溫度升高或基礎(chǔ)沉降等引起附加內(nèi)力的情況下）有較強(qiáng)承受和抗衡能力有利于實(shí)現(xiàn)超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力充分重分布，提高結(jié)構(gòu)承載力，充分利用材料效能承受動力作用（振動、地震、爆炸等）情況下，減小慣性力，吸收更大動能，減輕破壞程度，有利于修復(fù)第7頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月延性比：在保持結(jié)構(gòu)或材料的基本承載能力的情況下，極限變形Du和初始變形Dy的比值第8頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月確定初始屈服點(diǎn)①能量等值法②幾何作圖法確定極限點(diǎn)①取最大承載力下降15%②取混凝土達(dá)極限應(yīng)變值第9頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月延性比的計(jì)算方法第11頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月——鋼筋剛屈服和混凝土達(dá)極限應(yīng)變時的截面壓區(qū)相對高度第13頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月影響構(gòu)建延性比的主要因素①受拉鋼筋的含鋼率和軸壓比的增大，使極限狀態(tài)時的壓區(qū)高度加大，延性減?、谑軌簠^(qū)配置鋼筋和提高混凝土強(qiáng)度等級，使壓區(qū)高度減小，延性增大③提高受拉鋼筋的屈服強(qiáng)度，使屈服曲率增大，延性比下降④構(gòu)件加密箍筋，構(gòu)成約束混凝土，增大了混凝土極限壓應(yīng)變，有利延性第15頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月保證結(jié)構(gòu)延性的一系列措施設(shè)計(jì)原則中要求“柱強(qiáng)于梁”、“剪強(qiáng)于彎”和“節(jié)點(diǎn)強(qiáng)于構(gòu)件”，避免脆性破壞限制或減小截面的極限壓區(qū)高度、軸壓比、配筋率最大值和高強(qiáng)度等級鋼筋的使用增大最小含鋼率，加長錨固長度，加密箍筋等第16頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性區(qū)轉(zhuǎn)角鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在荷載作用下，當(dāng)部分區(qū)段內(nèi)的鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，但截面彎矩仍小于其極限值時，在最大彎矩截面兩側(cè)形成一個塑性變形區(qū)。此區(qū)段內(nèi)鋼筋的塑性伸長大，曲率大大地超過構(gòu)件的其他部分，形成一個局部的集中轉(zhuǎn)角，稱為塑性（鉸）轉(zhuǎn)角第17頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月形成塑性轉(zhuǎn)角加大結(jié)構(gòu)變形發(fā)生內(nèi)力重分布第19頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月隨著荷載和截面最大彎矩的增大，塑性區(qū)的長度和塑性轉(zhuǎn)角繼續(xù)加大。當(dāng)截面最大彎矩達(dá)到極限彎矩時，轉(zhuǎn)角值也達(dá)到構(gòu)件的極限塑性轉(zhuǎn)角，即構(gòu)件塑性區(qū)的極限轉(zhuǎn)動能力第20頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月16.3低周反復(fù)荷載下的滯回特性第22頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月滯回曲線的一般特點(diǎn)鋼筋屈服前，構(gòu)件雖已出現(xiàn)裂縫和混凝土塑性變形，但總變形不大，加載曲線斜率變化小，殘余變形也小，正反加載各一次的滯回環(huán)不明顯受拉鋼筋屈服后，混凝土受拉裂縫不斷開展，鋼筋拉應(yīng)變和混凝土的壓應(yīng)變逐漸積累增大，總變形增加，此時正反加卸載曲線呈現(xiàn)出一些特點(diǎn)：第23頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月加載曲線——每一次加載過程，曲線的斜率隨荷載的增大而減小，且減小的程度加快；比較各次同向加載曲線，后次曲線比前次的斜率逐漸減小，說明了反復(fù)荷載作用下構(gòu)件的剛度退化。數(shù)次反復(fù)荷載以后，加載曲線出現(xiàn)反彎點(diǎn)，形成捏攏現(xiàn)象，且捏攏程度逐次增大。第25頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月卸載曲線——剛開始卸載時曲線陡峭，恢復(fù)變形很小。荷載減小后曲線趨向平緩，恢復(fù)變形逐漸加快（恢復(fù)變形滯后現(xiàn)象）。曲線的斜率隨反復(fù)加卸載次數(shù)而減小，表明構(gòu)件卸載剛度的退化。全部卸載后，構(gòu)件留有殘余變形，其值隨反復(fù)加卸載次數(shù)不斷地積累增大。第26頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月捏攏現(xiàn)象第27頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋混凝土構(gòu)件滯回曲線的捏攏程度主要取決于混凝土受拉裂縫的開展寬度、受拉鋼筋的伸長應(yīng)變、鋼筋與混凝土相對滑移，以及混凝土受壓塑性變形的積累、中和軸的變化等滯回環(huán)對角線的斜率反映構(gòu)件總體剛度，包圍的面積則是荷載正反交變一周時結(jié)構(gòu)所吸收的能量第28頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月多種受力狀態(tài)的滯回曲線①配筋率②軸壓比③短柱剪切④剪力墻⑤鋼筋與混凝土的粘結(jié)-滑移⑥梁柱節(jié)點(diǎn)第30頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月配筋率第31頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月不難看出，提高縱向配筋率，對于構(gòu)件的滯回特性和延性都有明顯改善，滯回環(huán)包圍面積增加，捏攏現(xiàn)象緩解，耗能能力增強(qiáng)，剛度增大，有利抗震。第32頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月軸壓比第33頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月軸壓比低，滯回環(huán)豐滿，延性好，捏攏現(xiàn)象不明顯第34頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月短柱剪切第35頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月剪力墻第36頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋與混凝土粘結(jié)-滑移第37頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月梁柱節(jié)點(diǎn)第38頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月恢復(fù)力模型建立截面性能恢復(fù)力模型的原則①以材料本構(gòu)關(guān)系為基礎(chǔ)②假設(shè)構(gòu)件符合平均平截面變形的條件③建立內(nèi)外力平衡方程

第39頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月三線型退化恢復(fù)力模型第40頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月骨架線——由構(gòu)件的混凝土受拉開裂、受拉鋼筋屈服和極限狀態(tài)時的三個點(diǎn)相連得到卸載線——取為斜直線，斜率隨開始卸載時的彎矩或曲率值變化再加載線——由一個方向卸載至M=0，以此時殘余曲率為起點(diǎn)反向加載，與上一循環(huán)曾達(dá)到最高點(diǎn)直線相連。如果該最高點(diǎn)未超過開裂點(diǎn)（或鋼筋屈服點(diǎn)），則與此特征點(diǎn)相連，再沿骨架線前進(jìn)。第41頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第17章疲勞性能第42頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)疲勞：結(jié)構(gòu)在其內(nèi)力低于靜承載力的多次作用后發(fā)生破壞的現(xiàn)象發(fā)生疲勞破壞一般原因：材料內(nèi)部存在細(xì)微缺陷第43頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月17.1混凝土的疲勞性能第44頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第45頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月可將混凝土的疲勞破壞過程分成3個階段：①試件內(nèi)薄弱區(qū)形成初始裂縫，應(yīng)變增長較快②裂縫穩(wěn)定發(fā)展，應(yīng)變增加緩慢③裂縫不穩(wěn)定擴(kuò)展，應(yīng)變發(fā)散第46頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月等幅度和變幅度第48頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月影響因素和計(jì)算式除應(yīng)力變化幅度外，另有：應(yīng)力梯度混凝土的材料和組成加載頻率受拉疲勞強(qiáng)度第49頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)力梯度第50頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月混凝土的材料和組成無直接影響，但通過影響混凝土的抗壓強(qiáng)度而間接反映高強(qiáng)度混凝土的內(nèi)部缺陷較少，相對疲勞強(qiáng)度偏高，輕骨料混凝土剛好相反。（？）第51頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月加載頻率頻率在100-900次/min之間，對混凝土疲勞強(qiáng)度無明顯影響加載速度很慢，徐變出現(xiàn)多，疲勞強(qiáng)度降低第52頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月受拉疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明，無論軸心受拉、劈拉和彎曲受拉的混凝土疲勞強(qiáng)度，其相對值都與其抗拉強(qiáng)度相一致，但在拉-壓反復(fù)作用下，混凝土疲勞強(qiáng)度，低于重復(fù)受拉的混凝土疲勞強(qiáng)度。第53頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月17.2鋼筋的疲勞性能第55頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第56頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋疲勞破壞過程分3階段①形成初始裂紋（初始缺陷，應(yīng)力集中，滑移）②裂紋擴(kuò)展（重復(fù)作用，積累）③試件破壞（剩余有效面積，脆性斷裂）第57頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月影響鋼筋疲勞強(qiáng)度的因素主要因素：應(yīng)力變化幅度其他因素：外形和直徑強(qiáng)度等級鋼筋的加工和環(huán)境加載頻率第59頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月簡化計(jì)算式或圖表第60頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第61頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月17.3鋼筋和混凝土粘結(jié)的疲勞性能在重復(fù)荷載作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由于鋼筋應(yīng)力的重復(fù)加卸載作用，粘結(jié)應(yīng)力的分布不斷變化，促使粘結(jié)損傷積累，相對滑移逐漸增大，粘結(jié)剛度減小，平均粘結(jié)強(qiáng)度降低。這些統(tǒng)稱為粘結(jié)的退化第62頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第65頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋混凝土粘結(jié)退化的原因和機(jī)理隨著荷載重復(fù)作用的次數(shù)增多，上述鋼筋粘結(jié)區(qū)的混凝土變形和損傷逐漸積累，鋼筋橫肋前的破損情況逐個地從加載端往自由端擴(kuò)展，加載端滑移區(qū)擴(kuò)大，試件總變形和滑移增加，鋼筋的拉應(yīng)力和粘結(jié)應(yīng)力分布也隨之變化。（不可恢復(fù)是一個重要特性）第66頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月17.4構(gòu)件的疲勞性能及其驗(yàn)算鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用階段存在受拉裂縫，重復(fù)荷載作用下力學(xué)性能退化，疲勞強(qiáng)度降低疲勞破壞一般只發(fā)生在使用階段存在裂縫的構(gòu)件第67頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月受彎疲勞鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，在荷載重復(fù)作用下的開裂彎矩小于一次加載的開裂彎矩，其比值取決于混凝土的抗拉疲勞強(qiáng)度，隨荷載重復(fù)次數(shù)增多而減小第68頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月絕大多數(shù)試件的破壞過程：梁內(nèi)一根縱筋首先受拉疲勞斷裂，其余鋼筋的應(yīng)力突增，裂縫開展，中和軸上移，壓區(qū)面積減小，材料損傷積累，其余縱筋才相繼疲勞斷裂一般取第一根主筋斷裂時的荷載重復(fù)次數(shù)作為構(gòu)件的疲勞壽命第70頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第71頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月疲勞荷載值

最小值取結(jié)構(gòu)自重和恒載，考慮有效預(yù)應(yīng)力；最大值取偏低的荷載標(biāo)準(zhǔn)值驗(yàn)算條件鋼筋混凝土疲勞應(yīng)力計(jì)算

第72頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月采用的基本假定：截面應(yīng)變保持平面受壓區(qū)混凝土應(yīng)力為三角形分布忽略中和軸下手拉去混凝土作用換算面積時，取混凝土疲勞變形模