高等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)-塑性鉸與內(nèi)力重分布.ppt

1、塑性鉸與內(nèi)力重分布,結(jié)構(gòu)的彈性分析：,假定應(yīng)力應(yīng)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(fù)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(wù)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(dāng)荷載達(dá)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(jìn)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(shè)計時的強度條件：,塑性設(shè)計時的強度條件：,計算假定：,材料為理想彈塑性材料。,彈性階段,-

2、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,-應(yīng)變與曲率關(guān)系,-應(yīng)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),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),塑性鉸,若截面彎矩達(dá)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。,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。,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。,A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,（1）彈性

3、理論不能反映材料的實際工作狀況； （2）按內(nèi)力包絡(luò)圖進(jìn)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,鋼筋混凝土塑性鉸概念,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。,塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力,塑性轉(zhuǎn)角及塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力（plastic rotation capacity）,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

4、， 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?等級低，箍筋用量多或受壓區(qū)縱筋較多時，都能增加混凝土的極限 壓縮變形。,塑性鉸的特點,（1） 塑性鉸實際上具有一定長度，分析時可認(rèn)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。,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,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，

5、原因為塑性鉸的轉(zhuǎn)動。,條件： （1） （2）適筋梁 （3）達(dá) 之前不 發(fā)生剪切破壞,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(fù)擔(dān)彎矩的差值，通常以相對值表達(dá) ：,塑性內(nèi)力重分布的設(shè)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(yīng)超過25%,超靜定結(jié)構(gòu)達(dá)到承載能力極限狀態(tài)的標(biāo)志不是一個截面達(dá)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

6、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；,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(shè)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(jìn)行設(shè)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(yù)期塑性鉸位置具有足夠的轉(zhuǎn)動能力。,保證充分內(nèi)力重分布的條件 相對受壓區(qū)高度x0.35 調(diào)幅系數(shù)不超過

7、20 宜用HRB235和HRB335級鋼筋，C20C45級混凝土 受剪箍筋比計算值增大20%,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(shè)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(shè)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(dá)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),雙向板傳力路徑,雙向板破壞形式,四邊固定板,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(dǎo)致使用階段構(gòu)件的變形較大，應(yīng)力水平較高，裂縫寬度較大。 因此在下列情況不能適用，應(yīng)按彈性理論進(jìn)行設(shè)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,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(dāng)調(diào)整某些截面彎矩值。通常對那些彎矩絕對