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塑性鉸理解

塑性鉸理解

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*   什么是塑性鉸   *
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1、適筋梁(或柱,當主要是梁)受拉縱筋屈服后,截面可以有較大轉角,形成類似于鉸一樣的效果。稱作塑性鉸。
2、塑性鉸是一種特殊的鉸,它能承受一定方向的彎矩,這是它區別于一般鉸最本質的特征。在抗震設計中,做到強柱弱梁就是為了保證讓梁出現塑性鉸,此時梁的變形較大,但是還能受力。塑性鉸對抗震設計來說,是一個重要的概念,因為在塑性鉸形成的過程中能吸取大量的地震能量,所以在設計中恰到好處地設計塑性鉸形成的位置(比如在梁端而不是柱),可有效降低震害,不至于出現迅速倒塌的后果(滿足抗震設防要求)
3、塑性鉸與一般理想鉸的區別在于:塑性鉸不是集中在一點,而是形成一小段局部變形很大的區域;塑性鉸為單向鉸,僅能沿彎矩作用方向產生一定限度的轉動,而理想鉸不能承受彎矩,但可以自由轉動;塑性鉸在鋼筋屈服后形成,截面能承受一定的彎矩,但轉動能力受到縱筋配筋率、鋼筋種類和砼極限壓應變的限制。 配筋率越大或截面相對受壓區高度越大,塑性鉸的轉動能力卻越小。

 

對于直接承受動荷載的構件,以及要求不出現裂縫或處于侵蝕環境等情況下的結構,不應采用考慮塑性內力充分布的分析方法。

《高規》5.23.3條指出,在豎向作用下,可考慮框架梁端塑性變形內力重分布,對梁端負彎矩乘以調幅系數進行調幅。

       為什么要進行支座負彎矩調幅呢?

        彎矩調幅來源于受力全過程和截面的塑性特性。要理解彎矩調幅首先要知道塑性鉸的概念,塑性鉸主要來源于鋼筋屈服以及混凝土塑性變形所產生的塑性,它的力學特征是在截面所承受的彎矩不變的情況下有一定的轉動能力,(類似于鉸,區別在于鉸不能承受彎矩,而塑性鉸可以承受彎矩)。塑性鉸的的出現導致了連續梁的內力重分布,負彎矩的彎矩保持不變,而跨中彎矩增大,最終跨中也達到極限承載力而破壞!

所以考慮塑性內力重分布的受力過程是:第一階段:首先荷載較小,跨中支座彎矩線形增加,支座彎矩大于跨中彎矩(支座彎矩始終是大于跨中彎矩的)。隨著荷載增大,支座達到承載能力極限,形成塑性鉸。進入第二階段:此時支座彎矩不變(事實上還有小許增加),跨中彎矩繼續增加,最后跨中也出現塑性鉸,結構成為機動體系,結構破壞。

在工程設計中,每次按兩階段來設計不僅繁瑣,而且增加難度;因此引入了彎矩調幅這個方法,彎矩調幅,通過調低支座彎矩,來實現內力重分布的目的,但是調幅的目的不是簡單的調低彎矩,而是調整跨中和支座的負彎矩!因此可以不變支座配筋通過增加跨中配筋來提高構件的極限承載力,也可以通過減少支座配筋(同時可能要增加跨中配筋)來保持按彈性計算所需的承載力。

總結:彎矩調幅法是考慮塑性內力重分布的分析方法,是與彈性設計相對的。其目的是增加構件的承載能力,充分發揮材料(混凝土)的能力。所以用了彎矩調幅法,不一定要減少支座配筋。這里的關鍵是塑性鉸和內力重分布。這跟抗震里的“強柱弱梁”沒有本質的聯系,千萬不要再說強柱弱梁,事實上對負彎矩調幅后是有利于抗震的。對于彎矩調幅法也不是到處能用的,對于承受動力荷載,使用上要求不出現裂縫的以及處于腐蝕性環境的都不能用該方法。

支座負彎矩調幅的優點:

1、求得結構的經濟。充分挖掘混凝土結構的潛力和利用其優點。增加支座的配筋不如增加跨中的配筋來的經濟,因為跨中還可以利用T形截面的優勢,而支座不能。

2、增加結構的抗震性能及可靠度。

3、使得內力均勻。框架結構的邊框架柱子頂層,這里如果不調幅的話,柱子的配筋是比較大的。

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