鋼筋混凝土梁剛接 鉸接定義及處理方法
1、理論力學中剛接 鉸接的定義
理論力學中,當該節點不產生彎矩可定義為鉸接,當產生支座負彎矩時,可定義為剛接;、
2、混凝土結構中剛接 鉸接的定義
對于梁柱節點,當柱子線剛度i2>20 i1(強柱弱梁)時,i1為梁線剛度,i2為柱線剛度,i=EI/L,梁端可以按完全固接計算,此時梁端彎矩誤差在5%以內,反之i1>20i2,強梁弱柱,梁端可以按完全鉸接計算;線剛度20 倍是什么概念,假設L1=L2,b柱 =b梁, 則意味著h1>2.7h2,h1為梁截面高度,h2為柱截面高度,此時可假設梁為剛性梁,則在水平荷載作用下,節點主要位移是水平位移,可以忽略轉角。
實際工程中,理想鉸接不存在。因為混凝土梁柱節點是現澆的,而且該節點至少有構造鋼筋。在外力作用下,設計為鉸接的節點實際會產生一定數值的彎矩。
在SATWE軟件中,所有構件的受力都是按剛度分配,次梁梁端點鉸后,仍然有剛度存在,也就會分配到力,也從另一個方法說明了不存在彎矩為0的理想鉸接。在混凝土結構中將能承擔一定彎矩的鉸接點稱為塑性鉸。
強柱弱梁時,柱相對線剛度比梁大很多,在外力作用下,梁端變形受到了柱的約束,在兩端產生了支座負彎矩,該負彎矩與外力荷載基本成正比。外力荷載較大時,支座負彎矩也較大,導致梁端支座處鋼筋較密集,不利于施工。此時可人為將該梁端設計為塑性鉸,降低其支座負彎矩。在混凝土結構中,鉸接其實為塑性鉸。當梁端彎矩較大,超出了該梁截面的受彎承載力后,該節點分擔的支座負彎矩不再增加,等于受彎承載力,不隨外力荷載而變化。塑性鉸彎矩數值一般較剛接狀態下的彎矩數值小。塑性鉸設計的本質是彎矩調幅,控制混凝土梁在受力過程的約束條件,釋放彎矩。
4、鋼筋混凝土梁剛接 鉸接的選擇原則
1)與剪力墻平面外相連的梁按鉸接處理
原因是剪力墻平面外剛度為0,無法約束梁端變形;
2)支座處左右兩端梁頂標高相差太大,導致支座負筋無法連通,可按鉸接處理
3)次梁與主梁的交點可設計為剛接或鉸接,但必須滿足11G101圖集要求。
4)節點為剛接點有兩個前提條件:強柱弱梁的線剛度比要求;梁鋼筋錨入支座的長度要求;不滿足其中任一條件時,都可能點絞;對于抗震框架梁節點,不管為剛接還是鉸接,其鋼筋錨入支座的水平段長度必須滿足0.4Lae.
4、SATWE非框架梁點絞算例
該算例中,次梁都按主梁輸入,一個次梁點鉸,一個次梁不點鉸,一個取消次梁。
圖1、圖2 說明按主梁輸入的次梁在點鉸后,會影響側向剛度計算,但很微弱。圖3說明,次梁對整體側向剛度的貢獻:14938/14590=1.0239。僅僅2.39%,不會超過5%。
圖4、圖5 的周期繼續說明次梁的剛度貢獻微弱,點鉸不點鉸對整體結構的計算都并沒有影響。
對于框架結構中,有效抗側力結構是由框架梁、框架柱組成。而框架結構中的次梁是樓板的組成部分,承受豎向荷載并傳遞給框架梁,有抗震設計與無抗震設計一樣可不考慮延性,次梁箍筋按剪力確定,構造按非抗震時梁的要求,沒有135°彎鉤及10倍直徑直線段的要求,次梁跨中上鐵可設架立筋。所以次梁不參與抗震設計。
值得注意的是,以上的鉸接處理,是需要人工進行判斷的,并不是什么都可以點鉸,過多的鉸接會讓結構產生大量的塑性內力重分布,內力分配不合理因素加大,使得計算結果的失真。結構分析應真實可靠。同時注意不要讓結構產生機構,也就是幾何可變體系。
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