中英刚架的强度和延性

刚架的强度和延性我们需要研究钢筋混凝土刚架在接近或达到极限荷载是的性能，以求解其弯矩、剪力和轴力的可能分布，而这些内力将用于设计中。当到达极限荷载时，若危险截面具有充分的延性而允许内力重分布，那么采用和线性弹性结构分析所给出的不同的弯矩和力的分布是可能的。此外，在受地震的国家中，当结构承受地震荷载时，设计上更为重要的方面则是结构的延性。因为现代抗震设计的原理是在大地震是，需借助非弹性变形来吸收能量。上述在极限荷载下的这些性能，都决定于构件的变形特性，对于刚架，主要取决于弯矩—曲率关系。土11.1为某截面典型的弯矩曲率关系曲线，在极限弯矩作用下，其受拉钢筋到达屈服。该曲率曲线图中标明了混凝土初裂、受拉钢筋开始屈服与混凝土开始压碎等点。一个具有延性的截面，是当截面在超过屈服曲率以后而接近到很大的极限曲率时，仍能保持其抗弯能力。1.弯矩重分配和塑性铰转角由于钢筋混凝土截面的弯矩曲率关系的非线性性质，当结构受荷载达到或超过使用荷载范围时，将会引起相对弯矩值的某些调整。特别的是，由于某些截面的塑性转动，则有可能假定与弹性结构分析有所不同的弯矩分布，和所有正负弯矩的危险截面都达到它们的极限值以抵抗极限荷载。这种弯矩的重分配，对超静定结构的极限荷载值将有显著的影响。因此，如果塑性铰有充分的转动能力可以利用，那么在极限荷载下，弯矩的分布将和弹性方法计算所得有显著的不同，且和截面的极限抵抗弯矩有关。在钢筋混凝土结构中，首次形成的塑性铰，它的延性不足以产生充分的弯矩重分布，而使各控制截面都达到极限弯矩，因此，如果依赖弯矩的重分布，则必须保证塑性铰有充分的延性可以利用。2.计算假定假定所有截面在达到极限弯矩之前具有相等的抗弯刚度。这一假定仅在荷载较低、混凝土开裂以前才是正确。当梁开裂区段内抗弯刚度降低，沿构件长度上抗弯刚度的变化使得弯矩的分布不同于按弹性理论用等刚度所求得的结果。随着荷载的继续增加，裂缝随之增加，因而抗弯刚度和弯矩将再次修正。在构件含有不同的正负钢筋含量时，这种效应尤为显著；在T形梁中更严重，因为负弯矩区的翼缘开裂，它的抗弯刚度降低的程度甚于正弯矩区腹板的开裂。这种沿梁长而变化的抗弯刚度，它将影响极限荷载下弯矩进行完全分配所需的塑性转角。严格的讲，截面开裂对抗弯刚度的影响在确定极限荷载作用下塑性铰转角时应考虑进去。假定所有的弯矩曲率关系在屈服后具有水平段，在此段内保持一个不变的极限弯矩值。这个假定只是在初始屈服后实际的弯矩曲率关系与其相接近而已；如图11.1在钢筋开始屈服后，曲线至极限弯矩尚有一个上升阶段，所以正负弯矩控制截面不能同时达到极限弯矩，因为这些截面的曲率将在弯矩曲率曲线上的不同点上。显然，假定所有的控制截面同时存在极限弯矩，则将给出极限荷载的不安全值。举例来说：若受次屈服的弯矩值为My=0.9Mu，Mu为极限弯矩，从而计算出极限荷载的误差为5%显然，若取最后一个塑性铰形成时达到的屈服弯矩作为极限弯矩，而My又显著小于极限弯矩，那么计算所得极限荷载将有显著的误差。可见，对于钢筋混凝土框架要精确地去计算产生弯矩完全重分布所需的塑性铰转角及它的荷载值是困难的事。然而若设计时需依赖弯矩的重分布，那么必须保证控制截面能利用的延性要超过刚才讨论的理论计算所需的延性。3.刚架的全过程分析钢筋混凝土刚架，自零到极限荷载下的任一荷载阶段，它的弯矩、剪力、轴力和变形都可以用静力平衡和变形协调条件而求得，但需知截面的弯矩曲率关系。然而弯矩曲率关系的非线性引起了困难，因此一些需要随着荷载的增大采用逐步追踪的方法，同样，在轴力、弯矩兼受的截面，其弯矩曲率关系，不仅决定于截面的几何性质和材料性质，而且还决定于轴力的大小。这种相互关系表明：随着荷载的按级增大每个截面的弯矩曲率关系必须重新计算。逐次线性逼近的方法。可以用来跟踪从零到极限荷载全过程中刚架的性质。此法将刚架的构件沿长度分成许多小单元。在每一荷载值下，各单元相应于该时的轴力与弯矩的弯曲刚度（EI=M/Φ）可以从弯矩曲率关系中的相应点得到。在初始的荷载增量中，假定构件未开裂，因此按未开裂的截面刚度来求变形。在每一级荷载增量时，都要查对每一单元是否到达开裂弯矩，若已达到，则单元的弯曲刚度要根据已开裂断面重新计算，刚架内力也需重算。在某一荷载值下，这个步骤要重复到所以的弯曲刚度都正确为止。当荷载较大时，单元应力进入非弹性阶段，则每个单元的刚度要调整到弯矩曲率关系的相应点。最后，随着荷载继续增加，塑性铰分布整个刚架，并形成破坏机构，而达到极限荷载，刚架就不能再承担荷载了。摘自：《reinforcedconcretestructures》R.ParkandT.Paulay著匹S由trengt严hand暖D悄uctili勉ty时of祝Frame耗C号onside细ration塌ofth另ebeha饥vioro决f赴reinf亦orced霸concre喇tefra唇me帮sata秘nd匆near呆the缠ult贵im攻a走t价e挪load亩is批necess多ary膏to傻determ躲ine资the新possib村ledis搏tribut神ionso窝fbend倡ingmo昂ment足,shea活r统force,闯含andax伴ialfo摧rceth公atcou盛ldbe摔usedi券ndesi歌gn.薪输Itis趁possi腥ble岩touse确a肿distri闯bution挎of验momen胀tsand烧force间sdiff革erent悬from丘thatg乏ivenb竿yline俊arela惰stics洪tructu功ralan加alysis娱ifth制ecrit耻icals工ection诵shave脑suffi做cient腿ducti络lityt获oallo伞wredi枪stribu奋tion避ofact应ionst转ooccu仓rast绣heult岁imate孤loadi呼sappr形oached鲜.骑A龟lso,税宫incou堪ntries础that冒experi激encee四arthqu鸡akes扯,惭afur企theri患mporta溉ntdes刊ignas直pecti碍sthe牛ductil较ityof挨thes爪tructu停rewhe奖nsubj胶ected等tosei另smic衡-type储loadin倾g,sin侨cepre坡sents届eismic洋desig泛nphil慨osophy敌relie德sone框nergy膊dissip乔ation休byine址lastic心defor献mation积sint仪heeve驼ntof艺major竿earthq超uakes.敬B础othth喇eseas肌pects传ofbeh录avior眼atult闯imate睁loadd夺epend捡onthe政defor准mation痒chara暗cteris从ticso搏fthe列member浴s,whi贼chfor春frame雨sdepe卧ndmai疼nlyon霜ther蜂elatio京nship乱betwee接nmome哑ntand招cur侄vature具.Figu用re疏11.1海gives获atyp蓄icalm于oment-寸curvat情urecu汇rvefo持rase隶ction足inwhi辫chthe原tensi坐onste伸elis叮atthe钟yield耽stren挽gthat眯theu房ltimat舰emome里nt.Th依ecurv车eism乒arked孤toind茫icate沃points师atwh垒ichth释econc始retes芹tarts露tocra存ck,th芒etens或ionst笼eelbe芦ginst纲oyiel摸d,and毅spall桥ingan义dcrus弓hingo中fthe街concre跃tecom餐mences笑.Adu签ctile尽s椅ection顶isca疏pable厨ofmai距ntaini防ngmom符entca杏pacity心atne踏arthe沫ultim万ateva伶luefo土rlarg拿ecurv另atures遵beyon火dthe闪curvat厚ureat搜first骨yield率.竖土1.Mom犁entre盟distri丈bution庙andp门lastic别hinge观叔rotati拆on浴I适tise碍vident荐that俘theno厕nlinea刷rnatu者reof护themo虾ment-c棵urvatu献rerel雕ations败hipfo群rrein鞋forced郊concr迎etese宏ctions慰will止cause就somea磁djustm基entto喷ther辩elativ闻evalu鱼esof恢thebe寺nding巡moment物sift胸hestr题ucture杠islo踩adedi河ntoan眼dbeyo侨ndthe烛servi叹celoa倒drang饼e.In坚partic杯ular,误becaus删eofp巴lastic我rotat侧ionsa坛tsome所secti吗ons,i固tisp懒ossibl签efor挪thebe免nding丢moment跨stoa镰ssume狮apatt慢erndi族fferen偶tfrom幼that泪derive吹dfrom刷linea伐relas拆ticst铃ructur流alana挎lysis,拨andf尸orall崇thec知ritica稻lposi蕉tivea摆ndneg饼ative溪moment贵secti勤onsto稳reach骨their内ultim纤atemo浮ments圣ofres猜istanc驴eatt友heult丘imate学load.皱Thusm却oment铁redist评ributi竿oncan芒have捐amark舌edinf肆luence扔onth附eulti衰matel享oadof州asta恼ticall耕yinde霸termin殃atest福ructur甲e.舞捏T僵herefo拌re,if治suffi滩cient迫rotati壤oncap玩acity旬ofthe难plast稻ichin平gesis盘avail妇able,吩thebe馒nding靠moment宝distr隆ibutio毙natt猾heult仓imate街loadm呜aybe源quite滴differ恶entfr涛omtha参tcalc滨ulated赢using糟elast仿icthe达oryan渣dwill昨depen津dont财heult撇imate签moment合sofr辨esista滤nceof催thes怒ection测s.In范reinfo趁rcedc宇oncret镰estru滚ctures南,the痰ductil里ityat予thef炎irstp毒lastic楼hinge袖stof等ormma佣ybei自nsuffi穷cient可toena绞blefu饼llred钻istrib为ution毅ofmom封entst蜡otake蒙place输with涛theul割timate毁momen茶tate利achcr召itical耗secti惧on.Th裙usif答moment得redis餐tribut陡ionis盾tobe揪relie讲don,遗theav聚ailabi栏lityo加fsuff落icient洽ducti口litya赖tthe叔plasti尘ching谅esmus句tbee电nsured缺.感2愤.们名Calcul棒ation猛assump犬tions晚A烛llsec钩tions旅werea她ssumed汉toha闸vethe与same摄consta咐ntfle业xural那rigidi辟tyEI染upto遗theul坝timate墨momen逢t.Thi楚sassu柿mption霸ison因lyacc稀urate航atlow挖loads泳befor殖ecrac荣kingo踩fthe村concre柳tecom宋mences伴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