1、一、鋼筋混凝土塑性鉸介紹,2,受彎構(gòu)件中的受拉鉸,4,塑性鉸應(yīng)用與研究,1,塑性鉸概述,3,壓彎構(gòu)件中的受拉鉸,鋼筋混凝土受彎、偏壓等構(gòu)件的全受力過(guò)程中鋼筋屈服后，在荷載無(wú)明顯增加的情況下，截面的變形可以急劇增大，稱(chēng)出現(xiàn)了“塑性鉸”。,概念提出,一 塑性鉸概述,鋼筋混凝土塑性鉸分為受拉鉸和受壓鉸,塑性鉸分類(lèi),一 塑性鉸概述,受壓鉸（混凝土鉸）-受壓砼發(fā)生塑性變形 受拉鉸（鋼筋鉸）-受拉筋產(chǎn)生塑性變形 二者耗能機(jī)理不同可以通過(guò)彎矩塑性鉸轉(zhuǎn)角曲線(xiàn) 看出。,受拉鉸和受壓鉸的適用及注意,塑性鉸分類(lèi),一 塑性鉸概述,受拉鉸形成與發(fā)展,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,試驗(yàn)結(jié)果1,受拉鉸形成與發(fā)展,試驗(yàn)結(jié)果1表明：

2、1)一個(gè)小區(qū)段內(nèi)鋼筋達(dá)到流限，才能形成塑性鉸并反 應(yīng)到M-圖中，即受壓砼和受拉筋的塑性變形分布在 一個(gè)區(qū)域內(nèi)； 2)受壓塑性區(qū)長(zhǎng)度較短，受拉塑性區(qū)較長(zhǎng)； 3)光圓筋裂縫較少而集中，螺紋筋裂縫多而均勻； 4)整個(gè)塑性區(qū)長(zhǎng)度螺紋鋼筋比光圓鋼筋配筋的構(gòu)件長(zhǎng)。,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,受拉鉸形成與發(fā)展,實(shí)際上鋼筋會(huì)在一定長(zhǎng)度上屈服，受壓區(qū)砼的塑性 變形也在一定區(qū)域內(nèi)發(fā)展，而且混凝土和鋼筋間的 粘結(jié)作用也可能發(fā)生局部破壞。這些非彈性變形的 集中發(fā)展，使結(jié)構(gòu)的撓度和轉(zhuǎn)角迅速增大。,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,受拉鉸形成與發(fā)展,非彈性變形集中產(chǎn)生的區(qū)域理想化為集中于一個(gè)截 面上的塑性鉸，該區(qū)段的長(zhǎng)度稱(chēng)為塑性鉸長(zhǎng)度l

3、p。塑 性鉸形成于截面應(yīng)力狀態(tài)的第a階段，轉(zhuǎn)動(dòng)終止于 第IIIa階段，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角稱(chēng)為塑性鉸的轉(zhuǎn)角p。,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,受拉鉸形成與發(fā)展,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,試驗(yàn)結(jié)果2,受拉鉸形成與發(fā)展,試驗(yàn)結(jié)果2表明： 鋼筋屈服以前，梁任一截面曲率撓度都是“彈性”， 塑性鉸形成之后，梁所增加變形幾乎全部來(lái)自塑性鉸 轉(zhuǎn)動(dòng)，變形是塑性的。,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,受彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度,塑性鉸的兩個(gè)主要參數(shù)：曲率、塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度lp,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,受彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,問(wèn)題：怎樣求塑性鉸區(qū)計(jì)算長(zhǎng)度？,受彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,簡(jiǎn)化模型1,塑性鉸計(jì)算長(zhǎng)

4、度,受彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,簡(jiǎn)化模型2,塑性鉸區(qū)計(jì)算長(zhǎng)度,受彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,塑性鉸區(qū)計(jì)算長(zhǎng)度,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,試驗(yàn)結(jié)果,塑性鉸區(qū)計(jì)算長(zhǎng)度,試驗(yàn)結(jié)果分析： 1)彎剪裂縫的影響（圖a） 2)跨中最大曲率擴(kuò)展到lp0(圖b) 3)從lp0到lp的區(qū)間是從最大曲率過(guò)渡到屈服曲率的區(qū)段 (圖b),二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,受彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度,二 受彎構(gòu)件的受拉鉸,lp0試驗(yàn)分析,壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展,三 壓彎構(gòu)件中的受拉鉸,問(wèn)題的復(fù)雜性 1）軸向力的存在 2）斜向受力荷載角問(wèn)題 3）偏壓構(gòu)件接近等彎區(qū) 解決：開(kāi)槽鋼筋貼應(yīng)變片,壓彎構(gòu)件受拉

5、鉸形成和發(fā)展,三 壓彎構(gòu)件中的受拉鉸,主軸向受力壓彎構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果,壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展,三 壓彎構(gòu)件中的受拉鉸,試驗(yàn)結(jié)果表明： 1）軸向力使受壓塑性區(qū)增大，受拉塑性區(qū)減少； 2）壓彎構(gòu)件中，當(dāng)某一截面的鋼筋達(dá)到屈服后，屈服區(qū)砼應(yīng)變集中，隨著鋼筋屈服區(qū)增大，屈服滲透發(fā)展而形成塑性鉸； 3）鋼筋屈服只在一個(gè)較短區(qū)域內(nèi)集中。,斜向受力壓彎構(gòu)件,三 壓彎構(gòu)件中的受拉鉸,結(jié)論： 1）隨著軸壓比增加lp減小 2）隨著荷載角增加（045）， lp增加,壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展,三 壓彎構(gòu)件中的受拉鉸,斜向受力壓彎構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)論： 1）隨著軸壓比增加lp減小 2）隨著荷載角增加（045）， lp增加,

6、壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展,三 壓彎構(gòu)件中的受拉鉸,偏壓構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果,壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展,三 壓彎構(gòu)件中的受拉鉸,偏壓構(gòu)件試驗(yàn)說(shuō)明： 1)接近于受彎構(gòu)件等彎區(qū) 2)鋼筋應(yīng)變?cè)谇把貥?gòu)件普遍增長(zhǎng) 3)某一截面鋼筋先達(dá)到屈服后，以后的應(yīng)變同受彎構(gòu)件一樣仍然高度集中。 受拉鉸仍只在一個(gè)短區(qū)域內(nèi)形成和發(fā)展。,壓彎構(gòu)件受拉鉸形成和發(fā)展,三 壓彎構(gòu)件中的受拉鉸,小結(jié)：不論壓彎或偏壓構(gòu)件，不論主軸或斜向受力，受拉塑性鉸的形成和發(fā)展與受彎構(gòu)件十分相似。 因此一般多研究受彎構(gòu)件的受拉鉸。,壓彎構(gòu)件受拉塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度,三 壓彎構(gòu)件中的受拉鉸,四 塑性鉸法的應(yīng)用與研究,塑 性 鉸 的 應(yīng) 用,有限元,抗震,四

7、塑性鉸法的應(yīng)用與研究,1）在t步長(zhǎng)內(nèi)，計(jì)算結(jié)構(gòu)每一構(gòu)件兩端的彎矩增量Mi、 Mj， 2）判別每一構(gòu)件兩端彎矩與極限彎矩的關(guān)系； 3）調(diào)整每一構(gòu)件單元?jiǎng)偠染仃嚕纬尚碌目倓偠染仃嚕?4a）當(dāng)桿兩端均未形成塑性鉸時(shí)，仍用彈性單元?jiǎng)傟嚕?4b）當(dāng)單元的i端出現(xiàn)塑性鉸時(shí)，用i端為鉸、j端為固結(jié) 的單元?jiǎng)偠染仃嚕粗嗳唬?4c）當(dāng)單元的i和j端彎矩都出現(xiàn)塑性鉸時(shí)，對(duì)后期荷載 用i和j都為鉸的單元?jiǎng)偠染仃嚒?有限元中塑性鉸法基本思路,四 塑性鉸法的應(yīng)用與研究,有限元中塑性鉸法的優(yōu)缺點(diǎn),塑性鉸法可以方便地模擬結(jié)構(gòu)在不斷增加的荷載作用下相繼出現(xiàn)塑性鉸，以至成為機(jī)構(gòu)而破壞的過(guò)程，適用于極限荷載計(jì)算。,優(yōu)點(diǎn),四

8、 塑性鉸法的應(yīng)用與研究,有限元中塑性鉸法的優(yōu)缺點(diǎn),1）在加載過(guò)程中塑性鉸中的彎矩發(fā)生卸載，則塑性鉸可能消失。 2）桿結(jié)構(gòu)單元分析中形成塑性鉸后，需要在形成塑性鉸處增加節(jié)點(diǎn)，形成主從節(jié)點(diǎn)。 3）分析結(jié)構(gòu)極限荷載之前，需要知道各不同桿件在不同軸力作用下的屈服彎矩，即彎矩-軸力相互作用關(guān)系。,缺點(diǎn),四 塑性鉸法的應(yīng)用與研究,有限元中塑性鉸法流程圖,四 塑性鉸法的應(yīng)用與研究,橋梁抗震中塑性鉸的應(yīng)用,采用能力設(shè)計(jì)方法進(jìn)行延性抗震設(shè)計(jì)，目前已經(jīng)被各國(guó)的規(guī)范所接受。 能力設(shè)計(jì)方法：在結(jié)構(gòu)體系中的延性構(gòu)件和能力保護(hù)構(gòu)件之間建立強(qiáng)度安全等級(jí)的差異，以確保結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生脆性破壞模式。 能力設(shè)計(jì)方法中塑性鉸出現(xiàn)的位置

9、預(yù)先選擇，出現(xiàn)在預(yù)定的構(gòu)件部位。,四 塑性鉸法的應(yīng)用與研究,橋梁抗震中塑性鉸的應(yīng)用,延性抗震體系，主要通過(guò)選擇合適的彈塑性變形、耗能部位、延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期、耗散地震能量，從而減小地震反應(yīng)。 鋼筋混凝土墩柱橋梁，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，墩柱宜作為延性構(gòu)件設(shè)計(jì)。橋梁基礎(chǔ)、蓋梁、梁體和結(jié)點(diǎn)宜作為能力保護(hù)構(gòu)件。墩柱的抗剪強(qiáng)度宜按能力保護(hù)原則設(shè)計(jì)。,四 塑性鉸法的應(yīng)用與研究,橋梁抗震中塑性鉸的應(yīng)用,沿順橋向，連續(xù)梁、簡(jiǎn)支梁橋墩柱的底部區(qū)域，連續(xù)剛構(gòu)橋墩柱的端部區(qū)域?yàn)樗苄糟q區(qū)域；沿橫橋向，單柱墩的底部區(qū)域、雙柱墩或多柱墩的端部區(qū)域?yàn)樗苄糟q區(qū)域。,四 塑性鉸法的應(yīng)用與研究,橋梁抗震中塑性鉸的應(yīng)用,四 塑性鉸法的應(yīng)用與研究,橋梁抗震中塑性鉸的應(yīng)用,如前所述，一個(gè)重要的問(wèn)題仍然是求解等效塑性鉸的長(zhǎng)度,雖然可以采用積分計(jì)算，但由于實(shí)際的曲率分布函數(shù)難以確定，理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果往往不吻合。應(yīng)用中，多以試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估計(jì)。,四 塑性鉸法的應(yīng)用與研究,橋梁抗震中塑性鉸的應(yīng)用,四 塑性鉸法的應(yīng)用與研究,塑性鉸研究現(xiàn)狀,塑性鉸研究,受彎構(gòu)件,壓彎構(gòu)件,四 塑性鉸法的應(yīng)用與研