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钢筋混凝土结构塑性分析

2020-04-09 21:01

钢筋混凝土超静定结构中,考虑由于混凝土开裂、钢筋及混凝土塑性变形所引起的内力重分布的内力计算方法。

对钢筋混凝土梁承载能力的塑性分析方法,基于塑性铰的出现。当截面受拉钢筋配筋率不是太大,且钢筋具有较长的流幅时,则当截面的弯矩使受拉钢筋首先屈服,截面进入屈服阶段后,仍可继续承受荷载,直到该截面受压区混凝土达到极限压应变而最后破坏为止。此时弯矩(M)与曲率(φ)的关系近似呈水平直线(图1)。这表明,当受拉钢筋进入屈服阶段后,该截面承担的弯矩(My)基本保持不变,但梁将围绕该截面发生相对的转动,犹如出现了一个铰一样,这个铰称为塑性铰。

图1 钢筋混凝土截面的弯矩—曲率关系

在静定结构中,塑性铰出现后结构将成为几何可变体系而失去承载能力。但在超静定结构中,出现一个塑性铰仅意味着减少一次超静定次数,结构仍可继续承载,直到塑性铰相继出现使结构变为几何可变体系为止。例如,图2(a)中的双跨连续梁加载后,中间支座截面(B)承担的弯矩首先达到截面极限弯矩而出现塑性铰[图2(b)]。继续加载时,此双跨梁并未破坏,而将如同两根简支梁一样工作,但在虚拟的简支梁端作用有定值极限弯矩(M)。此时,B截面的弯矩不再增加,而跨中弯矩增值很快,直至跨中也出现塑性铰后,此双跨梁才成为几何可变体系而破坏[图2(c)]。需要注意的是,先出现的塑性铰必须具有足够的转动能力,不能发生受压混凝土被压碎或斜截面受剪过早破坏等情况。同时应限制塑性铰转动过程中发生使用上不允许的过大的裂缝和变形。一般要对考虑塑性内力重分布计算的弯矩值与按弹性分析的弯矩值的差值,给以一定的限制。

图2 双跨连续梁的塑性铰发生过程

钢筋混凝土板的塑性分析通常可采用塑性铰线法。即认为板达到极限破坏时,形成一些直线的塑性铰线,把板分成若干板块。在塑性铰线上,截面承受固定不变的极限弯矩值,当板块绕塑性铰线相对转动时,根据荷载在各板块上做的外功与各塑性铰线上极限弯矩做的内功相等的原理(虚功法),就可求出板所能承担的极限荷载值。除此之外,板的塑性内力分析方法还有极限平衡法及条带法等。

应用考虑塑性内力重分布的方法分析超静定结构,能较准确地估计结构的承载能力,并能节省钢材,简化计算,合理配筋。但对于使用阶段不允许有裂缝或对裂缝开展和变形有严格要求的结构,以及处于侵蚀性环境中的结构或延性较差的结构,不宜采用此法。

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