鋼筋受力性能和正截面強(qiáng)度

1、2 鋼筋受力性能v 混凝土結(jié)構(gòu)所用鋼筋有兩類(lèi)： 一類(lèi)有物理屈服點(diǎn)，如熱軋鋼筋 一類(lèi)是無(wú)物理屈服點(diǎn)鋼筋，如高強(qiáng) 鋼絲 、鋼絞線(xiàn)及熱處理鋼筋v2.1 熱軋鋼筋 1、 種類(lèi)分為： HPB235級(jí) HPB335級(jí) HPB400級(jí),目前正研究應(yīng)用500級(jí)鋼筋2 鋼筋受力性能2 鋼筋受力性能v2、強(qiáng)度 1） 標(biāo)準(zhǔn)值 取鋼材質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的廢品限值，即： ， 保證率為97.75% 2） 設(shè)計(jì)值 3、延伸率 1） 極限延伸率 ykf1 . 1/ykyff ddl55%152 鋼筋受力性能2 鋼筋受力性能v2） 對(duì)應(yīng)的拉應(yīng)變 表示均勻延伸率v 要求：2.2高強(qiáng)鋼絲和鋼筋 1、種類(lèi) 消除應(yīng)力鋼絲： 光面鋼絲 螺旋肋

2、鋼絲 刻痕鋼絲 鋼絞線(xiàn)： 熱處理鋼筋： d=6 ， 8.2 ， 10tufgt%5 . 2gt31712 鋼筋受力性能v2、強(qiáng)度 （1）標(biāo)準(zhǔn)值 原規(guī)范： ，殘余應(yīng)變0.002 （0.70.95） 目前：v（2）設(shè)計(jì)值ptkykff85. 0ptkykyfff7083.02.1/2 .0ykf2 鋼筋受力性能2 鋼筋受力性能v2.3、抗壓強(qiáng)度v一般認(rèn)為熱軋鋼筋實(shí)測(cè)抗壓屈服強(qiáng)度與抗拉屈服強(qiáng)度相同。（查證）v2.4、鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)單調(diào)加載時(shí)2 鋼筋受力性能v2.5、鋼筋的受拉硬化2 鋼筋受力性能v2.6、拉、壓反復(fù)作用3 正截面強(qiáng)度v3.1、概述v1、控制截面v 在M、N共同作用下，典型的梁、柱

3、、墻 的控制截面（內(nèi)力最大的截面）如下：v 梁：簡(jiǎn)支梁 跨中截面v連續(xù)梁 左右支座截面v 跨中截面（邊跨近似為內(nèi)力最大）v柱： 下、上端截面v墻： 墻底截面v 縱筋有變化的截面3 正截面強(qiáng)度v 2、極限狀態(tài)v 以矩形截面為例，對(duì)稱(chēng)配筋時(shí)正截面的承載力極限狀態(tài)可以大致分為8種：v a、軸心受壓 全截面均勻受壓，v b、小偏心受壓偏心距小時(shí)，全截面受壓 v c、小偏心受壓偏心距較大時(shí)，受拉鋼筋未屈服v d、大偏心受壓受拉鋼筋屈服，受壓側(cè)邊緣混凝土纖維達(dá)到002. 0cu002. 02cu0033. 0002. 03cu0033. 0cu3 正截面強(qiáng)度ve、受彎（適筋梁）受拉鋼筋屈服vf、大偏心受拉

4、鋼筋均達(dá)到屈服vg、小偏心受拉鋼筋均屈服vh、軸心受拉鋼筋均屈服0033. 0cu0033. 0cu3 正截面強(qiáng)度3 正截面強(qiáng)度正截面極限狀態(tài)承載力3 正截面強(qiáng)度2 . 3圖3 正截面強(qiáng)度v3、試驗(yàn)研究v詳見(jiàn)“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)研究報(bào)告選集2”中國(guó)建筑科學(xué)研究院主編建工出版社，1982.9第一版 P1961v“鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件正截面強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究”3 正截面強(qiáng)度v（1）試件形式如右圖v（2）試件數(shù)量：382個(gè) v其中 RC短柱324個(gè)：矩形截面293 v 工字形23個(gè)v T形8個(gè)v 素混凝土短柱49個(gè)v 界限配筋梁9個(gè)3 正截面強(qiáng)度v（3）主要參數(shù)v 1）混凝土等級(jí)：R=160595v 2）

5、鋼筋：一級(jí)、 二級(jí) 、冷拔低碳鋼絲和 V級(jí)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件熱處理鋼筋v 3）配筋率 v v v 4）偏心距 2/cmkg)%76. 2196. 0(0bhAg)%8 . 00(0bhgA49. 10/00he3 正截面強(qiáng)度v（4）主要現(xiàn)象v大偏壓：v 受拉區(qū)橫向裂縫不斷伸展，主裂縫逐漸明顯v 中和軸向受壓邊移動(dòng)；混凝土受壓區(qū)出現(xiàn)縱向裂縫并被壓碎v 壓碎區(qū)呈三角形且較短3 正截面強(qiáng)度3 正截面強(qiáng)度v小偏壓：v 受拉去橫向裂縫不顯著，無(wú)明顯主裂縫v 壓區(qū)出現(xiàn)縱向裂縫后很快壓壞，破壞無(wú)明顯征兆v 壓碎區(qū)較長(zhǎng)，應(yīng)力較小邊鋼筋中的應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度3 正截面強(qiáng)度v（5）主要結(jié)論v 1）平截面假定適用性v不同標(biāo)距

6、（100，254，508）時(shí)量測(cè)的受壓區(qū)壓應(yīng)變平均值，從加載開(kāi)始至破壞，都較好地符合平截面假定v v 2）混凝土極限壓應(yīng)變值v 試驗(yàn)表明：小偏壓構(gòu)件的 平均值為v 大偏壓構(gòu)件的 平均值為v 界限附近（ ）平均值為cucu310158. 3cu310349. 37 . 04 . 0310347. 33 正截面強(qiáng)度v主要影響因素：混凝土等級(jí)，配筋率，相對(duì)偏心距大小等v經(jīng)驗(yàn)公式：v 受壓區(qū)相對(duì)高度v即： 隨著相對(duì)受壓區(qū)高度增加而逐漸減小310)25. 191. 3(cucu3 正截面強(qiáng)度v3.2 正截面強(qiáng)度的計(jì)算v1 軸心受壓v見(jiàn)圖3.2a的截面壓應(yīng)力分布。3 正截面強(qiáng)度v 當(dāng) 不超過(guò)400MPa時(shí)

7、，兩側(cè)縱筋均可達(dá)到受壓屈服，混凝土達(dá)到v此時(shí)，對(duì)應(yīng)的極限壓應(yīng)變?yōu)?.002（ 則 ）yfcfcsMPas400002. 010253 正截面強(qiáng)度v2 、偏壓v（1）大偏心受壓v平截面假定：v用等效矩形，則：)0(0, 00sahsAsZCNeMsAssAscN20 xhZ3 正截面強(qiáng)度0033. 08 . 00cucxxNMev 受拉鋼筋屈服v 受壓邊緣混凝土纖維v 受壓鋼筋：yfsyf,0033. 0cu)0()20()20(sahsAsxhxbcfsaheN yfs3 正截面強(qiáng)度)0()20()20(sahsAyfxhbxcfsaheNyfsAyfsAbxcfNyfsAyfsAv則v當(dāng)對(duì)稱(chēng)

8、配筋時(shí)，v 則：v受彎時(shí)，N=0，則：v bxcfNyfsAyfsAbxcf03 正截面強(qiáng)度sAsyfsACN)0()20(sahyfsAZCsaheNv（2）小偏心受壓 v 3 正截面強(qiáng)度cu0033. 0cu002. 0cu8 . 0/cxxcfmcf1 . 1scf3 正截面強(qiáng)度v（1）74規(guī)范的做法（沿襲原蘇聯(lián)規(guī)范的方法）v假定：圖（b)、（c）中截面受壓混凝土合力C1或C2對(duì)受拉鋼筋形心的力矩總等于軸心受壓截面混凝土壓應(yīng)力的合力對(duì)“受拉”鋼筋形心的力矩3 正截面強(qiáng)度v則：v則對(duì)（b)和（c），對(duì)O點(diǎn)取矩得：v則：v這一方法巧妙德避開(kāi)了 的計(jì)算bhcfCsahCcZCcZC0),2(0

9、221100M)2(0)0(2)0()2(0)0(11)0()02(sahCsahyfsAcZsahyfsAsahCsahyfsAcZCsahyfsAsaehNs3 正截面強(qiáng)度cxxcfmcf8 . 01 . 1v（2）89規(guī)范的做法v1）仍用與大偏心受壓相同的方法等效受壓混凝土中的壓應(yīng)力，即：3 正截面強(qiáng)度20 xhzbxmcfc)0(sahSAyfzcNesAssAyfcNv所以，v2）平衡方程v 軸力平衡和力矩平衡，得：v 但是，這樣做高估了C和C.Z，且e0越小，越接近全截面受壓，誤差越大，因此，應(yīng)對(duì)過(guò)大的C和C.Z進(jìn)行調(diào)整3 正截面強(qiáng)度MsahsAyfxhbxcmfNe)0()20(

10、v3）分析結(jié)果表明，只對(duì)C.Z進(jìn)行必要的調(diào)整，就就可使計(jì)算出的正截面承載能力接近實(shí)測(cè)值。 減去高估部分v所以：v或v取： ， 附加偏心距M)0()20(sahsAyfxhbxcmfMNeaNeM ae)003 . 0(12. 0ehae003 . 00aehe時(shí)，30/0036. 000hhaee 時(shí)，取3 正截面強(qiáng)度)0()20()(sahsAyfxhbxcmfaeeNaeeie0v則：v?。簐則：v平衡方程為：sahiee2003 . 00eiehe時(shí)，aeeiehe003 . 00時(shí)，)0()20(sahsAyfxhbxcmAfNesAssAyfbxcmfN3 正截面強(qiáng)度syfbs8 .

11、 08 . 0v4） 的求得v（3）02規(guī)范的修訂v 1）ea由 改為 的較大值v 2）將 全部改為： )003 . 0(12. 0eh 30/20hmmcmfcf3 正截面強(qiáng)度v4、縱筋最小配筋率v（1）梁的開(kāi)裂彎矩Mcrv v由規(guī)范8.2.3條得：v 換算截面抵抗矩， 0wtfcrM0waIw 03 正截面強(qiáng)度55. 1m v 混凝土構(gòu)件截面抵抗矩塑性影響系數(shù)基本值v矩形截面：v h截面高度 mmh)1207 . 0(16001600400400hhhh時(shí)，取時(shí)，取3 正截面強(qiáng)度crMuM 020)/min5 . 01 (minwtfbhcfyfyfv（2）確定梁受拉鋼筋最小值的原則 不允

12、許“少筋梁”出現(xiàn) 原則，即： 對(duì)單筋矩形截面，即為： 斷裂力學(xué)yftfmin002. 0/45. 0yftf3 正截面強(qiáng)度v（2）柱縱筋最小配筋率 1）小偏壓柱設(shè)置最小縱筋的目的 a：減小混凝土徐變，盡量排除混凝土中在持續(xù)壓力下因?yàn)樾熳兌鴮?dǎo)致的內(nèi)力重分布分配的壓力過(guò)大，致使混凝土保護(hù)層剝落后過(guò)早局部失穩(wěn)；以及徐變過(guò)大引起的過(guò)大的撓曲 b：避免少筋柱突然壓潰3 正截面強(qiáng)度minv 2）大偏壓構(gòu)件中 的作用v a:受拉區(qū)開(kāi)裂后不致由于縱筋過(guò)少而使截面剛度下降過(guò)快，不利于抗側(cè)移要求v b:避免開(kāi)裂后由于縱筋過(guò)少，使柱撓曲迅速發(fā)展，甚至折斷v v 受壓構(gòu)件 全部縱筋 0.6%v 一側(cè)縱筋 0.2% 3

13、 正截面強(qiáng)度yftf /45. 0v受彎、偏拉 0.2%或 v 一側(cè)受拉鋼筋 中v軸拉 的較大值v“規(guī)范”在此構(gòu)造規(guī)定中較薄弱，缺乏系統(tǒng)研究成果支撐3 正截面強(qiáng)度Mv5、正截面非線(xiàn)性全過(guò)程分析 曲線(xiàn) 計(jì)算v（1）基本假定，在N、M作用下，v 1）平截面假定v 2）鋼筋及混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系3 正截面強(qiáng)度icihb,ssAssA v每一個(gè)條帶i作用的力：v混凝土：v鋼筋：v力的平衡：v對(duì)O點(diǎn)取矩：01,sAssAsihbniic)(1,sahsAssasAsiyihbniicM3 正截面強(qiáng)度1iicv 遞增v 假定： 迭代，找到符合：力平衡，變形協(xié)調(diào)，本構(gòu)關(guān)系的x3 正截面強(qiáng)度v6、二階效應(yīng)v（1

14、）概述3 正截面強(qiáng)度NMhl /0v1）當(dāng)柱長(zhǎng)較短時(shí)，軸力彎矩曲線(xiàn)如OA所示；v2）當(dāng)柱長(zhǎng)中等時(shí)，軸力彎矩曲線(xiàn)如OB所示，側(cè)移變得明顯，破壞時(shí)軸力荷載降低材料破壞v3）當(dāng)柱長(zhǎng)非常細(xì)長(zhǎng)時(shí)，N-M曲線(xiàn)如OC所示，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)， 或?yàn)樨?fù)，此時(shí)柱子變得不穩(wěn)定，若側(cè)移繼續(xù)增大，則軸向承載力下降 失穩(wěn)破壞v一般地，當(dāng) 大于25以后，才有必要檢驗(yàn)是否失穩(wěn) 3 正截面強(qiáng)度）（且2112-34/9 . 09 . 021MMiclnMMv10規(guī)范6.2.3條 可不考慮二階效應(yīng)v細(xì)長(zhǎng)柱側(cè)移會(huì)引起柱彎矩增大，而柱彎矩又引起側(cè)移增大，反過(guò)來(lái)又引起這些彎矩進(jìn)一步增大，因此，OB、OC曲線(xiàn)是非線(xiàn)性的 3 正截面強(qiáng)度v細(xì)長(zhǎng)效應(yīng)

15、：側(cè)移引起最大彎矩增加，使得軸向承載力由A下降至B。軸向承載力下降的原因即為細(xì)長(zhǎng)效應(yīng)v細(xì)長(zhǎng)柱（slender column)是指橫向側(cè)移引起的柱中彎矩使軸向承載力顯著下降的柱子 ACI規(guī)范隨意定義為5%3 正截面強(qiáng)度v（2）框架結(jié)構(gòu)中二階效應(yīng)的分布規(guī)律3 正截面強(qiáng)度Pv以單層框架為例，研究分析表明：v 在豎向力和水平力共同作用下，按照變形特征，圖3.16（a）可分解為圖（d）無(wú)側(cè)移及（e）有側(cè)移彎矩疊加的兩種情形，相應(yīng)的受力狀態(tài)如圖3.16（b）、（c）所示v1） 效應(yīng)v 如圖3.16（b）所示。3 正截面強(qiáng)度Pv此時(shí)框架無(wú)側(cè)移，二階效應(yīng)是由于軸壓力在對(duì)自身的軸線(xiàn)產(chǎn)生了撓曲的柱中引起的，通常稱(chēng)

16、這類(lèi)二階效應(yīng)為 效應(yīng)（?。﹙ a：增大除柱頂以外大部分柱高范圍內(nèi)的彎矩（柱底彎矩），對(duì)柱上端彎矩有一定的減小作用。v b：不僅影響了柱各截面彎矩，也會(huì)影響梁各截面彎矩3 正截面強(qiáng)度v2） 效應(yīng) 如圖3.16（c）所示。 由框架水平位移使豎向荷載移位而形成的二階效應(yīng)，通常被稱(chēng)為 效應(yīng)（大） 此時(shí)，二階效應(yīng) 使： a：柱、梁水平荷載彎矩全面按比例增大（對(duì)內(nèi)力的影響） b ：框架水平位移的增長(zhǎng)比例與梁、柱彎矩的增長(zhǎng)比例是相同的 PPP3 正截面強(qiáng)度v3）柱端彎矩v （底層除外的柱上下截面）v （底層柱底截面適用） 對(duì)單層多跨，以及多層多跨框架上訴規(guī)律仍然有效。 22222hMhMvMvMMhiMhM

17、vMvMM11113 正截面強(qiáng)度v若認(rèn)為上訴M1表達(dá)式中Mv1很小，可以忽 略不計(jì)，那么可以表示為： 即：豎向荷載彎矩不被二階效應(yīng)增大，只有水平荷載彎矩才被 增大 對(duì)于柱底截面M2，另行處理)1(1hMhvM1111hMhMvMM111hMhMvMM)1(1hMhvMP3 正截面強(qiáng)度v4）主要規(guī)律總結(jié)： 衡量考慮二階效應(yīng)方法合理性的基本原則va：豎向荷載彎矩不被二階效應(yīng)彎矩增大，只有水平荷載效應(yīng)才被 效應(yīng)增大 vb： 效應(yīng)對(duì)于某一層層間位移的增大比例應(yīng)與各柱端截面Mh的增大比例相同vc：確定 效應(yīng)時(shí)應(yīng)妥善考慮混凝土的非彈性特點(diǎn)PPP3 正截面強(qiáng)度v5）規(guī)范考慮二階效應(yīng)的方法va：使用構(gòu)件折減剛

18、度的考慮二階效應(yīng)的彈性方法（彈性結(jié)構(gòu)二階分析方法）vb：層增大系數(shù)法vc：?jiǎn)沃钠木嘣龃笙禂?shù)法3 正截面強(qiáng)度aeNMie/用v（3）使用構(gòu)件折減剛度考慮二階效應(yīng)的彈性分析法今后的方向“宜” 7.3.12條v1）構(gòu)件的折減剛度v 對(duì)構(gòu)件的彈性抗彎剛度EcI，乘以以下折減系數(shù)： 梁：0.4；柱：0.6 剪力墻及核心筒壁：0.452）正截面受壓計(jì)算的有關(guān)公式中 代替3 正截面強(qiáng)度v3）結(jié)構(gòu)彈性分析v 需要進(jìn)行二次結(jié)構(gòu)分析：va：對(duì)構(gòu)件剛度不折減，作結(jié)構(gòu)的二階分析v 求正常使用極限狀態(tài)下的各層間位移角，使其不超過(guò)限制值；同時(shí)計(jì)算結(jié)構(gòu)自振周期并確定小震時(shí)地震作用大小3 正截面強(qiáng)度vb：對(duì)構(gòu)件剛度進(jìn)行折

19、減，計(jì)算出各構(gòu)件控制截面已包括二階效應(yīng)的組合內(nèi)力，并以此組合內(nèi)力設(shè)計(jì)截面。（目前PKPM做不到只能進(jìn)行荷載組合，無(wú)法進(jìn)行這樣的改變剛度后的二階分析）v4）層（以層為單元）增大系數(shù)v對(duì)于第i層的第j根柱子，軸壓力為Nij，當(dāng)當(dāng)該層產(chǎn)生了包含 效應(yīng)和 效應(yīng)的PP3 正截面強(qiáng)度*iijNv層間位移 后，該Nij可分解為：v沿新軸的 ，以及水平力 ，此時(shí)，v 考慮 效應(yīng)附加影響的系數(shù)ijViliijNijijNijijV*tanijP3 正截面強(qiáng)度iliijNmjijmjijViV/*11*iDv若同層有m根柱，則：v若第i層抗側(cè)剛度為 ，（每根柱為 ）v則： *ijD*/*1*ijDijlimjij

20、NijiVijDiViVi3 正截面強(qiáng)度v整理得：v不考慮二階效應(yīng)時(shí)的層間位移：v則層間位移增大系數(shù) 為：v ijDiVi)/(*ijlijNijijDiVii)/(ijlijNijijDijDiiiijDijlijNij)/(111ijDijD假定：3 正截面強(qiáng)度iv如果假設(shè)各柱控制截面水平荷載彎矩增大比例與層間位移i增大比例相同，則 也就是各柱彎矩的增大系數(shù)。v這一方法是高規(guī)的考慮二階效應(yīng)的作法，即：v1）當(dāng)在正常使用極限狀態(tài)下計(jì)算層間位移角時(shí)若考慮二階效應(yīng)，則框架結(jié)構(gòu)中的彈性一階層間位移應(yīng)乘以系數(shù)F13 正截面強(qiáng)度)/(111ihiDjGFi)/(2112ihiDjGFv 與 式完全對(duì)應(yīng) v2）考慮二階效應(yīng)時(shí)構(gòu)件中的彎矩、剪力應(yīng)乘以F2，即： 考慮RC的非彈性對(duì)層間位移和 效應(yīng)的增大作用P3 正截面強(qiáng)度v（5）單柱的偏心距增大系數(shù)法v 對(duì)如圖標(biāo)準(zhǔn)等偏心距壓桿，在x處有如下平衡方程：3 正截面強(qiáng)度0)0(0 yeNyEIxMmaxyv柱中 ：12cos10maxlEINey3 正截面強(qiáng)度v1）柱中點(diǎn)偏心距增大系數(shù)：v若假定偏壓桿撓曲線(xiàn)為正弦曲線(xiàn)，則采用圖乘法可得柱中點(diǎn)撓度ymax另一種表達(dá)式：)2cos(10max0lEINeye)1(802maxcrNNcrNNeycrNNcrNNeylEIcrN-123.010m