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對鋼混結構現代抗震思路及我國設計規范抗震設計方法的理解和討論

來源:中國幕墻網收集整理  作者:*  日期:2008-6-6
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  簡介:對鋼混結構現代抗震思路及我國設計規范抗震設計方法的理解和討論
  關鍵字:抗震,規范

  在二十世紀五十年代,當美國的權威人士G.W.Houser導出了第一條地震反應譜和對地震激勵下的彈性反應規律的研究很快被學術界接受后,人們很快發現了一個與當時的抗震設計方法相矛盾的問題,那就是例如

我們在上學期學過,鋼筋混凝土的抗剪能力由混凝土自身的抗剪能力、裂縫界面的骨料咬合力、縱筋銷栓力和箍筋的拉力4部分構成,而通過對框架梁在強震下的抗剪分析可知,混凝土的梁端抗剪能力在形成塑性鉸后會比非抗震時有所下降,主要原因有幾下幾個:


  1 由結構力學和材料力學的分析可知,梁端總是正剪力大于負剪力,如果發生剪切破壞時,剪壓區一般都在梁的下部,而此時混凝土保護層已經剝落,且梁下端又沒有現澆板,所以混凝土剪壓區的抗剪能力會比非抗震時偏低

  2 由于在強震下剪切破壞要發生在塑性鉸充分轉動的情況下,而非抗震時的剪切破壞往往發生在縱筋屈服之前,因此在抗震條件下混凝土的交叉裂縫寬度會比非抗震情況偏大,從而使斜裂縫界面中的骨料咬合效應慢慢退化,加之斜裂縫反復開閉,混凝土體破壞更嚴重,這使得混凝土的抗剪能力進一步被削弱。


  3 混凝土保護層的剝落和裂縫的加寬又會使縱筋的抗剪銷栓作用有所退化。


  我們一般在計算鋼筋混凝土的抗剪能力時,只計算了混凝土自身的抗剪能力和箍筋的抗剪能力(V=Vc+Vsv),而把斜裂縫界面中的骨料咬合能力及縱筋的銷栓作用作為它多余的強度儲備。在抗震下梁端的塑性鉸的形成,使得骨料咬合力及縱筋的銷栓作用有所下降,鋼筋混凝土的抗剪強度儲備也會下降,同時由于混凝土的抗剪能力(Vc)的下降,V也會比非抗震時小,如果咬使V不變,那么就只有使Vsv變大,即增加箍筋用量,所以我們可以得出這樣的結論,在抗震情況下箍筋用量比非抗震時要大一些,這不是因為地震使梁的剪力變大了而增加箍筋用量,而是由于混凝土項的抗剪能力下降,相應的必須加大箍筋用量。其他構件的原理也相似。


  (3)抗震構造措施:通過相應構造措施保證可能出現塑性鉸的部位具有所需足夠的延性,具體來說就是塑性轉動能力和塑性耗能能力。


  對于梁柱等構件,延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點:混凝土極限壓應變,破壞時的受壓區高度。影響延性的其他因素實質都是這兩個根本因素的延伸。


  對于梁而言,無論是對不允許柱出現塑性鉸(底層柱除外)的新西蘭方案,還是允許柱出現塑性鉸但控制其出現時間和程度的方案,梁端始終都是引導出現塑性鉸的主要部位,所以都希望梁端的塑性變形有良好的延性(即不喪失基本抗彎能力前提下的塑性變形轉動能力)和良好的塑性耗能能力。因此除計算上滿足一定的要求外,還要通過的一系列嚴格的構造措施來滿足梁的這種延性,如:


  1 控制受拉鋼筋的配筋率。配筋率包括最大配筋率和最小配筋率,前者是為了使受拉鋼筋屈服時的混凝土受壓區壓應變與梁最終破壞時的極限壓應變還有一定的差距(梁的最終破壞一般都以受壓區混凝土達到極限壓應變,混凝土被壓碎為標志的);后者是保證梁不會在混凝土受拉區剛開裂時鋼筋就屈服甚至被拉斷。


  2 保證梁有一定的受壓鋼筋。受壓鋼筋可以分擔部分剪力,減小受壓區高度,另外在大震下,梁端可能出現正彎距,下部鋼筋有可能受拉。


  3 保證箍筋用量,用法。箍筋的作用有三個,一是抗剪,這在前文已經說過,這里不再充分;二是規定箍筋的最小直徑,保證縱筋在受壓下不會過早的局部失穩;三是通過箍筋約束受壓混凝土,提高其極限壓應變和抗壓強度。


  4 對截面尺寸有一定的要求。規范規定框架梁截面尺寸宜符合下列要求:1>截面寬度不宜小于200mm;2>截面高度與寬度的比值不宜大于4;3>凈跨與截面高度的比值不宜大于4。在施工中,如梁寬度太小,而梁上部鋼筋一般都比較多,會使混凝土的澆注比較困難,容易造成混凝土缺陷;在震害和試驗中多次發生過腹板較薄的梁側向失穩的事例,因此提出要求了2;一般我們把跨高比小于5的梁稱為深梁,深梁的抗彎和抗剪機理與一般的梁(跨高比大于5的梁)有所不同,所以我們在設計中最好能避免設計成深梁,如果實在不能避免,就要去看專的設計方法和規造措施。


  柱的構造措施也和梁差不多,但是柱除了受彎距和剪力以外,還要承受軸力(梁的軸力一般都很小,在設計中都不予以考慮),尤其是高層建筑,軸力就更大了,所以柱還有對軸壓比的限制,其中對不同烈度下有著不同延性要求的結構有著不同的軸壓比限值;另外,柱端箍筋用量的控制條件不是簡單的用體積配箍率,而是用配箍特征值,它同時考慮了箍筋強度等級和混凝土強度等級對配箍量的影響。


  高強度混凝土(C60以上)的極限壓應變都比一般混凝土(C60及其以下)要小一些,而且強度越高,小的越多;另外,強度越高,混凝土破壞時脆性特征越明顯,這些對于抗震來說是不利的。


3.常用的抗震分析方法

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