我们在上学期学过,钢筋混凝土的抗剪能力由混凝土自身的抗剪能力、
裂缝界面的
骨料咬合力、纵筋销栓力和箍筋的拉力4部分构成,而通过对框架梁在强震下的抗剪分析可知,混凝土的梁端抗剪能力在形成塑性铰后会比非抗震时有所下降,主要原因有几下几个:
1 由结构力学和材料力学的分析可知,梁端总是正剪力大于负剪力,如果发生剪切破坏时,剪压区一般都在梁的下部,而此时混凝土
保护层已经
剥落,且梁下端又没有现浇板,所以混凝土剪压区的抗剪能力会比非抗震时偏低
2 由于在强震下剪切破坏要发生在塑性铰充分转动的情况下,而非抗震时的剪切破坏往往发生在纵筋屈服之前,因此在抗震条件下混凝土的交叉裂缝宽度会比非抗震情况偏大,从而使斜裂缝界面中的骨料咬合效应慢慢退化,加之斜裂缝反复开闭,混凝土体破坏更严重,这使得混凝土的抗剪能力进一步被削弱。
3 混凝土保护层的剥落和裂缝的加宽又会使纵筋的抗剪销栓作用有所退化。
我们一般在计算钢筋混凝土的抗剪能力时,只计算了混凝土自身的抗剪能力和箍筋的抗剪能力(V=Vc+Vsv),而把斜裂缝界面中的骨料咬合能力及纵筋的销栓作用作为它多余的强度储备。在抗震下梁端的塑性铰的形成,使得骨料咬合力及纵筋的销栓作用有所下降,钢筋混凝土的
抗剪强度储备也会下降,同时由于混凝土的抗剪能力(Vc)的下降,V也会比非抗震时小,如果咬使V不变,那么就只有使Vsv变大,即增加箍筋用量,所以我们可以得出这样的结论,在抗震情况下箍筋用量比非抗震时要大一些,这不是因为地震使梁的剪力变大了而增加箍筋用量,而是由于混凝土项的抗剪能力下降,相应的必须加大箍筋用量。其他构件的原理也相似。
(3)抗震构造措施:通过相应构造措施保证可能出现塑性铰的部位具有所需足够的延性,具体来说就是塑性转动能力和塑性耗能能力。
对于梁柱等构件,延性的影响因素最终可归纳为最根本的两点:混凝土极限压应变,破坏时的受压区高度。影响延性的其他因素实质都是这两个根本因素的延伸。
对于梁而言,无论是对不允许柱出现塑性铰(底层柱除外)的新西兰方案,还是允许柱出现塑性铰但控制其出现时间和程度的方案,梁端始终都是引导出现塑性铰的主要部位,所以都希望梁端的塑性变形有良好的延性(即不丧失基本抗弯能力前提下的塑性变形转动能力)和良好的塑性耗能能力。因此除计算上满足一定的要求外,还要通过的一系列严格的构造措施来满足梁的这种延性,如:
1 控制受拉钢筋的配筋率。配筋率包括最大配筋率和最小配筋率,前者是为了使受拉钢筋屈服时的混凝土受压区压应变与梁最终破坏时的极限压应变还有一定的差距(梁的最终破坏一般都以受压区混凝土达到极限压应变,混凝土被压碎为标志的);后者是保证梁不会在混凝土受拉区刚
开裂时钢筋就屈服甚至被拉断。
2 保证梁有一定的受压钢筋。受压钢筋可以分担部分剪力,减小受压区高度,另外在大震下,梁端可能出现正弯距,下部钢筋有可能受拉。
3 保证箍筋用量,用法。箍筋的作用有三个,一是抗剪,这在前文已经说过,这里不再充分;二是规定箍筋的最小直径,保证纵筋在受压下不会过早的局部失稳;三是通过箍筋约束受压混凝土,提高其极限压应变和
抗压强度。
4 对截面尺寸有一定的要求。规范规定框架梁截面尺寸宜符合下列要求:1>截面宽度不宜小于200mm;2>截面高度与宽度的比值不宜大于4;3>净跨与截面高度的比值不宜大于4。在施工中,如梁宽度太小,而梁上部钢筋一般都比较多,会使混凝土的
浇注比较困难,容易造成混凝土缺陷;在震害和试验中多次发生过
腹板较薄的梁侧向失稳的事例,因此提出要求了2;一般我们把跨高比小于5的梁称为
深梁,深梁的抗弯和抗剪机理与一般的梁(跨高比大于5的梁)有所不同,所以我们在设计中最好能避免设计成深梁,如果实在不能避免,就要去看专
门的设计方法和规造措施。
柱的构造措施也和梁差不多,但是柱除了受弯距和剪力以外,还要承受轴力(梁的轴力一般都很小,在设计中都不予以考虑),尤其是
高层建筑,轴力就更大了,所以柱还有对轴压比的限制,其中对不同烈度下有着不同延性要求的结构有着不同的轴压比限值;另外,柱端箍筋用量的控制条件不是简单的用体积配箍率,而是用配箍特征值,它同时考虑了箍筋强度等级和混凝土强度等级对配箍量的影响。
高强度混凝土(C60以上)的极限压应变都比一般混凝土(C60及其以下)要小一些,而且强度越高,小的越多;另外,强度越高,混凝土破坏时脆性特征越明显,这些对于抗震来说是不利的。
3.常用的抗震分析方法
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