钢筋混凝土楼(屋)盖按塑性理论计算.ppt

1. 理解塑性铰及塑性内力重分布的概念； 2. 掌握连续梁、板按塑性理论计算内力的简化方法钢筋混凝土楼（屋）盖按塑性理论计算教学目标：塑性理论计算方法内力重分及塑性铰的概念重 点难 点1.按弹性理论计算法的缺陷：a.对于脆性材料构成的超静定结构或静定结构，按弹性理论分析是合适的；而对塑性材料组成的超静定结构就不符合实际情况了b.按弹性理论方法计算连续梁跨中和支座截面的最大内力不是在同一组荷载作用下发生的按各自最大内力配筋后，实际使用时，跨中和支座截面的承载力不能同时充分利用，造成材料浪费二、单向板肋梁楼盖考虑塑性内力重分布的计算方法c.钢筋混凝土是由两种材料所组成，混凝土是一种弹塑性材料，钢筋在达到屈服强度以后也表现出塑性特点，它不是均质弹性体如仍按弹性理论计算其内力，则不能反映结构内材料的实际工作状况d.进行钢筋混凝土构件承载力计算时，如结构设计原理中所讲，考虑了钢筋和混凝土的材料塑性性能而在梁、板的内力计算时，按弹性理论计算，未考虑塑性变形如此，造成计算理论上的矛盾，前后不一致E.按弹性理论方法所得的支座弯矩一般大于跨中弯矩，按此弯矩配筋计算结果，使支座处钢筋用量较多，甚至会造成拥挤现象，不便施工。

2.塑性铰的概念对钢筋混凝土超静定结构，试验表明：当构件某一截面上内力达到其承载力极限值时，结构并不马上破坏，结构还可以进一步承受荷载为解决上述问题，充分考虑钢筋混凝土构件的塑性性能，挖掘结构潜在的承载力，达到节省材料和改善配筋的目的，提出了按塑性内力重分布的计算方法 在钢筋屈服后，弯矩曲率关系基本为一水平线这表明在截面弯矩基本不变的情况下，截面曲率却急剧增加，截面就像形成一个能转动的“铰”一样应当说这种“铰”的形成是受弯构件塑性变形相对集中、发展的结果，因此这种“铰”通常称为“塑性铰” 跨中截面全部塑性转动的曲率可用（uy）表示uy）值愈大，表示截面转动能力越强，延性愈好塑性铰的转角可表示为:塑性铰的特点:塑性铰与理想铰不同，它具有如下几个特点：（1）塑性铰是单向铰塑性铰是适筋受弯构件截面进入第阶段后，发生集中转角变形的一种形象，它是在弯矩作用下形成的，因此该铰只能沿着弯矩作用方向转动2）塑性铰能承受一定的弯矩Mu塑性铰是构件截面受拉钢筋屈服后形成的，在截面转动过程中，始终承受着一个屈服弯矩，直至破坏（3）塑性铰的转动是有限的受弯构件截面形成塑性铰，是从受拉钢筋屈服开始的，最后以受压区混凝土压坏而告终，在这一过程中，塑性铰发生的转角是有限的。

试验分析表明：该转角的大小（图324中Mh0曲线水平的长短）与截面的配筋有很大关系分析截面在钢筋屈服后的应变变化，不难看出该转角大小主要与截面相对受压区高度（x/h0）有关4）塑性铰有一定的长度如前所述塑性铰不是一个点，而是集中在弯矩图中MMy的一定长度之内塑性铰的作用 :适筋梁受弯构件，当其截面弯矩达到抗弯能力My后，构件并不破坏而可以继续承载，但发生了明显的转动变形，即出现了塑性铰这种具有明显预兆的破坏对结构是有好处的 对于静定结构，如简支梁，当最大弯矩截面出现塑性铰时，使结构成为一个几何可变体系，从而达到承载能力极限状态塑性铰的出现是静定结构达到极限承载能力的标志 对超静定结构，由于存在多余约束，当构件某一截面形成塑性铰时，结构并未变成可变机构，而仍能继续增加荷载，直至结构出现足够的塑性铰，致使结构成为可变体系，才达到其承载力极限状态这说明塑性铰的存在或形成，可以提高超静定结构的承截能力，超静定结构出现塑性铰后，结构内力分布规律发生了变化，即出现了内力重分布，其结果是使结构的材料强度得以充分发挥作用 出现塑性铰后,梁的工作简图己有所改变，内力不再按原来的规律分布，支座弯矩向跨中进行了转移，即出现了塑性内力重分布。

3.连续梁塑性内力重分布【例33】如图325（a）所示的两跨连续梁，跨中作用集中荷载P现已知：梁截面尺寸200mm500mm，混凝土强度等级C20，主筋为HRB335钢筋，中间支座与跨中截面的受拉钢筋均为318，按单筋梁计算得MBu=MDu=97.16kNm试分析内力重分布规律解】按几种情况分析如下1.按弹性理论计算该连续梁所能受的最大荷载Pe由图325（b）弹性弯矩图可知，B点先于D点出现破坏，这时有0.188PeL=MBu=97.16（kNm）Pe=103.36（kN）当外荷载达到Pe时，B点达到其截面最大承载力按弹性理论认为，这时连续梁已达到承载力极限，弯矩分布如图325（c）实际上结构并未丧失继续承载的能力，只是B点出现了塑性铰，此时 MD=0.156PeL=0.156103.365=80.62（kNm）Pe）这说明塑性材料构成的超静定结构，从出现塑性铰到破坏机构形成之间，还有相当大的强度储备，利用这一储备，可以达到节约材料的效果5）超静定结构的塑性内力重分布，在一定程度上，可以由设计者通过改变截面配筋来控制如上面例题中，极限荷载相同，但内力重分布情况是不同的6）钢筋混凝土受弯构件在内力重分布过程中，构件变形及塑性铰区各截面的裂缝开展都较大。

为满足使用要求，通常的作法是控制内力重分布的幅度，使构件在使用荷载下不发生塑性内力重分布结论:值得指出的是，如按弯矩包络图配筋，支座的最大负弯矩与跨中的最大正弯距并不是在同一组荷载作用下产生的，所以当下调支座负弯矩时，在这一组荷载作用下增大后的跨中正弯矩，实际上并不大于包络图上外包线的正弯矩，因此跨中截面并不会因此而增加配筋由此可见，采用塑性内力重分布方法设计，可调整连续梁的支座弯矩和跨中变矩，在不增加跨中截面配筋的情况下，减少了支座截面的配筋，即方便了施工，又节省了材料，也更符合构件的实际工作情况 塑性内力重分布的基本规律:根据上节课所讲内容可得出钢筋砼连续梁塑性内力重分布的基本规律如下：钢筋砼连续梁达到承载力极限状态的标志，不是某个截面达到极限弯距，而是必须出现足够的塑性铰，使整个结构形成可变体系塑性铰出现以前，连续梁的弯矩服从弹性的内力分布规律，塑性铰出现以后，结构计算简图发生改变，随着荷载的增加，结构内力将重新分布，这种现象称为塑性内力重分布按弹性理论计算，连续梁的内力与外力符合平衡条件，同时也满足变形协调关系按塑性内力重分布方法计算，内力与外力符合平衡条件，但转角相等的变形协调关系在塑性铰截面处己不再适用。

通过控制支座截面和跨中截面的配筋比，可以控制连续梁中塑性铰出现的早晚和位置，即控制调幅的大小和方向 4.按塑性内力重分布方法设计的基本原则 a、确保结构安全可靠 由于连续梁出现塑性铰后，是按简支梁工作的，因此每跨调整后的两端支座弯矩的平均值加上跨中弯矩的绝对值之和应不小于相应的简支梁跨中弯矩，即： M0 （MB+MC）/2+M1 MB、MC、M1分别为支座、和跨中截面的弯矩； M0 在全部荷载作用下简支梁的跨中弯矩 此外，调整后的所有支座和跨中的弯矩的绝对值，对承受均布荷载的梁均应满足下式要求： M（g+q）l2/ 24 此外，必须满足刚度和裂缝宽度的要求 弯矩调幅不宜过大，以避免构件产生过宽的裂缝，降低梁的刚度并影响正常使用根据实践证明，连续板、梁支座弯矩的调整幅度一般不宜超过20%，对于q/g1/3的连续板、梁中，弯矩调幅不得超过15% 此外，应保证塑性铰有足够的转动能力： 为保证在调幅截面能够形成塑性铰，且具有足够的转动能力，应限制支座截面受压区高度，规范规定，塑性铰截面中砼受压区高度应满足下式要求： 0.10.35 此外，应采用塑性性能较好的钢筋 为了充分发挥材料的塑性性能，满足塑性内力重分布的需要，规范规定应采用塑性性能较好的钢筋HPB235级，HRB335级和HRB400级。

5.等跨连续板、梁的内力值 对于均布荷载作用下，等跨连续板、次梁考虑塑性内力重分布的弯矩和剪力值，采用调幅法导得其内力计算公式系数，设计时可直接查得，按下列公式计算内力 控制截面的弯矩 ：M =(g +q)l2式中 弯矩系数，板和次梁按表数据采用塑性内力重分布计算方法的适用范围对下列结构不能采用塑性内力重分布方法，而应按弹性理论方法计算内力：（1）直接承受动力荷载的混凝土结构；（2）要求不出现裂缝或对裂缝开展控制较严的混凝土结构；（3）处于严重侵蚀性环境中的混凝土结构；（4）配置延性较差的受力钢筋的混凝土结构：（5）处于重要部位，而又要求有较大强度储备的构 件，如肋梁楼盖中的主梁；（6）预应力混凝土结构和二次受力的叠合结构弯矩调幅的目的:工程中多在配筋布置较多的支座截面进行调幅，以降低该截面的配筋，主要目的（1）利用结构内力重分布的特性，合理调整支座钢筋布置，克服支座钢筋拥挤现象，简化配筋构造，方便混凝土浇捣，从而提高施工效率和质量；（2）使构件截面拉、压区配筋相差不致过大，使钢筋布置规则，并提高构件截面延性；（3）根据结构内力重分布规律，在一定条件和范围内可以人为控制结构中的弯矩分布，从而使设计得以简化。

4）可以使结构在破坏时有较多的截面达到其承载力，从而充分发挥结构的潜力，以节约钢材。