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對(duì)鋼混結(jié)構(gòu)現(xiàn)代抗震思路及我國設(shè)計(jì)規(guī)范抗震設(shè)計(jì)方法的理解和討論

來源:中國幕墻網(wǎng)收集整理  作者:*  日期:2008-6-6
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  關(guān)鍵字:抗震,規(guī)范

  在二十世紀(jì)五十年代,當(dāng)美國的權(quán)威人士G.W.Houser導(dǎo)出了第一條地震反應(yīng)譜和對(duì)地震激勵(lì)下的彈性反應(yīng)規(guī)律的研究很快被學(xué)術(shù)界接受后,人們很快發(fā)現(xiàn)了一個(gè)與當(dāng)時(shí)的抗震設(shè)計(jì)方法相矛盾的問題,那就是例如

我們?cè)谏蠈W(xué)期學(xué)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(gòu)成,而通過對(duì)框架梁在強(qiáng)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(huì)比非抗震時(shí)有所下降,主要原因有幾下幾個(gè):


  1 由結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)的分析可知,梁端總是正剪力大于負(fù)剪力,如果發(fā)生剪切破壞時(shí),剪壓區(qū)一般都在梁的下部,而此時(shí)混凝土保護(hù)層已經(jīng)剝落,且梁下端又沒有現(xiàn)澆板,所以混凝土剪壓區(qū)的抗剪能力會(huì)比非抗震時(shí)偏低

  2 由于在強(qiáng)震下剪切破壞要發(fā)生在塑性鉸充分轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下,而非抗震時(shí)的剪切破壞往往發(fā)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(huì)比非抗震情況偏大,從而使斜裂縫界面中的骨料咬合效應(yīng)慢慢退化,加之斜裂縫反復(fù)開閉,混凝土體破壞更嚴(yán)重,這使得混凝土的抗剪能力進(jìn)一步被削弱。


  3 混凝土保護(hù)層的剝落和裂縫的加寬又會(huì)使縱筋的抗剪銷栓作用有所退化。


  我們一般在計(jì)算鋼筋混凝土的抗剪能力時(shí),只計(jì)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(qiáng)度儲(chǔ)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(qiáng)度儲(chǔ)備也會(huì)下降,同時(shí)由于混凝土的抗剪能力(Vc)的下降,V也會(huì)比非抗震時(shí)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(jié)論,在抗震情況下箍筋用量比非抗震時(shí)要大一些,這不是因?yàn)榈卣鹗沽旱募袅ψ兇罅硕黾庸拷钣昧浚怯捎诨炷另?xiàng)的抗剪能力下降,相應(yīng)的必須加大箍筋用量。其他構(gòu)件的原理也相似。


  (3)抗震構(gòu)造措施:通過相應(yīng)構(gòu)造措施保證可能出現(xiàn)塑性鉸的部位具有所需足夠的延性,具體來說就是塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力和塑性耗能能力。


  對(duì)于梁柱等構(gòu)件,延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點(diǎn):混凝土極限壓應(yīng)變,破壞時(shí)的受壓區(qū)高度。影響延性的其他因素實(shí)質(zhì)都是這兩個(gè)根本因素的延伸。


  對(duì)于梁而言,無論是對(duì)不允許柱出現(xiàn)塑性鉸(底層柱除外)的新西蘭方案,還是允許柱出現(xiàn)塑性鉸但控制其出現(xiàn)時(shí)間和程度的方案,梁端始終都是引導(dǎo)出現(xiàn)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(zhuǎn)動(dòng)能力)和良好的塑性耗能能力。因此除計(jì)算上滿足一定的要求外,還要通過的一系列嚴(yán)格的構(gòu)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(shí)的混凝土受壓區(qū)壓應(yīng)變與梁最終破壞時(shí)的極限壓應(yīng)變還有一定的差距(梁的最終破壞一般都以受壓區(qū)混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變,混凝土被壓碎為標(biāo)志的);后者是保證梁不會(huì)在混凝土受拉區(qū)剛開裂時(shí)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(dān)部分剪力,減小受壓區(qū)高度,另外在大震下,梁端可能出現(xiàn)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(gè),一是抗剪,這在前文已經(jīng)說過,這里不再充分;二是規(guī)定箍筋的最小直徑,保證縱筋在受壓下不會(huì)過早的局部失穩(wěn);三是通過箍筋約束受壓混凝土,提高其極限壓應(yīng)變和抗壓強(qiáng)度。


  4 對(duì)截面尺寸有一定的要求。規(guī)范規(guī)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(huì)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(yàn)中多次發(fā)生過腹板較薄的梁側(cè)向失穩(wěn)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(jī)理與一般的梁(跨高比大于5的梁)有所不同,所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)中最好能避免設(shè)計(jì)成深梁,如果實(shí)在不能避免,就要去看專的設(shè)計(jì)方法和規(guī)造措施。


  柱的構(gòu)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(shè)計(jì)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(duì)軸壓比的限制,其中對(duì)不同烈度下有著不同延性要求的結(jié)構(gòu)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(jiǎn)單的用體積配箍率,而是用配箍特征值,它同時(shí)考慮了箍筋強(qiáng)度等級(jí)和混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)配箍量的影響。


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


3.常用的抗震分析方法

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