混凝土结构的抗震性能及设计讲课要点5

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1、实用标准文案2.2从抗震设计角度关心的钢筋和混凝土的特殊材性2.2.1构件正截面中钢筋与混凝土的反复受力状态前面讨论已提到，在地震地面运动激励下，不论地面运动特征如何，结构（以单自由度体系为例）都将发生具有自己自振频率的振动过程，只不过每个循环的正、负位移幅值大小都不完全相同。结构的这种摇动过程就构件受力而言也可以等效成水平惯性力对结构的正、反交替作用。同样，每次作用的水平力大小也各不完全相同。图2-2若以右图单层单跨框架结构为例，地震地面运动引起的结构反应就相当于水平力自左向右逐渐加大→缩小到零→再自右向

2、左作用逐渐增大→缩小到零，如此反复循环例如十余次到数十次。此时各构件截面的弯矩和剪力也会依这一过程而正反反复循环。自然，结构在受地震地面运动的晃动之前已受有重力荷载（见右下图），因此上述往复作用是叠加在已存在的重力受力状态上的。若取框架结构左柱底部为例来观察，即可看到它是在图示重力弯矩、剪力、轴力作用的基础上叠加正、反交替变化的地面激励引起的弯矩、剪力以及水平力引起的轴力增量的。若进一步考察截面左侧的钢筋和混凝土，则在重力作用下，钢筋和混凝土都处在持续受压状态，若先作用顺时针方向地面激励弯矩，则视此弯矩大小

3、可使压应力减小或产生拉应力，若此弯矩较大，还将使混凝土开裂。然后顺时针弯矩卸去，反时针弯矩作用。因钢筋拉应力去掉，钢筋恢复其全部弹性应变，原开裂的混凝土，裂缝也会因钢筋回弹而被牵制重新闭合，随后钢筋和混凝土进入受压状态，且压应力比只有重力荷载作用时更大。若随后作用的顺时针弯矩更大，使左侧钢筋受拉进入屈服后，则顺时针弯矩卸去后，钢筋只有弹性应变恢复，混凝土张开过大的裂缝已不可能完全闭合，只有在重力弯矩下钢筋受压后，裂缝才有可能闭合。这会造成在重新受压时，同一截面纵筋压应变大于混凝土压应变的状态。若顺时针弯曲变

4、形再大，使左侧纵筋超过屈服过多，在顺时针弯矩去除后，钢筋的回弹和随后的反时针弯矩都不能把裂缝重新压闭合，左侧的混凝土就可能在裂缝截面中不再能重新受压（即此后无应力）。这意味着，此后柱左侧的压力全由纵筋承担。反之，若反时针弯矩大，则可能不仅肯定使左侧裂缝闭合，还可能把左侧纵筋压屈服，把左侧混凝土压过其σ-ε曲线的峰值点，进入σ-ε曲线的下降段。总结以上描述可知，由于一个设防分区可能形成的地震地面运动可大可小，结构构件所受弯矩、剪力可大可小（在钢筋屈服后应说成“弯曲变形可大可小”），故构件受力较严重截面中的钢筋

5、和混凝土的反复受力会形成多种状态。例如对于钢筋会形成：精彩文档实用标准文案①一向收拉屈服，另一向受压未屈服；②一向受压屈服，另一向受拉未屈服；③两向拉、压均进入屈服后状态。对于混凝土通常会形成：①一向受压，另一向受拉开裂（裂缝在反向受力时能闭合）；②一向受压，另一向因未开裂而受拉；③因一次位移反应过大，钢筋受拉屈服后伸长过大，反向时裂缝不闭合，导致此后裂缝截面混凝土既不受压也不受拉。根据以上情况，有必要研究钢筋反复多次拉、压到屈服后足够大应变状态的性能以及混凝土多次反复受压（直到超过σ-ε曲线峰值点）的性能

6、以及混凝土受压—受拉开裂的应力—应变循环规律。2.2.2钢筋屈服前后的多次拉、压交替受力性能（a）（b）（c）图2-3钢筋屈服前后的多次拉、压交替受力性能若拉、压均未超过屈服强度，则如上图a所示，多次拉、压交替受力的σ-ε关系会始终沿同一条斜直线变化，即始终保持线性（σ-ε关系为直线）、弹性（应力作用下产生的应变在应力卸去后可全部恢复）。钢筋在单调受拉或受压时的σ-ε全曲线如上图b所示。其中，工程中有用的的曲线部分为三段：①屈服前的线弹性段；②屈服后的平台段（中国生产的热轧钢筋大部分有平台段）；③平台后的强

7、化段。图2-4钢筋反复拉压应力-应变曲线若钢筋拉到应力达到c点后逐步去掉应力，钢筋将沿着cc′线恢复其中弹性应变（图中c′d），塑性应变（oc′）则无法恢复。此时恢复的弹性应变能由面积c′cd表示，在钢筋受拉到c点后耗散的塑性应变能由面积oabcc′表示。这部分能量已转换为热能耗散到周围环境中去。钢筋受压屈服应力σy与受拉时相同，σ-ε曲线的oabc段也与受拉时相同。但c点以后因钢筋受压试件不可能压坏，又不允许因试件过于细长而失稳，故曲线在c点后继续上升。若第一次不论受拉或受压超过屈服，则钢筋后续交替受力σ

8、-ε关系会发生实质性变化。若第一次受拉到屈服后c点，则卸去应力的过程沿斜直线cd完成，od为塑性残余应变。反向加大应力时，斜直线只能维持到不大的应力，应力更高后钢筋逐步表现出越来越明显的非弹性性质，曲线指向反向屈服点e，随后沿反向屈服后σ-ε精彩文档实用标准文案曲线轨迹前行。若到g点后卸去应力，则沿斜直线走到f点。再正向受力时，依然在很短的弹性段后表现出越来越强的非弹性，曲线指向原卸载点c。过c点后沿原一次加载屈