混凝土的抗震性

混凝土的抗震性第1頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月16.1結構抗（地）震性能的特點結構在地震時發(fā)生的相應運動稱為地震反應，包括位移、速度、加速度。同時，結構內部發(fā)生很大的內力（應力）和變形，當它們超過了材料和構件的各項極限值后，結構將出現(xiàn)不同程度的各種破壞現(xiàn)象，例如混凝土裂縫，鋼筋屈服，顯著的殘余變形，局部的破損，碎塊或構件墜落，整體結構傾斜，甚至倒塌等等。第2頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月在震中區(qū)附近，地面運動的垂直方向振動激烈，且頻率高，水平方向振動較弱；距震較遠處，垂直方向的振動衰減快，對地震區(qū)的大部分建筑而言，水平方向的振動是引起結構強烈反應和破壞的主要因素。第3頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋混凝土結構在地震作用下受力性能的主要特點有：結構的抗震能力和安全性，不僅取決于構件的靜承載力，還在很大程度上取決于變形性能和動力響應。屈服后的工作階段荷載的低周反復作用變形大第4頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月16.2單調荷載下的延性延性的概念結構（材料）的宏觀力學性能，力-變形曲線在臨近最大承載力的上下有可觀的平臺，即能夠經(jīng)受很大的變形，而承載力沒有顯著降低。第5頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月延性結構的優(yōu)越性破壞前有明顯預兆，破壞過程緩慢，因而采用偏小的計算安全系數(shù)或可靠度出現(xiàn)非預計荷載（偶然超載，荷載反向，溫度升高或基礎沉降等引起附加內力的情況下）有較強承受和抗衡能力有利于實現(xiàn)超靜定結構的內力充分重分布，提高結構承載力，充分利用材料效能承受動力作用（振動、地震、爆炸等）情況下，減小慣性力，吸收更大動能，減輕破壞程度，有利于修復第7頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月延性比：在保持結構或材料的基本承載能力的情況下，極限變形Du和初始變形Dy的比值第8頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月確定初始屈服點①能量等值法②幾何作圖法確定極限點①取最大承載力下降15%②取混凝土達極限應變值第9頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月延性比的計算方法第11頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月——鋼筋剛屈服和混凝土達極限應變時的截面壓區(qū)相對高度第13頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月影響構建延性比的主要因素①受拉鋼筋的含鋼率和軸壓比的增大，使極限狀態(tài)時的壓區(qū)高度加大，延性減小②受壓區(qū)配置鋼筋和提高混凝土強度等級，使壓區(qū)高度減小，延性增大③提高受拉鋼筋的屈服強度，使屈服曲率增大，延性比下降④構件加密箍筋，構成約束混凝土，增大了混凝土極限壓應變，有利延性第15頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月保證結構延性的一系列措施設計原則中要求“柱強于梁”、“剪強于彎”和“節(jié)點強于構件”，避免脆性破壞限制或減小截面的極限壓區(qū)高度、軸壓比、配筋率最大值和高強度等級鋼筋的使用增大最小含鋼率，加長錨固長度，加密箍筋等第16頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月塑性區(qū)轉角鋼筋混凝土結構在荷載作用下，當部分區(qū)段內的鋼筋達到屈服強度，但截面彎矩仍小于其極限值時，在最大彎矩截面兩側形成一個塑性變形區(qū)。此區(qū)段內鋼筋的塑性伸長大，曲率大大地超過構件的其他部分，形成一個局部的集中轉角，稱為塑性（鉸）轉角第17頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月形成塑性轉角加大結構變形發(fā)生內力重分布第19頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月隨著荷載和截面最大彎矩的增大，塑性區(qū)的長度和塑性轉角繼續(xù)加大。當截面最大彎矩達到極限彎矩時，轉角值也達到構件的極限塑性轉角，即構件塑性區(qū)的極限轉動能力第20頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月16.3低周反復荷載下的滯回特性第22頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月滯回曲線的一般特點鋼筋屈服前，構件雖已出現(xiàn)裂縫和混凝土塑性變形，但總變形不大，加載曲線斜率變化小，殘余變形也小，正反加載各一次的滯回環(huán)不明顯受拉鋼筋屈服后，混凝土受拉裂縫不斷開展，鋼筋拉應變和混凝土的壓應變逐漸積累增大，總變形增加，此時正反加卸載曲線呈現(xiàn)出一些特點：第23頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第24頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月加載曲線——每一次加載過程，曲線的斜率隨荷載的增大而減小，且減小的程度加快；比較各次同向加載曲線，后次曲線比前次的斜率逐漸減小，說明了反復荷載作用下構件的剛度退化。數(shù)次反復荷載以后，加載曲線出現(xiàn)反彎點，形成捏攏現(xiàn)象，且捏攏程度逐次增大。第25頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月卸載曲線——剛開始卸載時曲線陡峭，恢復變形很小。荷載減小后曲線趨向平緩，恢復變形逐漸加快（恢復變形滯后現(xiàn)象）。曲線的斜率隨反復加卸載次數(shù)而減小，表明構件卸載剛度的退化。全部卸載后，構件留有殘余變形，其值隨反復加卸載次數(shù)不斷地積累增大。第26頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月捏攏現(xiàn)象第27頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋混凝土構件滯回曲線的捏攏程度主要取決于混凝土受拉裂縫的開展寬度、受拉鋼筋的伸長應變、鋼筋與混凝土相對滑移，以及混凝土受壓塑性變形的積累、中和軸的變化等滯回環(huán)對角線的斜率反映構件總體剛度，包圍的面積則是荷載正反交變一周時結構所吸收的能量第28頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月多種受力狀態(tài)的滯回曲線①配筋率②軸壓比③短柱剪切④剪力墻⑤鋼筋與混凝土的粘結-滑移⑥梁柱節(jié)點第30頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月配筋率第31頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月不難看出，提高縱向配筋率，對于構件的滯回特性和延性都有明顯改善，滯回環(huán)包圍面積增加，捏攏現(xiàn)象緩解，耗能能力增強，剛度增大，有利抗震。第32頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月軸壓比第33頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月軸壓比低，滯回環(huán)豐滿，延性好，捏攏現(xiàn)象不明顯第34頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月短柱剪切第35頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月剪力墻第36頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋與混凝土粘結-滑移第37頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月梁柱節(jié)點第38頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月恢復力模型建立截面性能恢復力模型的原則①以材料本構關系為基礎②假設構件符合平均平截面變形的條件③建立內外力平衡方程

第39頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月三線型退化恢復力模型第40頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月骨架線——由構件的混凝土受拉開裂、受拉鋼筋屈服和極限狀態(tài)時的三個點相連得到卸載線——取為斜直線，斜率隨開始卸載時的彎矩或曲率值變化再加載線——由一個方向卸載至M=0，以此時殘余曲率為起點反向加載，與上一循環(huán)曾達到最高點直線相連。如果該最高點未超過開裂點（或鋼筋屈服點），則與此特征點相連，再沿骨架線前進。第41頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第17章疲勞性能第42頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月結構疲勞：結構在其內力低于靜承載力的多次作用后發(fā)生破壞的現(xiàn)象發(fā)生疲勞破壞一般原因：材料內部存在細微缺陷第43頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月17.1混凝土的疲勞性能第44頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第45頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月可將混凝土的疲勞破壞過程分成3個階段：①試件內薄弱區(qū)形成初始裂縫，應變增長較快②裂縫穩(wěn)定發(fā)展，應變增加緩慢③裂縫不穩(wěn)定擴展，應變發(fā)散第46頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第47頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月等幅度和變幅度第48頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月影響因素和計算式除應力變化幅度外，另有：應力梯度混凝土的材料和組成加載頻率受拉疲勞強度第49頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月應力梯度第50頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月混凝土的材料和組成無直接影響，但通過影響混凝土的抗壓強度而間接反映高強度混凝土的內部缺陷較少，相對疲勞強度偏高，輕骨料混凝土剛好相反。（？）第51頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月加載頻率頻率在100-900次/min之間，對混凝土疲勞強度無明顯影響加載速度很慢，徐變出現(xiàn)多，疲勞強度降低第52頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月受拉疲勞強度試驗結果表明，無論軸心受拉、劈拉和彎曲受拉的混凝土疲勞強度，其相對值都與其抗拉強度相一致，但在拉-壓反復作用下，混凝土疲勞強度，低于重復受拉的混凝土疲勞強度。第53頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月17.2鋼筋的疲勞性能第55頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第56頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋疲勞破壞過程分3階段①形成初始裂紋（初始缺陷，應力集中，滑移）②裂紋擴展（重復作用，積累）③試件破壞（剩余有效面積，脆性斷裂）第57頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月影響鋼筋疲勞強度的因素主要因素：應力變化幅度其他因素：外形和直徑強度等級鋼筋的加工和環(huán)境加載頻率第59頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月簡化計算式或圖表第60頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第61頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月17.3鋼筋和混凝土粘結的疲勞性能在重復荷載作用下，鋼筋混凝土結構中，由于鋼筋應力的重復加卸載作用，粘結應力的分布不斷變化，促使粘結損傷積累，相對滑移逐漸增大，粘結剛度減小，平均粘結強度降低。這些統(tǒng)稱為粘結的退化第62頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第65頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月鋼筋混凝土粘結退化的原因和機理隨著荷載重復作用的次數(shù)增多，上述鋼筋粘結區(qū)的混凝土變形和損傷逐漸積累，鋼筋橫肋前的破損情況逐個地從加載端往自由端擴展，加載端滑移區(qū)擴大，試件總變形和滑移增加，鋼筋的拉應力和粘結應力分布也隨之變化。（不可恢復是一個重要特性）第66頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月17.4構件的疲勞性能及其驗算鋼筋混凝土結構在使用階段存在受拉裂縫，重復荷載作用下力學性能退化，疲勞強度降低疲勞破壞一般只發(fā)生在使用階段存在裂縫的構件第67頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月受彎疲勞鋼筋混凝土受彎構件，在荷載重復作用下的開裂彎矩小于一次加載的開裂彎矩，其比值取決于混凝土的抗拉疲勞強度，隨荷載重復次數(shù)增多而減小第68頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月絕大多數(shù)試件的破壞過程：梁內一根縱筋首先受拉疲勞斷裂，其余鋼筋的應力突增，裂縫開展，中和軸上移，壓區(qū)面積減小，材料損傷積累，其余縱筋才相繼疲勞斷裂一般取第一根主筋斷裂時的荷載重復次數(shù)作為構件的疲勞壽命第70頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月第71頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月疲勞荷載值

最小值取結構自重和恒載，考慮有效預應力；最大值取偏低的荷載標準值驗算條件鋼筋混凝土疲勞應力計算

第72頁，課件共77頁，創(chuàng)作于2023年2月采用的基本假定：截面應變保持平面受壓區(qū)混凝土應力為三角形分布忽略中和軸下手拉去混凝土作用換算面積時，取混凝土疲勞變形模