為何限制軸壓比可以提高柱子的延性?
01-04
為何限制軸壓比可以提高柱子的延性?這裡面的依據是什麼?
說說我的理解,不一定對,歡迎探討。1.柱子除了承受豎向荷載以外,還要承擔地震、風等水平力的作用產生的彎矩,所以從受力上來說,柱子是一個壓彎構件;2.觀察壓彎構件的N-M相關曲線,很容易知道柱子在軸力大的時候,能承受的彎矩就小,反過來,軸力越小,能承受的彎矩就越大;3.對於前一種情況,柱子的破壞形態為小偏心破壞,屬於脆性破壞,後一種情況為大偏心破壞,屬於延性破壞;
4.所以限制軸壓比,即限制柱子的軸力,除了能讓柱子承擔更大的水平力(通常是地震力)以外,更重要的是在地震作用下,柱子破壞前能夠產生足夠的變形,吸收能量,從而滿足大震不倒的設計要求。
題主可以自己試試去做一個P-M的圖,可以是平面內受彎,也可以是平面外受彎。
列表的方法是1.取計算點,根據受壓區占截面高度的比例來選取計算點,比如受壓區佔滿整個截面(全截面合力為壓力),受壓區佔0.9高度,其餘0.1高度的面積受拉力,受壓區佔0.8的截面高度,其餘0.2受拉力...這樣你可以根據已知的應力應邊關係算出整個截面所受的P以及M。如果想偷懶,我這裡有一個現成的EXCEL表,是我們的一次作業,配筋混凝土砌體結構。https://drive.google.com/file/d/0B6OSPSw94N-aVjlHSkN0V1FpNjQ/view?usp=sharing1.列表
這個是In-Plane平面內同時受P-M的結算結果。藍色為計算值,紅色為乘以安全係數以後的值。2.計算曲率
你可以計算每個點對應的曲率(用曲率作為延性的指標),計算方法為 曲率=0.003/受壓區高度,0.003是混凝土受壓破壞的應變。這個是計算結果4.為什麼會這樣?
這個是一個柱子同時受壓(P)和彎矩(M)時的截面應力情況,可以看到合成後的應力壓力變大,拉力變小。這樣截面在破壞的時候(小偏心破壞),柱子的配筋並沒有到達Fy,鋼筋沒有屈服,混凝土就被壓壞,這樣的延性是非常差的。5.改良方法增加箍筋來提高柱子的延性。因為箍筋對混凝土的約束作用,混凝土的極限應變可以超過0.003, ,曲率=混凝土極限應變/受壓區高度,此時極限應變增加,隨著彎矩的增加受壓區高度繼續減少,分子增加分母減少,極限曲率增加達到增加延性的目的。
規範規定:沿柱全高採用井字複合箍,且箍筋間距不大於100mm、肢距不大於200mm、直徑不小於12mm,或沿柱全高採用複合螺旋箍,且螺距不大於100mm、肢距不大於200mm、直徑不小於12mm,或沿柱全高採用連續複合矩形螺旋箍,且螺距不大於80mm、肢距不大於200mm、直徑不小於10mm時,軸壓比限值均可按表中數值增加0.10;上述三種箍筋的配筋特徵值均應按增大的軸壓比由規範中《柱箍筋加密區的箍筋最小配箍特徵值表》確定。
以上是我對軸壓比的理解,希望能解答樓主提出的問題,如有補充或發現錯誤歡迎指出,謝謝。打個比方就是壓倒黃牛的最後一根稻草,降低軸壓比就是降低柱子承受的上部荷載,在荷載不變的情況下增大截面或者提高強度,自然延性就提高了
延性是抗震需要的,延性分為三種,位移延性、曲率延性和轉角延性,柱子的延性一般指位移延性。1、柱子在反覆受力時的滯回曲線捏縮效應明顯,鋼筋力偶區段小,導致滯回耗能性能不好,通俗點就是開裂後由於軸力大,在反覆受力時,裂縫馬上閉合,此時鋼筋對能量耗散的貢獻小,混凝土成為主導受力材料。2、在同等位移條件下,軸壓比大的柱子混凝土壓應力大,軸力小的柱子混凝土壓應力小,因此軸壓比小的柱子能比軸壓比大的柱子達到更大的頂點位移下才破壞,也就是說位移延性高於軸壓比大的柱子,這就是提高延性的原因。與前面兩位說到的原因不同,前面兩位說的是強度問題,而不是延性,抗震下對延性的討論時基於位移、轉角等因素,與強度無關,強度控制屬於彈性階段。對於抗震能力的保證是以延性保證的,不是強度。
柱子的延性設計其實是為了滿足抗震要求。根據實驗研究表明,軸壓比的大小與柱子的破壞形態和變形能力密切相關。通過限制軸壓比,使柱子在地震作用下仍能實現大偏心受壓下彎矩破壞,滿足「強剪弱彎」的設計原則來控制柱子的破壞形態,從而提高柱子延性,達到抗震效果。
都說的太複雜了,從破壞形式去理解就很簡單
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