钢筋混凝土连续梁塑性内力重分布浅析

分类：机械论文发表 时间：2012-11-20 09:40 关注：(1)

　　摘要：钢筋混凝土连续梁、板结构在建筑中应用十分广泛，一些物殊结构，如水池的顶和底板，烟囱的板式基础也都是连续梁、板结构，因此结构计算和构造的正确性，对建筑的安全使用和经济效益有着非常重要的意义。

　　关键词：钢筋混凝土 连续梁 结构构造

　　钢筋混凝土连续梁属于超静定结构，其内力分布与各截面间的刚度比值有关。按弹性理论计算时，内力与荷载成线性关系。内力分布规律始终不变，即认为结构的刚度不变，显然这与钢筋混凝土结构受力性能不符。事实上由于混凝土受拉区裂缝的出现和开展，受压区混凝土的塑性变形，特别是受拉钢筋屈服后的塑性变形，各截面刚度比值不断变化，内力与荷载不再是线性的，而是非线性的，即结构的内力分布规律与按弹性理论计算的分布规律不同，因此在连续梁实际受力过程中，就要考虑塑性内力重分布的问题，这样就能真实正确的计算连续梁的承载能力。笔者就下面几个方面浅谈对塑性内力重布的理解。

　　一、超静定结构才有内力的塑性重分布

　　静定结构的内力分布规律(不是指数值)是由静力平衡条件确定的，与截面几何特征、材料及荷载的增大等无关。所以静定期结构不存在内力的重分布问题。可见，内力塑性重分布的研究对象是超静定结构中的内力，相当于超静定钢筋混凝土结构的结构力学。

　　二、内力塑性重分布的阶段性

　　内力的塑性重分布可分为两个阶段，第一阶段是由于截面间刚度比例的改变，引起了内力不再服从弹性理论规律，而按弹塑性规律分布，通常指从截面开裂至第一个塑性铰即将形成的那个过程。第二阶段是指由于塑性铰的出现改变了结构的计算图式从而使内力经历了一个重新分布的过程。显然和二阶段的内力重分布比第一阶段的内力重分布显著得多。所以严格地说，第一阶段是内力的弹塑性重分布，而第二阶段才是真正的内力塑性重分布。在和二阶段中，内力重分布的发展程度，主要取决于塑性铰的转动能力。如果首先出现的塑性铰都具有足够的转动能力，即能保证紧后一个使结束构变为几何可变体系的塑性铰的形成(保证结构不因其他原因如受剪而破坏)，就称职为完全的内力重分布，如果在塑性铰的转动过程中混凝土被压碎，而这时另一塑性铰的尚未形成，则称为不完全的内力重分布。

　　三、考虑内力塑性重分布计算方法与此同时弹性理论计算方法的区别

　　(1)考虑内力塑性重分布的计算比较真实。按弹性理工科论求得的内力，在出现裂缝之后的超静定结构中是不真实的，现在通常采用的内力按弹性理论计算，而截面按极限状态设计的设计方法是自相联系矛盾的，并且弹性理论对超静定结构破坏的判别只是以在一截面出现塑性能铰为依据，故不能真实地估计结构的承载能力。但是考虑内力塑性重分布后所求得的内力是比较真实的，也克服了内力计算与截面设计间的矛盾。同时对超静定结构的破坏是以塑性铰的陆续出现，直到结构的整体或局部形成机动体秒作为准则的，这样就脂真实地确定超静定结构的承载能力。

　　(2)内力不从心塑性重分布计算法，比较经济，施工也比较方便。由于从第一个塑性铰的同现到变结构为机动体系的那个塑性铰的出现为止，这期间还有相当的强有力度储备。考虑内力塑性重分布正是利用了这部分强度储备，节约了材料，达到了经济的效果。同时由于钢筋数量减少，使得连续梁支座处钢筋配置不过于拥挤，方便了施工，所以对支座往往有意识地调整其负弯矩。

　　(3)考虑内力塑性重分布可发挥设计人员的主观能动性。例如可用控制构件各截面极限弯矩值和设计连续板、梁以及框架横梁的方法进和设计。

　　(4)考虑内力塑性重分布时，应符合静力平衡条件。但是弹性理论中的变形协调，力的叠加原则不再符合。

　　四、考虑内力塑性重分布是有条件的

　　(1)由于塑性铰的转能力是有限的，因此必须使得所要求的内力重新分布的幅度与塑性铰可能达到的转动能力相适应。因为截面的ξ愈小，塑性铰的转动能力愈大，所以工程设计中通常用限制ξ的方法来限制内重分布的最大幅度。对于常用Ⅰ，Ⅱ级钢筋，规定的限制条件是

　　x

　　ξ=------ ≤0.35称为相对受压区高度或配筋系数。

　　h0

　　(2)由于塑性铰的形成和转动必然导致梁的变形加大及塑性铰附近裂缝开展过大，因此，不应使结构在使用荷载下就出现塑性铰。为些通常是使截面的极限弯矩Mu。不应小于按弹性理论求得的弯矩Mc的70%，即Mu≥7Mc。

　　(3)对于直接承受动力荷载的结构，抗裂度要求较高的结构和处于侵蚀性介质的结权以及处于重要部分而又要求较大安全储备的结构，都不应考虑内力的塑性重分布。