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1、2020/8/26,1,钢筋混凝土结构延性与抗震,第五章 地震和低周反复荷载作用下结 构的滞回特性和破坏形态,5. Damage behavior and hysteretic performance of reinforced concrete structures under seismic action and reversed load of low cycles,本章内容,基本概念 梁的破坏形态和滞回特性 柱的破坏形态和滞回特性 节点性能 剪力墙的破坏形态和滞回特性 构件和结构的地震反复荷载试验方法 思考题,2020/8/26,2,钢筋混凝土结构延性与抗震,滞回曲线,低周反复荷载作用
2、下结构或构件的受力变形全过程曲线 P-, M-, M-, M- 滞回环 0峰值0 谷值 0 包络线 第一次加载与各项加载峰值连后的连线。,2020/8/26,3,钢筋混凝土结构延性与抗震,反复荷载下构件的延性,以包络线的特征值计算 位移延性系数 包络线上，荷载降低到85%峰值时对应的位移。 包络线上，相应于屈服荷载时的位移,2020/8/26,4,钢筋混凝土结构延性与抗震,捏缩效应(Pinching effect),描述耗能或滞回曲线形状，表示滞回曲线上升段和下降段互相靠近，耗能能力差。,梭形 弓形 倒S形,2020/8/26,5,钢筋混凝土结构延性与抗震,耗能能力,以滞回环面积的总和表示构件
3、耗能能力的大小 功比指数 滞回环面积与理想塑性滞回环面积的比值。,2020/8/26,6,钢筋混凝土结构延性与抗震,梁的的破坏形态,弯曲破坏 剪切破坏 粘结滑移破坏 粘结劈裂破坏,2020/8/26,7,钢筋混凝土结构延性与抗震,梁端弯曲破坏,梁端弯曲破坏 1995年日本阪神地震,上部钢筋屈服 下部混凝土压溃 受压钢筋屈曲,2020/8/26,8,钢筋混凝土结构延性与抗震,梁端实测滞回曲线（赵国藩,1999),2020/8/26,9,钢筋混凝土结构延性与抗震,影响梁弯曲破坏的影响因素,高跨比适宜，配筋率适宜，延性破坏，滞回环饱满。 对称配筋，滞回环饱满。 超筋和接近超筋破坏，混凝土区破坏严重，
4、滞回环捏缩。,2020/8/26,10,钢筋混凝土结构延性与抗震,剪切破坏形态,日本阪神地震,1995年,产生严重斜裂缝 箍筋屈服 斜裂缝两端都可能出现混凝土压溃,2020/8/26,11,钢筋混凝土结构延性与抗震,梁受剪破坏时的P-D滞回曲线,2020/8/26,12,钢筋混凝土结构延性与抗震,剪切破坏的影响因素,短梁或因填充墙窗洞造成的局部短梁产生的剪切破坏。 配筋率是影响耗能的主要因素。,2020/8/26,13,钢筋混凝土结构延性与抗震,配箍量对梁滞回环的影响,2020/8/26,14,钢筋混凝土结构延性与抗震,f9.514cm,f 12.715.2cm,f 12.77.6cm,梁粘结
5、破坏形态,1995年日本阪神地震,发生在梁下部； 混凝土保护层剥落，主筋外露； 主要原因是主筋布置太密；,2020/8/26,15,钢筋混凝土结构延性与抗震,梁粘结滑移影响,由于钢筋滑移滑移产生的挠度占梁总挠度的60% 主筋的粘结滑移使梁的承载力和刚度急剧退化 由于粘结滑移使梁的总长度，产生对框架柱的附加推力，对框架的稳定不利。,2020/8/26,16,钢筋混凝土结构延性与抗震,短梁破坏,短过梁破坏 日本阪神地震（1995）,两端发生交叉斜裂缝 箍筋屈服，混凝土破碎 剪力墙连梁、门窗过梁,2020/8/26,17,钢筋混凝土结构延性与抗震,柱的破坏形态和滞回曲线,2020/8/26,18,钢
6、筋混凝土结构延性与抗震,压弯构件滞回曲线（沈聚敏等，1981）,2020/8/26,19,钢筋混凝土结构延性与抗震,轴压比对滞回特性的影响,2020/8/26,20,钢筋混凝土结构延性与抗震,剪跨比和配筋率对柱剪切滞回特性的影响（洪柏年，1981）,2020/8/26,21,钢筋混凝土结构延性与抗震,l= 1.13 n0=0.2 lsv=0.2%,l= 1.69 n0=0.2 lsv=0.2%,l= 2.25 n0=0.2 lsv=0.2%,l= 1.13 n0=0.2 lsv=0.4%,l= 1.69 n0=0.2 lsv=0.4%,l= 2.25 n0=0.2 lsv=0.4%,轴力剪力相
7、互作用曲线,曲线1无箍筋柱剪切破坏 曲线2带箍筋柱剪切破坏 曲线3弯曲破坏同时考虑剪切影响 曲线4弯曲破坏不考虑剪切影响,2020/8/26,22,钢筋混凝土结构延性与抗震,X型配筋短柱的试验曲线,大幅提高受剪承载力 改变柱的破坏形态，剪切破坏弯剪破坏 延性和耗能能力明显提高； 改变了柱内钢筋的受力形态，对避免粘结劈裂破坏有利。,2020/8/26,23,钢筋混凝土结构延性与抗震,b为X型配筋的比例,柱头破坏（秦永乐，汶川地震，都江堰，2009）,2020/8/26,24,钢筋混凝土结构延性与抗震,柱头弯曲破坏（1995年日本阪神地震）,2020/8/26,25,钢筋混凝土结构延性与抗震,柱头
8、弯曲破坏（秦永乐,汶川地震，2009）,2020/8/26,26,钢筋混凝土结构延性与抗震,箍筋呢？,柱脚破坏（秦永乐,汶川地震，2009),2020/8/26,27,钢筋混凝土结构延性与抗震,破坏的柱上面的梁刚度很大，在柱失效的情况下梁没有垮，另外现浇结构整体性好，一两根柱破坏，整体不会垮。,柱头剪切破坏（1995，日本阪神地震）,2020/8/26,28,钢筋混凝土结构延性与抗震,柱中部破坏（日本阪神地震,1995年）,2020/8/26,29,钢筋混凝土结构延性与抗震,柱中部破坏（汶川地震，都江堰，2008）,2020/8/26,30,钢筋混凝土结构延性与抗震,节点性能,2020/8/2
9、6,31,钢筋混凝土结构延性与抗震,（a) 受力状态 （b) 斜压柱机制 （c）斜压杆机制 （d）组合块机制,弹性阶段斜压柱机制 V=0.60.7Vu贯通裂缝，箍筋屈服，剪力由纵筋和与之间的粘结力承担 箍筋、纵筋拉杆，混凝土压杆， 斜压杆机制 V=Vu 梁纵筋在核心区的锚固逐渐破坏并产生滑移。 剪力：纵筋粘结力、混凝土局部挤压。 混凝土：多条菱形碎块 形成组合块机制。,影响节点剪切承载力和延性的因素,混凝土强度 箍筋 轴压力 直交梁的约束 直交梁：垂直于框架平面与节点相交的梁，对核心区域有一定的约束作用，从而提高了核心区域的抗剪承载力 四边有梁的节点： hj取1.5。 三边有梁的节点：hj取1
10、.0。 梁纵筋的粘结锚固 直径不大于柱宽1/25的梁筋,2020/8/26,32,钢筋混凝土结构延性与抗震,节点核心区粘结传力和Pg曲线,2020/8/26,33,钢筋混凝土结构延性与抗震,节点破坏照片（日本阪神地震,1995),2020/8/26,34,钢筋混凝土结构延性与抗震,剪力墙的分类,2020/8/26,35,钢筋混凝土结构延性与抗震,实体剪力墙 整体小开口剪力墙 连肢剪力墙 壁式框架,高剪力墙：高宽比大于2，又称悬臂剪墙或连层剪力墙 矮剪力墙：通常墙高宽比小于2 边缘构件：翼墙、边柱、暗柱、梁和暗梁,剪力墙破坏形态,弯压破坏：大偏压破坏、小偏压破坏 剪切破坏 底部剪切滑移破坏 基础
11、转动,2020/8/26,36,钢筋混凝土结构延性与抗震,剪力墙抗震性能的影响因素,轴压比 轴压比增大，抗弯压承载力提高，延性下降。 轴压力增大，抗剪承载力略有提高， 时不利,2020/8/26,37,钢筋混凝土结构延性与抗震,连梁,过早发生剪切破坏是连肢剪力墙抗侧能力大为降低。 加密箍筋，设置斜交叉纵筋提高抗剪性能；,2020/8/26,38,钢筋混凝土结构延性与抗震,边缘构件,设置边柱、暗柱的剪力墙承载力和变形能力显著提高 设置边柱 承载力提高42.5% 层间位移角提高110% 耗能能力提高23%,2020/8/26,39,钢筋混凝土结构延性与抗震,2020/8/26,40,钢筋混凝土结构
12、延性与抗震,剪力墙的边柱和暗柱,剪力墙滞回曲线包络线,2020/8/26,41,钢筋混凝土结构延性与抗震,影响滞回特性的因素,剪跨比（高宽比）： 高宽比 高宽比大易发生弯压破坏，耗能好 高宽比小易发生剪切破坏 耗能差,2020/8/26,42,钢筋混凝土结构延性与抗震,矮剪力墙剪切破坏（日本阪神地震,1995）,2020/8/26,43,钢筋混凝土结构延性与抗震,剪力墙小偏压产生墙角破坏(日本阪神地震，1995年）,2020/8/26,44,钢筋混凝土结构延性与抗震,连肢剪力墙剪切破坏（日本阪神地震，1995年）,2020/8/26,45,钢筋混凝土结构延性与抗震,剪力墙沿施工缝滑移破坏(日本
13、阪神地震，1995年）,2020/8/26,46,钢筋混凝土结构延性与抗震,构件和结构的低周反复试验方法,模拟构件在地震作用下的整个受力变形过程，搞清其受力、变形性能，破坏过程，破坏形态，取得抗震设计的依据。 地震作用下，结构破坏很难直接记录下来。 建筑物自振频率一般在0.1、1、10Hz数量级，在接近倒塌前只经过几次大的往复振动。 采用慢速加载的方式可得到保守的结果。,2020/8/26,47,钢筋混凝土结构延性与抗震,单调加载和低周反复加载构件性能的差别,梁的单调加载曲线和反复加载滞回曲线的包络线差别较小。 柱子大偏心受压滞回曲线包络线与单调加载差别较小。 柱子小偏心受压滞回曲线包络线研究
14、的很少，其承载力与延性可能比单调加载差。 柱子受剪反复荷载下，比单调加载承载力下降20%左右，延性也变差。,2020/8/26,48,钢筋混凝土结构延性与抗震,梁加载试验方法,2020/8/26,49,钢筋混凝土结构延性与抗震,柱、压弯构件加载试验,2020/8/26,50,钢筋混凝土结构延性与抗震,节点加载试验(1),2020/8/26,51,钢筋混凝土结构延性与抗震,节点加载试验（2）,2020/8/26,52,钢筋混凝土结构延性与抗震,节点加载试验（3）,2020/8/26,53,钢筋混凝土结构延性与抗震,节点加载试验（4）,2020/8/26,54,钢筋混凝土结构延性与抗震,节点加载试
15、验（5）,2020/8/26,55,钢筋混凝土结构延性与抗震,反复加载程序,屈服前： 用力控制 屈服后： 用位移控制，每级是屈服位移的倍数，每级加23次 研究强度退化率可在极限荷载时的变形下多次反复（例如5次）； 研究刚度退化率可在选定的荷载级别下多次反复（例如5次）,2020/8/26,56,钢筋混凝土结构延性与抗震,思考题,什么是滞回曲线？耗能能力？滞回曲线有哪几种典型的形态？ 梁在地震作用下有哪几种破坏形态？弯曲破坏 与剪切破坏有什么区别？ 柱在地震作用下有几种破坏形态？轴压比和剪跨比对柱的抗震有什么影响？为什么？ 柱子抗震设计为什么要加密箍筋？为什么要限制纵向钢筋最大配筋率？,2020/8/26,57,钢筋混凝土结构延性与抗震,试述节点的破坏机理和直交梁约束系数的意义 剪力墙有几种破坏形态？联肢剪力墙的连梁和墙肢为什么最危险？ 什么是剪力墙的边缘构件？有什么作用？ 滞回曲线如何通过计算机模拟分析？什么是恢复力模型？有什么用途？,2020/8/26,58,钢筋混凝土结构延性与抗震,思考题（续）,
