塑性铰00.doc

钢结构中的塑性铰及其应用综述姓名：严小伟学号：15121116北京交通大学2015年12月钢结构中的塑性铰及其应用综述摘要:结构构件在地震作用下产生塑性变形，在塑性铰形成的过程中能吸取大量的能量。在设计中恰到好处地设计塑性铰形成的位里并加以应用，可有效降低震害，不至于出现迅速倒塌的后果。关键字：塑性铰理论；塑性变形；破坏机制1.引言地震是一种具有突发性和毁灭性的自然灾害，它对当今人类社会的危害主要体现在两个方面:一是地震引起建筑物的破坏或倒塌将会导致严重的人身伤亡和财产损失，二是地震及其地震引起的水灾、火灾等次生灾害将破坏人类社会赖以生存的自然环境，造成严重的经济损失，产生巨大的社会影响。我国地处世界上两个最活跃的地震带上，是世界上的多地震国家之一，强烈地震给我国人民带来的灾难尤为严重。从历史上来看，我国的地震灾害面积己达到我国的国土面积的一半以上，尤其在近几年地震活动相当频繁。因为很多特大地震给人类带来了巨大的经济损失，一些特大地震己给人类社会带来了不可估量的经济损失，这就使得我们要对深入研究土木工程结构的抗震设计理论和应用方法进行深入的研究。不同阶段，客观因素和人类的认识水平是不一样的，这就形成了不同的抗震设计思想和方法。通过工程技术措施，保证建筑物和工程设施的抗震安全，是减轻地震灾害的有效手段，作为抗震灾害的重要环节，结构抗震设计理论的不断完善是世界各国重点研究的课题之一。结构在塑性变形中形成的塑性铰在抗震中能发挥重要作用，塑性铰能否在罕遇地震中出现，对结构安全和生命财产的安危是至关重要的。所以，很有必要对其进行研究和探讨，并应充分利用塑性铰来消耗地震的能量，提高结构的抗震性能，降低地震灾害。2、塑性铰的有关概念钢结构中的塑性铰在钢结构构件屈服的横截面处产生。如果不考虑结构分析中钢材应变硬化,那么屈服的横截面会产生一个不确定的转动并能承受一定的约束弯矩即塑性弯矩Mp。塑性铰是与理想铁相比较而言。理想铰不能承受弯矩，而塑性铁能够承受弯矩，其值即为塑性铰截面的极限弯矩。对于超静定结构，由于存在多余联系，某一截面的纵向钢筋屈服，即某一截面出现塑性铁并不能使结构立即成为破坏结构，还能承受继续增加的荷载。当继续加荷时，先出现塑性铁的截面所承受的弯矩维持不变，产生转动，没有出现塑性铰的截面所承受的弯矩继续增加，直到结构形成几何可变机构。这就是塑性变形引起的结构内力分布，塑性铰转动的过程就是内力重分布的过程。塑性铰的长度塑性铰长度是进行结构延性计算和塑性设计的一个重要参数。在结构铰的分析中,我们都习惯并认同假定其为一个点,但塑性铰却与结构较不一样,而是一个塑性变形区域,我们一般称为塑性铰的长度。研究表明,塑性铰的长度与结构的荷载、边界条件、截面几何形状有关。3、塑性铰理论对塑性铰理论的研究，早在20世纪60年代Wen和Janssen就曾提出过一种双线型单元模型;Clough,Bensnka和Wilson]提出一种双分量模型;Aoyama和sugan在他们研究的基础上提出了3分量模型。但是无论是双分量还是三分量模型使用范围都非常有限。鉴于杆件实际破坏过程中，塑性铰往往出现在构件端部，集中塑性铰模型被提出。Giberson提出利用杆端塑性转角描述杆件的弹塑性性能的模型，恢复力模型可以选择折线型和曲线型，适用范围较广;Otani和Sown认为，构件的刚度随着构件受力过程和反弯点位置的变化而变化，即杆件被分为弹性、弹塑性杆端弹塑性弹簧段，反弯点位置由加载历史确定;孙焕纯[1A}首先使用平均刚度值来模拟构件的刚度，它没有考虑刚度沿杆件分布的变化。分布塑性铰模型比集中塑性铰模型计算精度高，它模拟了构件塑性铰区域的发展变化情况。1973年Tseng和Penzien提出理想弹塑性铰梁柱单元，在其后的20年中，Kawashima,lmbsen和Mcguire等人提出了新的考虑运动强化的非线性梁柱单元。针对AC1318-95规范，AbrahamC.Lynn等人指出，延性设计不好的柱子，容易遭受剪切破坏;当结构的反应由剪力控制时，在抗剪的横向抗力消失后，柱子随即发生重力失效。美国学者Ghobarch等人对地震作用下钢筋混凝土梁柱结点的破坏进行了研究，并提出了预防结点破坏的有效方法。国内外还有许多学者对钢筋棍凝土构件的非线性特性和破坏过程进行了大量的试验与理论研究。4、塑性铰出现的部位当地震作用于结构构件上并发生塑性变形时，该截面上各点均进入屈服状态。对钢筋混凝土构件而言，在塑性铰形成时，混凝土拉应力已达到屈服状态，而钢筋拉应力还未达到，若受拉变形继续变大，在二者的相互作用下，在该接触部位始终保持一个“弹性核”，当应变继续加大，钢筋达到屈服时，与混凝土的粘结力破坏，这时出现了塑性变形集中区的塑性铰，在这个过程中，塑性铰要吸收和消耗较多的地震输人能，而在