河北工业职业技术学院教案 混凝土结构与砌体结构
图4.5 塑性铰的形成
◎塑性铰与理想铰的区别在于：前者能承受一定的弯矩，并只能沿弯矩作用方向发生一定限度的转动；而后者则不能承受弯矩，但可自由转动。
简支梁是静定结构，当任一截面出现塑性铰后，结构就成为几何可变体系，形成破坏机构，将失去承载能力。但多跨连续梁是超静定结构，由于存在多余约束，构件某一截面出现塑性铰并不会导致结构立即破坏，还可以继续承受增加的荷载，直到不断增加的塑性铰使结构成为几何可变体系，才丧失其承载能力。
2）塑性内力重分布
在钢筋混凝土超静定结构中，每出现一个塑性铰将减少一个多余约束，一直到出现足够数目的塑性铰致使超静定结构的整体或局部形成破坏机构，结构才丧失其承载能力。在形成破坏机构的过程中，结构的内力分布不再按原来的弹性规律分布，塑性铰的出现将引起构件各截面间的内力分布发生变化的现象，称为塑性内力重分布。
以跨中作用有集中荷载的两跨连续梁为例（图7.14a所示），连续梁的跨度均为l =3m，每跨跨中承受一集中荷载P。设梁跨中和支座截面能承担的极限弯矩相同，均为Mu =30 kN·m。
图7.14 两跨连续梁塑性内力重分布的过程
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◎由以上两个阶段可以看出：塑性铰形成前，支座弯矩数MB和跨中弯矩M1随荷载P1增大呈线性关系增加，连续梁的内力分布基本符合弹性理论的规律，其跨中与支座截面的弯矩比值为M1: MB = 1:1.2；而塑性铰形成后，继续增加荷载P2，支座弯矩数MB不再增加, P2引起的弯矩增量全部集中在跨中截面，形成了塑性内力重分布，到临近破坏时，跨中与支座截面的弯矩比例改变为M1u: MBu= 1:1。
由于超静定结构的破坏标志不再是一个截面“屈服”而是形成破坏机构，因此，在结构设计时按塑性理论计算内力，可以利用潜在的承载能力储备。如本例中，极限荷载值与按弹性计算法相比提高了
P2?100%?12.78%P1。
3）弯矩调幅法
对单向板肋梁楼盖中的连续板、梁，当考虑塑性内力重分布理论分析结构内力时，普遍采用弯矩调幅法。如图4-6所示的两跨连续梁，承受均布荷载q，按弹性理论计算得到的支座最大弯矩为MB，跨中最大弯矩为M1。考虑塑性内力重分布，设计时，将支座截面弯矩MB调整降低为MB′，并将跨中弯矩M1相应增加为M1′（满足平衡条件），经过综合分析计算再得到连续梁各截面的内力值，这种做法称为弯矩调幅法。
图4.6 连续梁的弯矩调幅
根据理论和试验研究结果以及工程经验，考虑塑性内力重分布对弯矩进行调幅时，应遵循一定的原则。
4）塑性计算法的适用范围
采用塑性理论方法进行内力计算，由于其设计方法简
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单，可以节约钢材，克服支座处钢筋拥挤的现象，更方便施工，因此一般工业与民用建筑现浇肋梁楼盖中的板和次梁，通常采用塑性计算法。
但是塑性内力重分布理论是以形成塑性铰为前提，在使用阶段构件的裂缝和变形均较大。所以，塑性计算法并不是在任何情况下都适用，通常在下列情况下应按弹性理论计算方法进行设计：①直接承受动力荷载和重复荷载的结构；②在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展有较严格限制的结构；③处于重要部位，要求有较大承载力储备的结构，如肋梁楼盖中的主梁；④处于侵蚀性环境中的结构。
（四）单向板肋形楼盖的截面设计要点 1．单向板
（1）支承在次梁或砖墙上的连续板，一般可按考虑塑性内力重分布的方法计算。
（2）板一般均能满足斜截面抗剪要求，设计时可不进行受剪承载力计算。
（3）沿单向板的长边方向选取1 m宽板带为计算单元，按单筋矩形截面进行截面配筋计算。
（4）在现浇楼盖中，当连续板的四周与梁整体连接时，在板面竖向荷载作用下，板四周边梁对它产生水平推力（图4-7）。该推力对板是有利的，可减少板中各计算截面的弯矩。一般规定，对四周与梁整体连接的连续板，其中间跨板带的跨中截面及中间支座截面的计算弯矩可折减20％，其它截面则不予减少。
图4.7 连续板的拱推力示意图
2．次梁
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（1）次梁的设计步骤：初选截面尺寸→荷载计算→内力计算→纵向钢筋配筋计算→箍筋及弯起钢筋计算→确定构造钢筋→绘制结构施工图。
（2）次梁的内力计算一般按塑性理论计算方法。 （3）按正截面抗弯承载力确定次梁内纵向受拉钢筋时，由于板和次梁是整体连接，板作为梁的翼缘参加工作。通常跨中按T形截面计算，其翼缘计算宽度bf′按规定取用。支座因翼缘位于受拉区，所以按矩形截面计算。
（4）按斜截面抗剪承载力计算次梁内抗剪腹筋。当荷载、跨度较小时，一般可仅配置箍筋抗剪。当荷载、跨度较大时，可在支座附近设置弯起钢筋，以减少箍筋用量。
（5）次梁的截面尺寸满足高跨比h/l0 = 1/18～1/12和宽高比b/h =1/3～1/2的要求时，一般不必作使用阶段的挠度和裂缝宽度验算。
3．主梁
（1）主梁的设计步骤：初选截面尺寸→荷载计算→内力计算→计算纵向钢筋、箍筋及弯起钢筋→确定构造钢筋→绘制结构施工图。
（2）主梁的内力计算通常采用弹性计算法，原因是主梁是楼盖中的重要构件，需要有较大的承载力储备，并且在使用阶段挠度及裂缝开展不宜过大。
（3）主梁除自重外，主要承受由次梁传来的集中荷载。为了简化计算，可将主梁的自重荷载折算成集中荷载（作用在次梁支承处）进行计算。
（4）主梁正截面承载力计算与次梁相同，即跨中正弯矩按T形截面计算，支座负弯矩则按矩形截面计算。
（5）由于在支座处板、次梁与主梁的支座负钢筋相互垂直交错，而且主梁负筋位于次梁和板的负筋之下（图4-8），因此计算主梁支座负弯矩钢筋时，其截面有效高度
h0应减小。当受力钢筋为一排布置时，
h0 = h - (55～60)mm；
当受力钢筋为二排布置时，h0 = h - (80～90)mm。 （6）当按构造要求选择主梁的截面尺寸和钢筋直径时，一般可不做挠度和裂缝宽度验算。
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图4.8 主梁支座处截面的有效高度
三、单向板肋形楼盖的构造要求
1．板的配筋构造 （1）受力钢筋的配置
板内受力钢筋的数量按计算确定后，配置时应考虑构造简单、施工方便。为满足配筋协调要求，往往采取各截面的钢筋间距相同而钢筋直径不同的方法，并按先内跨后边跨、先跨中后支座的次序选配钢筋。
板中受力钢筋一般采用HPB235级、HRB335级钢筋，常用直径为φ6mm、φ8mm、φ10mm及φ12mm等。对于支座负钢筋，为便于施工架立，直径不宜太细。受力钢筋的间距一般不小于70mm；当板厚h≤150mm时，不宜大于200mm；h>150mm时，不宜大于1.5h ，且不宜大于250mm。
连续板中受力钢筋的布置方式可采用弯起式和分离式两种。
◇弯起式配筋是先按跨中正弯矩确定其钢筋直径和间距，然后在支座附近将部分跨中钢筋向上弯起（弯起角度一般采用30o），用以承担支座负弯矩。弯起式配筋的特点是钢筋锚固和整体性好，钢筋用量省，但施工较复杂，目前已较少采用。
◇分离式配筋是将全部跨中钢筋伸入支座，支座上部负弯矩钢筋单独设置，即跨中和支座全部采用直钢筋。分
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