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  • 塑性铰

    塑性铰就是认为一个结构构件在受力时出现某一点相对面的纤维屈服但未破坏,则认为此点为一塑性铰,这样一个构件就变成了两个构件加一个塑性铰,塑性铰两边的构件都能做微转动。就减少了一个约束。计算时内力也发生了变化,当截面达到塑性流动阶段时,在极限弯矩值保持不变的情况下,两个无限靠近的相邻截面可以产生有限的相对转角,这种情况与带铰的截面相似。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 塑性铰 英文名: plastic hinge
    性质: 力学名词 学科: 土木工程

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    定义/塑性铰 编辑

    因此,当截面弯矩达到极限弯矩时,这种截面称为塑性铰。塑性铰与普通铰的相同之处是铰两边的截面可以产生有限的相对转角。

    相关区别/塑性铰 编辑

    结构铰:用来连接两个固体,并允许两者之间做转动的连接,传递剪力和轴力,不传递弯矩。

    铰链可能由可移动的组件构成,或者由可折叠的材料构成。最常见的是门窗上安装的铰链.

    1)塑性铰的存在条件是因截面上的弯矩达到塑性极限弯矩,并由此产生转动;当该截面上的弯矩小于塑性极限弯矩时,则不允许转动。因此,塑性铰可以传递一定的弯矩,而在结构铰中弯矩为零,不能传递弯矩。

    2)结构铰为双向铰,即可以在两个方向上产生相对转动,而塑性铰的转动方向必须与塑性弯矩的方向一致,不允许与塑性铰极限弯矩相反的方向转动,否则出现卸载使塑性铰消失。所以塑性铰为单向铰。

    实际应用/塑性铰 编辑

    塑性铰是与理想铰相比较而言,理想铰不能承受弯矩,而塑性铰能够承受弯矩,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铰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,先出现塑性铰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重分布,塑性铰转动的过程就是内力重分布的过程。根据超静定结构塑性铰的以上特性,可以解决工程中遇到的一些具体问题。

    受力特征/塑性铰 编辑

    由图1 可以看出,随着荷载的增加,钢筋达到屈服,此时,截面的承载能力虽然仍能有所提高,但相应的曲率增

    图1 梁在荷载作用下的M-曲线 图1 梁在荷载作用下的M-曲线

    长非常迅速(如图中的水平区段)。这意味着在截面承载能力增长不大的情况下,相对转角在此点出现急剧的增长。此时该截面相当于一个能转动的铰,对这一塑性变形集中发生的区域,在杆系结构中称为塑性铰。塑性铰与理想铰不同,表现在:①塑性铰不是集中于一点,而是形成在一定的范围,只是为了简化,在计算上通常认为集中于一个截面;②理想铰不能承受弯矩,而塑性铰能够承受弯矩,其值即为截面的极限弯矩;③塑性铰只能沿弯矩作用方向发生单向转动,其转动能力受到纵向钢筋配筋率和混凝土极限压应变的限制,即塑性铰的长度、转角具有一定限值。但是,由于梁端弯矩的减小,使塑性铰在柱边梁端形成,常引起以下3 个问题:

    (1)梁端塑性铰的形成,常使非弹性变形伸入节点域,减弱了梁对柱节点域混凝土的约束,从而降低了节点的抗剪和有效刚度。

    (2)为了限制节点内强度和刚度的降低程度,在节点内需配置高配筋率的横向钢筋,或在节点内配置斜向交叉钢筋。

    (3)柱边梁端的破坏,可能使节点同时破坏。  

    长度确定/塑性铰 编辑

    现有的桥墩塑性铰长度公式绝大多数都是在Park 和Paulay 提出的墩顶位移计算模型式基础上推导而来的。如果桥墩高度L、塑性位移Δ和塑性曲率φ已知,就可由式( 1) 导出相应的塑性铰长度,其表达式如下

    塑性铰 塑性铰

    ( 1)

    因此,确定试验塑性铰长度就转化为如何确定试验桥墩的塑性曲率和塑性位移。本文的试验塑性铰长度也将由式( 1 )导出,应该注意的是,墩顶极限位移Δu包含了弯曲变形、剪切变形和纵筋滑移变形等三部分的贡献;故用式( 1) 计算试验塑性铰长度时,隐含了将剪切变形和纵筋滑移变形对墩顶位移的贡献转化为等效弯曲变形的假定。  

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