钢筋混凝土结构中的延性概念

图12-2 超筋梁和适筋梁的荷载位移曲线

所谓延性是指材料、构件和结构在荷载作用或其他间接作用下，进入非线性状态后在承载能力没有显著降低情况下的变形能力。图12-2是两根简支梁的荷载—挠度全过程曲线。梁A受荷达最大值后突然降低，呈脆性破坏状态；梁B在受拉钢筋屈服后，由于截面中性轴上升和钢筋强化，承载力尚有一定程度增加，经较长的变形过程最终由于受压区混凝土压碎而破坏，表现出良好的延性。试验和非线性计算分析表明：构件和结构的破坏由受拉钢筋屈服引起的，常表现出良好的延性，如适筋梁、大偏心受压柱等；而破坏由混凝土拉断、剪坏和压碎控制的，常表现为脆性，如素混凝土板、超筋梁、地震作用下剪切破坏的短柱等。

描写延性常用的变量有：材料的韧性，截面的曲率延性系数，构件或结构的位移延性系数，塑性铰转角能力，滞回曲线，耗能能力等。下面对这些变量做一介绍。

材料的韧性通常用材料的应变（或变形）达到某一值时应力—应变（或受力—变形）曲线下的面积来度量。应力峰值后曲线越平缓，则曲线下的面积越大，材料的韧性越高。素混凝土的受压和受拉韧性都较低，采用箍筋约束和掺加改性材料（如树脂、纤维）可改善混凝土的韧性。

截面的曲率延性系数是指受弯或弯压破坏的构件临界截面上极限曲率对屈服曲率的比值，记作μϕ=ϕ_u/ϕ_y。(www.xing528.com)

构件或结构的位移延性系数是指极限位移对屈服位移的比值，记作_μΔ=Δ_u/Δ_y。相应于受拉钢筋开始屈服时的位移为屈服位移，这时在荷载—位移曲线上出现明显拐点；极限位移通常取荷载峰值后降低至85%峰值荷载时对应的位移。

构件达到屈服后在临界截面附近一个区域内形成一个可以保持一定承载力而使两侧产生相对转动的“铰”，称为塑性铰。相应于位移极限时和截面屈服时的转角差，称为塑性铰转角能力，记作θ_p=θ_u-θ_y。

地震水平作用力是以周期反复荷载的形式作用到建筑物上的，因此研究周期反复荷载作用下结构构件的受力变形性能十分重要。图12-3为一构件周期反复加载试验所得的荷载—位移全过程曲线，称为荷载—位移滞回曲线。其中每一个加载—卸载—反向加载—卸载过程形成的一条曲线称为滞回环。滞回环的面积可衡量构件耗能能力的大小。通过第一次加载曲线与以后各加载—卸载点的连线形成一条包络线，由包络线也可确定位移延性系数。

图12-3 周期反复荷载下构件的滞回曲线