7.2.1 鋼筋和鋼骨混凝土柱式構(gòu)件的破壞形態(tài)應(yīng)按下列公式進(jìn)行判定：

    式中：V_mu——構(gòu)件達(dá)到截面等效屈服彎矩時(shí)的剪力(N)；
          V_yd——設(shè)計(jì)剪切抗力(N)，按本規(guī)范附錄F．1方法計(jì)算；
          V_cd——混凝土的設(shè)計(jì)剪切抗力(N)；
          V_wd——鋼筋的設(shè)計(jì)剪切抗力(N)；
          V_sd——鋼骨的設(shè)計(jì)剪切抗力(N)。
7.2.2 對(duì)軸壓比小于0.5，且剪跨比為1.5以上的鋼筋和鋼骨混凝土柱式構(gòu)件，其彎曲變形性能應(yīng)按等效理想彈塑性彎矩-轉(zhuǎn)角關(guān)系(圖7.2.2)和本規(guī)范附錄G.1確定。

圖7.2.2 構(gòu)件的彎矩和轉(zhuǎn)角的關(guān)系
a-截面等效屈服點(diǎn)；b-極限變形點(diǎn)；1、2、3-分別對(duì)應(yīng)構(gòu)件的性能等級(jí)1、2、3；
M_y-構(gòu)件截面等效屈服彎矩；M_u-構(gòu)件截面極限彎矩；θ_y-構(gòu)件塑性鉸區(qū)等效屈服轉(zhuǎn)角；
θ_u-構(gòu)件塑性鉸區(qū)極限轉(zhuǎn)角；α-構(gòu)件性能等級(jí)系數(shù)

7.2.3 判別為彎曲破壞的小軸壓比柱式構(gòu)件，其性能等級(jí)可按構(gòu)件轉(zhuǎn)角或塑性鉸區(qū)轉(zhuǎn)角劃分，其界限值可按下列公式確定：

    式中：θ_d——性能等級(jí)的界限值(rad)；
          K——構(gòu)件極限塑性轉(zhuǎn)角的安全系數(shù)，可取1.5；
          α——構(gòu)件性能等級(jí)系數(shù)，可按表7.2.3取值；
          θ_pu——構(gòu)件塑性鉸區(qū)的極限塑性轉(zhuǎn)角(rad)；
          _u——塑性鉸區(qū)極限曲率，可按本規(guī)范附錄G.1計(jì)算；
         _y——塑性鉸區(qū)屈服曲率，可按本規(guī)范附錄G.1計(jì)算；
          L_p——塑性鉸長(zhǎng)度(m)，L_p＝1.0D，D為計(jì)算方向截面高度。

表7.2.3 鋼筋混凝土柱構(gòu)件的性能等級(jí)系數(shù)

7.2.4 當(dāng)墻(板)式構(gòu)件承受面外力時(shí)，可按柱式構(gòu)件根據(jù)本規(guī)范第7.2.3條進(jìn)行抗震驗(yàn)算；承受面內(nèi)力時(shí)，其抗剪能力應(yīng)按本規(guī)范附錄F.2計(jì)算。

 

條文說明
 

7.2 鋼筋和鋼骨混凝土構(gòu)件

7.2.1 鋼筋混凝土或鋼骨混凝土構(gòu)件因構(gòu)件的變形及破壞形態(tài)不同，其損傷的過程及損傷的狀況有所不同，因此應(yīng)使用能恰當(dāng)表現(xiàn)構(gòu)件破壞狀態(tài)的性能指標(biāo)。構(gòu)件的形態(tài)分為柱式構(gòu)件和受面內(nèi)力的壁式構(gòu)件。構(gòu)件的破壞形態(tài)應(yīng)分為彎曲破壞和剪切破壞。
    通過比較構(gòu)件的抗剪能力與構(gòu)件達(dá)到抗彎能力時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大剪力，來判定鋼筋混凝土構(gòu)件的破壞形態(tài)時(shí)，構(gòu)件的最大剪力應(yīng)由實(shí)際彎曲抗力求得。因此在計(jì)算彎曲抗力時(shí)應(yīng)考慮全部軸向鋼筋和鋼骨，且采用鋼材實(shí)際屈服強(qiáng)度，同時(shí)也應(yīng)根據(jù)破壞截面的不同考慮彎曲抗力的增強(qiáng)等影響。

圖11 鋼筋和鋼骨混凝土構(gòu)件抗震驗(yàn)算流程圖

圖12 柱式鋼管混凝土構(gòu)件和柱式鋼構(gòu)件抗震驗(yàn)算流程圖

    簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)根據(jù)合理假定剪切跨度，就可以從設(shè)計(jì)彎曲抗力直接求出V_mu值；超靜定結(jié)構(gòu)如果假定剪切跨度有難度，則應(yīng)采用靜力非線性分析來求得V_mu值。
    本規(guī)范中鋼筋和鋼骨混凝土構(gòu)件抗剪能力的計(jì)算方法，主要參照美國(guó)Caltrans Seismic Design Criteria(V1.6)(以下簡(jiǎn)稱“Caltrans規(guī)范”)、AASHTO Guide Specifications for LRFD seismic Design(LRFDSEIS-2，2011)、日本《鐵道構(gòu)造物等設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)·同解說——耐震設(shè)計(jì)》(1999)和日本《道路橋示方書——V耐震設(shè)計(jì)編·同解說》(2002)等，并結(jié)合我國(guó)公路與鐵路常用設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整后形成：
    (1)已有研究表明，美國(guó)28天圓柱體抗壓強(qiáng)度與中國(guó)抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，因而，將Caltrans規(guī)范混凝土強(qiáng)度f＇_c直接等效為我國(guó)抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值f＇_c。Caltrans規(guī)范公式中箍筋的規(guī)范強(qiáng)度f_yh，相當(dāng)于我國(guó)規(guī)范的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
    (2)Caltrans規(guī)范中計(jì)算c₁所用μ_d為位移延性系數(shù)，對(duì)于群樁基礎(chǔ)等多種形式的構(gòu)件，在地震的動(dòng)力作用下，其計(jì)算較為復(fù)雜，且與指標(biāo)相應(yīng)的界限值在實(shí)際應(yīng)用中受限制較大。為了方便操作，結(jié)合轉(zhuǎn)角延性系數(shù)μ_θ大于位移延性系數(shù)μ_d的一般規(guī)律，本規(guī)范采用轉(zhuǎn)角延性系數(shù)μ_θ代替位移延性系數(shù)μ_d，這是偏于保守的。由于一般構(gòu)件的塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度L_p不超過塑性鉸區(qū)截面至反彎點(diǎn)之間距離的0.2倍(即0.2L)，進(jìn)一步將構(gòu)件的屈服轉(zhuǎn)角θ_y的計(jì)算公式簡(jiǎn)化：

    (3)Caltrans規(guī)范中系數(shù)c₂旨在計(jì)入軸向力對(duì)混凝土剪切抗力的提高，由于在地震作用下，墩柱尤其是群樁構(gòu)件軸力的取值變動(dòng)較大，因而本規(guī)范偏保守取c₂＝1.0。
7.2.2、7.2.3 鋼筋混凝土或鋼骨混凝土構(gòu)件的荷載和位移的關(guān)系與軸向壓力的作用程度有關(guān)。本規(guī)范主要針對(duì)具有明顯延性的破壞形態(tài)給出了鋼筋混凝土構(gòu)件的損傷驗(yàn)算指標(biāo)。軸向壓力比較大的情形，構(gòu)件的破壞形態(tài)缺少延性，驗(yàn)算指標(biāo)需要另外進(jìn)行研究。
    本規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件性能等級(jí)的劃分主要參考日本公路橋梁抗震規(guī)范《道路橋示方書 V耐震設(shè)計(jì)篇》。該規(guī)范采用構(gòu)件變形為指標(biāo)衡量構(gòu)件延性能力，按下式計(jì)算：

    式中：μ_d——鋼筋混凝土橋墩容許延性系數(shù)；
          δ_u——鋼筋混凝土橋墩極限變形；
          δ_y——鋼筋混凝土橋墩屈服變形；
          α——構(gòu)件安全系數(shù)，按表3取值。

表3 鋼筋混凝土橋墩容許延性系數(shù)計(jì)算時(shí)的安全系數(shù)

該安全系數(shù)α主要表征構(gòu)件進(jìn)入非線性的塑性變形占屈服平臺(tái)段的比例(圖13)。假定構(gòu)件屈服后，構(gòu)件塑性轉(zhuǎn)動(dòng)全部發(fā)生在塑性鉸區(qū)中心，塑性變形按下式計(jì)算：

圖13 日本道路橋梁抗震規(guī)范鋼筋混凝土構(gòu)件容許延性示意圖
P_y-等效屈服力；P_y0-首次屈服力；δ_y0-首次屈服變形；δ_y-屈服變形；δ_u-極限變形

    式中：δ_p——構(gòu)件塑性變形，δ_p＝δ—δ_y；
          θ_p——塑性鉸區(qū)塑性轉(zhuǎn)角，θ_p＝θ—θ_y。
    δ和θ分別為實(shí)際反應(yīng)變形和塑性鉸區(qū)轉(zhuǎn)角。
    而極限變形對(duì)應(yīng)的塑性變形與塑性鉸區(qū)塑性轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系為：

    因而，采用構(gòu)件變形和塑性鉸區(qū)局部轉(zhuǎn)角描述構(gòu)件延性時(shí)，對(duì)應(yīng)同一性能等級(jí)，其α系數(shù)可取相同限值。以塑性鉸區(qū)轉(zhuǎn)角表達(dá)的延性系數(shù)界限值為：

    本規(guī)范采用塑性鉸區(qū)轉(zhuǎn)角延性系數(shù)表達(dá)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，并將日本規(guī)范安全系數(shù)取倒數(shù)作為乘子。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》GB 17741，采用綜合概率法以及中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖的編制方法，我國(guó)地震作用的確定不區(qū)分直下型和板塊邊緣型，因而將性能系數(shù)規(guī)定為表7.2.3中的數(shù)值，以表達(dá)各性能等級(jí)的延性限值。為保證構(gòu)件具備足夠的塑性變形冗余，采用安全系數(shù)K對(duì)塑性鉸區(qū)極限塑性轉(zhuǎn)角作折減，因而公式(13)可以重寫為：

7.2.4 一些橋梁構(gòu)件，如墻式橋墩等，橫斷面兩個(gè)方向的幾何尺度相差懸殊，可以看成平面構(gòu)件。當(dāng)設(shè)計(jì)地震力作用于平面構(gòu)件的面外方向時(shí)，抗震驗(yàn)算可以作為柱式構(gòu)件處理。但當(dāng)設(shè)計(jì)地震力作用于平面構(gòu)件的面內(nèi)方向時(shí)，應(yīng)作為板構(gòu)件處理，按附錄F.2驗(yàn)算抗剪性能。