混凝土结构分析.docx

第一章混凝土结构分析5.1 基本原则5.2 分析模型5.3 弹性分析5.4 塑性内力重分布分析5.5 弹塑性分析5.6 塑性极限分析5.7 间接作用分析第二章5.1基本原则5.1.1 混凝土结构应进行整体作用效应分析，必要时尚应对结构中受力状况特殊部位进行更详细的分析。5.1.2 当结构在施工和使用期的不同阶段有多种受力状况时，应分别进行结构分析，并确定其最不利的作用组合。结构可能遭遇火灾、飓风、爆炸、撞击等偶然作用时，尚应按国家现行有关标准的要求进行相应的结构分析。5.1.3 结构分析的模型应符合下列要求：1结构分析采用的计算简图、几何尺寸、计算参数、边界条件、结构材料性能指标以及构造措施等应符合实际工作状况；2结构上可能的作用及其组合、初始应力和变形状况等，应符合结构的实际状况；3结构分析中所采用的各种近似假定和简化，应有理论、试验依据或经工程实践验证；计算结果的精度应符合工程设计的要求。5.1.4 结构分析应符合下列要求：1满足力学平衡条件；2在不同程度上符合变形协调条件，包括节点和边界的约束条件；3采用合理的材料本构关系或构件单元的受力-变形关系。1弹性分析方法；2塑性内力重分布分析方法；3弹塑性分析方法；4塑性极限分析方法；5试验分析方法。5.1.6结构分析所采用的计算软件应经考核和验证，其技术前牛应符合本规范和国家现行有关标准的要求。应对分析结果进行判断和校核，在确认其合理、有效后方可应用于工程设计。条文说明5.1 基本原则本次修订补充、完善了02版规范的内容：丰富了分析模型、弹性分析、弹塑性分析、塑性极限分析等内容；增加了间接作用分析一节，弥补了02版规范中结构分析内容的不足。所列条款基本反映了我国混凝土结构的设计现状、工程经验和试验研究等方面所取得的进展，同时也参考了国外标准规范的相关内容。本规范只列入了结构分析的基本原则和各种分析方法的应用条件。各种结构分析方法的具体内容在有关标准中有更详尽的规定，可遵照执行。5.1.1 在所有的情况下均应对结构的整体进行分析。结构中的重要部位、形状突变部位以及内力和变形有异常变化的部位（例如较大孔洞周围、节点及其附近、支座和集中荷载附近等），必要时应另作更详细的局部分析。对结构的两种极限状态进行结构分析时，应取用相应的作用组合。5.1.2 结构在不同的工作阶段，例如结构的施工期、检修期和使用期，预制构件的制作、运输和安装阶段等，以及遭遇偶然作用的情况下，都可能出现多种不利的受力状况，应分别进行结构分析，并确定其可能的不利作用组合。5.1.3 结构分析应以结构的实际工作状况和受力条件为依据。结构分析的结果应有相应的构造措施加以保证。例如，固定端和刚节点的承受弯矩能力和对变形的限制；塑性较充分转动的能力；适筋截面的配筋率或受压区相对高度的限制等。5.1.4 结构分析方法均应符合三类基本方程，即力学平衡方程，变形协调（几何）条件和本构（物理）关系。其中力学平衡条件必须满足；变形协调条件应在不同程度上予以满足；本构关系则需合理地选用。5.1.5 结构分析方法分类较多，各类方法的主要特点和应用范围如下:1弹性分析方法是最基本和最成熟的结构分析方法,也是其他分析方法的揄出和特例。它适用于分析一般结构。大部分混凝土结构的设计均基于此法。结构内力的弹性分析和截面承载力的极限状态设计相结合，实用上简易可行.按此设计的结构，其承载力一般偏于安全。少数结构因混凝土开裂部分的刚度减小而发生内力重分布，可能影响其他部分的开裂和变形状况。考虑到混凝土结构开裂后刚度的减小，对梁、柱构件可分别取用不同的刚度折减值,且不再考虑刚度随作用效应而变化。在此基础上，结构的内力和变形仍可采用弹性方法进行分析。2考虑塑性内力重分布的分析方法可用于超静定混凝土结构设计。该方法具有充分发挥结构潜力，节约材料，简化设计和方便施工等优点。但应注意到，抗弯能力调低部位的变形和裂缝可能相应增大。3弹塑性分析方法以钢筋混凝土的实际力学性能为依据，引入相应的本构关系后，可进行结构受力全过程分析，而且可以较好地解决各种体形和受力复杂结构的分析问题。但这种分析方法比较复杂，计算工作量大，各种非线性本构关系尚不够完善和统一，且要有成熟、稳定的软件提供使用，至今应用范围仍然有限，主要用于重要、复杂结构工程的分析和罕遇地震作用下的结构分析。4塑性极限分析方法又称塑性分析法或极限平衡法。此法主要用于周边有梁或墙支承的双向板设计。工程设计和施工实践经验证明，在规定条件下按此法进行计算和构造设计简便易行，可以保证结构的安全。5结构或其部分的体形不规则和受力状态复杂，又无恰当的简化分析方法时，可采用试验分析的方法。例如剪力墙及其孔洞周围，框架和桁架的主要节点，构件的疲劳，受力状态复杂的水坝等。5.1.6 结构设计中采用计算机分析日趋普遍，商业的和自编的电算软件都必须保证其运算的可靠性。而且对每一项电算的结果都应作必要的判断和校核。第三章5.2分析模型5.2.1 混凝土结构宜按空间体系进行结构整体分析，并宜考虑结构单元的弯曲、轴向、剪切和扭转等变形对结构内力的影响。当进行简化分析时，应符合下列规定：1体形规则的空间结构，可沿柱列或墙轴线分解为不同方向的平面结构分别进行分析，但应考虑平面结构的空间协同工作；2构件的轴向、剪切和扭转变形对结构内力分析影响不大时，可不予考虑。5.2.2 混凝土结构的计算简图宜按下列方法确定:1梁、柱、杆等一维构件的轴线宜取为截面几何中心的连线，墙、板等二维构件的中轴面宜取为截面中心线组成的平面或曲面；2现浇结构和装配整体式结构的梁柱节点、柱与基础连接处等可作为刚接；非整体浇筑的次梁两端及板跨两端可近似作为较接；3梁、柱等杆件的计算跨度或计算高度可按其两端支承长度的中心旦巨或净距确定，并应根据支承节点的连接刚度或支承反力的位置加以修正；4梁、柱等杆件间连接部分的刚度远大于用牛中间截面的刚度时，在计算模型中可作为刚域处理。5.2.3 进行结构整体分析时，对于现浇结构或装配整体式结构，可假定楼盖在其自身平面内为无限刚性。当楼盖开有较大洞口或其局部会产生明显的平面内变形时，在结构分析中应考虑其影响。5.2.4 对现浇楼盖和装配整体式楼盖，宜考虑楼板作为翼缘对梁刚度和承载力的影响。梁受压区有效翼缘计算宽度可按表524所列情况中的最小值取用；也可采用梁刚度增大系数法近似考虑，刚度增大系数应根据梁有效翼缘尺寸与梁截面尺寸的相对比例确定。表5.2.4受弯构件受压区有效翼缘计算宽度1情况T形、I形截面倒L形截面肋形梁（板）独立梁肋形梁（板）1按计篝跨度?。考虑?。/3“32按梁（助）净距、考虑b+sufe+5ft23按翼缘高度4考虑>0.1+120,1>¾0.05+12b+5h<0.05b+l2%b注：1表中b为梁的腹板厚度；2肋形梁在梁跨内设有间距小于纵肋间距的横肋时，可不考虑表中情况3的规定；3加腋的T形、I形和倒L形截面，当受压区加腋的高度hh不小且加腋的长度bh不大于3hh时，其翼缘计算宽度可按表中情况3的规定分别增加2bh（T形、I形截面）和bh（倒L形截面）；4独立梁受压区的翼缘板在荷载作用下经验算沿纵肋方向可能产生裂缝时，其计算宽度应取腹板宽度b.5.2.5 当地基与结构的相互作用对结构的内力和变形有显著影响时结构分析中宜考虑地基与结构相互作用的影响。条文说明5.2分析模型5.2.1 结构分析时都应结合工程的实际情况和采用的力学模型，对承重结构进行适当简化，使其既能较正确反映结构的真实受力状态，又能够适应所选用分析软件的力学模型和运算能力，从根本上保证所分析结果的可靠性。5.2.2 计算简图宜根据结构的实际形状、构件的受力和变形状况、构件间的连接和支承条件以及各种构造措施等，作合理的简化后确定。例如，支座或柱底的固定端应有相应的构造和配筋作保证；有地下室的建筑底层柱，其固定端的位置还取决于底板（梁）的刚度；节点连接构造的整体性决定连接处是按刚接还是按钱接考虑等。当钢筋混凝土梁柱构件截面尺寸相对较大时，梁柱交汇点会形成相对的刚性节点区域。刚域尺寸的合理确定,会在一定程度上影响结构整体分析的精度。5.2.3 一般的建筑结构的楼层大多数为现浇钢筋混凝土楼盖或有现浇面层的预制装配式楼盖,可近似假定楼盖在其自身平面内为无限刚性，以减少结构分析的自由度数，提高结构分析效率。实践证明，采用刚性楼盖假定对大多数建筑结构的分析精度都能够满足工程设计的需要。若因结构布置的变化导致楼盖面内刚度削弱或不均匀时，结构分析应考虑楼盖面内变形的影响。根据楼面结构的具体情况，楼盖面内弹性变形可按全楼、部分楼层或部分区域考虑。5.2.4 现浇楼盖和装配整体式楼盖的楼板作为梁的有效翼缘，与梁一起形成T形截面，提高了楼面梁的刚度，结构分析时应予以考虑。当采用梁刚度放大系数法时，应考虑各梁截面尺寸大小的差异，以及各楼层楼板厚度的差异。5.2.5 本条规定了考虑地基对上部结构影响的原则。第四章5.3弹性分析53.1结构的弹性分析方法可用于正常使用极限状态和承载能力极限状态作用效应的分析。5.3.2结构构件的刚度可按下列原则确定：1混凝土的弹性模量可按本规范表4.1.5采用;2截面惯性矩可按匀质的;昆凝土全截面计算；3端部加腋的杆件，应考虑其截面变化对结构分析的影响；4不同受力状态下构件的截面刚度，宜考虑混凝土开裂、徐变等因素的影响予以折减。1.1.1 凝土结构弹性分析宜采用结构力学或弹性力学等分析方法。体形规则的结构，可根据作用的种类和特性，采用适当的简化分析方法。5.3.4 当结构的二阶效应可能使作用效应显著增大时，在结构分析中应考虑二阶效应的不利影响。混凝土结构的重力二阶效应可采用有限元分析方法计算，也可采用本规范附录B的简化方法。当采用有限元分析方法时，宜考虑混凝土构件开裂对构件刚度的影响。5.3.5 当边界支承位移对双向板的内力及变形有较大影响时在分析中宜考虑边界支承竖向变形及扭转等的影响。条文说明5.3弹性分析53.1 本条规定了弹性分析的应用范围。53.2 按构件全截面计算截面惯性矩时，可进行简化，既不计钢筋的换算面积，也不扣除预应力筋孔道等的面积。53.3 本条规定了弹性分析的计算方法。5.3.4 结构中的二阶效应指作用在结构上的重力或构件中的轴压力在变形后的结构或构件中引起的附加内力和附加变形。建筑结构的二阶效应包括重力二阶效应（P-A效应）和受压构件的挠曲效应（P-效应）两部分。严格地讲，考虑P-A效应和P-6效应进行结构分析，应考虑材料的非线性和裂睫、构件的曲率和层间侧移、荷载的持续作用、混凝土的收缩和徐变等因素。但要实现这样的分析，在目前条件下还有困难，工程分析中一般都采用简化的分析方法。重力二阶效应计算属于结构整体层面的问题，一般在结构整体分析中考虑，本规范给出了两种计算方法：有限元法和增大系数法。受压构件的挠曲效应计算属于构件层面的问题，一般在构件设计时考虑，详见本规范第6,2节。需要提醒注意的是，附录B.0.4给出的排架结构二阶效应计算公式，其中也考虑了P6效应的影响。即排架结构的二阶效应计算仍维持02版规范的规定。5.3.5 本条规定考虑支承位移对双向板的内力、变形影响的原则。第五章5.4塑性内力重分布分析5.4.1 混凝土连续梁和连续单向板，可采用塑性内力重分布方法进行分析。重力荷载作用下的框架、框架-剪力墙结构中的现浇梁以及双向板等，经弹性分析求得内力后，可对支座或节点弯矩进行适度调幅，并确定相应的跨中弯矩。5.4.2 按考虑塑性内力重分布分析方法设计的结构和构件，应选用符合本规范第4.2.4条规定的钢筋，并应满足正常使用极限状态要求且采取有效的构造措施。对于直接承受动力荷载的构件，以及要求不出现裂缝或处于三a.Hb类环境情况下的结构，不应采用考虑塑性内力重分布的分析方法。5.4.3 钢筋混凝土梁支座或节点边缘截面的负弯矩调幅幅度不宜大于25%;弯矩调整后的梁端截面相对受压区高度不应超过0.35,且不宜小于0.10。钢筋混凝土板的负弯矩调幅幅度不宜大于20%预应力混凝土梁的弯矩调幅幅度应符合本规范第10.1.8条的规定。5.4.4 对属于协调扭转的混凝土骨勾构件，受相邻构件约束的支承梁的扭矩宜考虑内力重分布的影响。考虑内力重分布后的支承梁，应按弯剪扭构件进行承载力计算。注：当有充分依据时，也可采用其他设计方法。条文说明5.4塑性内力重分布分析5.4.1 超静定混凝土结构在出现塑性较的情况下，会发生内力重分布。可利用这一特点进行构件截面之间的内力调幅，以达到简化构造、节约配筋的目的。本条给出了可以采用塑性调幅设计的构件或结构类型。5.4.2 本条提出了考虑塑性内力重分布分析方法设计的条件。按考虑塑性内力重分布的计算方法进行构件或结构的设计时，由于塑性钱的出现，构件的变形和抗弯能力调小部位的裂缝宽度均较大。故本条进一步明确允许考虑塑性内力重分布构件的使用环境，并强调应进行构件变形和裂链宽度验算，以满足正常使用极限状态的要求。5.4.3 采用基于弹性分析的塑性内力重分布方法进行弯矩调幅时湾矩调整的幅度及受压区的高度均应满足本条的规定，以保证构件出现塑性钱的位置有足够的转动能力并限制裂缝宽度。5.4.4 钢筋混凝土结构的扭转，应区分两种不同的类型：1平衡扭转：由平衡条件引起的扭转，其扭矩在梁内不会产生内力重分布；2协调扭转：由于相邻构件的弯曲转动受到支承梁的约束，在支承梁内引起的扭转，其扭矩会由于支承梁的开裂产生内力重分布而减小，条文给出了宜考虑内力重分布影响的原则要求。第六章5.5弹塑性分析5.5.1 重要或受力复杂的结构，宜采用弹塑性分析方法对结构整体或局部进行验算。结构的弹塑性分析宜遵循下列原则：1应预先设定结构的形状、尺寸、边界条件、材料性能和配筋等；2材料的性能指标宜取平均值，并宜通过试验分析确定，也可按本规范附录C的规定确定；3宜考虑结构几何非线性的不利影响；4分析结果用于承载力设计时，宜考虑抗力模型不定性系数对结构的抗力进行适当调整。5.5.2 混凝土结构的弹塑性分析，可根据实际情况采用静力或动力分析方法。结构的基本构件计算模型宜按下列原则确定：1梁、柱、杆等杆系构件可简化为一维单元，宜采用纤维束模型或塑性较模型；2墙、板等构件可简化为二维单元，宜采用膜单元、板单元或壳单元；3复杂的混凝土结构、大体积混凝土结构、结构的节点或局部区域需作精细分析时,宜采用三维块体单元。5.5.3构件、截面或各种计算单元的受力-变形本构关系宜符合实际受力情况。某些变形较大的构件或节点进行局部精细分析时，宜考虑钢筋与混凝土间的粘结-滑移本构关系。钢筋、；昆凝土材料的本构关系宜通过试验分析确定，也可按本规范附录C采用。条文说明5.5弹塑性分析5.5.1 弹塑性分析可根据结构的类型和复杂性、要求的计算精度等选择相应的计算方法。进行弹塑性分析时,结构构件各部分的尺寸、截面配筋以及材料性能指标都必须预先设定。应根据实际情况采用不同的离散尺度，确定相应的本构关系，如应力-应变关系、弯矩-曲率关系、内力-变形关系等。采用弹塑性分析方法确定结构的作用效应时，钢筋和混凝土的材料特征值及本构关系宜经试验分析确定，也可采用附录C提供的材料平均强度、本构模型或多轴强度准则。需要提醒注意的是,在采用弹塑性分析方法确定结构的作用效应时，需先进行作用组合，并考虑结构重要性系数，然后方可进行分析。5.5.2 结构构件的计算模型以及离散尺度应根据实际情况以及计算精度的要求确定。若一个方向的正应力明显大于其余两个正交方向的应力，则构件可简化为一维单元；若两个方向的正应力均显著大于另一个方向的应力，则应简化为二维单元；若构件三个方向的正应力无显著差异，则构件应按三维单元考虑。5.5.3 本条给出了在结构弹塑性分析中选用钢筋和混凝土材料本构关系的原则规定。钢筋混凝土界面的粘结、滑移对其分析结果影响较显著的构件（如：框架结构梁柱的节点区域等），建议在进行分析时考虑钢筋与混凝土的粘结-滑移本构关系。