7.2 钢筋和钢骨混凝土构件

7.2.1 钢筋混凝土或钢骨混凝土构件因构件的变形及破坏形态不同，其损伤的过程及损伤的状况有所不同，因此应使用能恰当表现构件破坏状态的性能指标。构件的形态分为柱式构件和受面内力的壁式构件。构件的破坏形态应分为弯曲破坏和剪切破坏。
    通过比较构件的抗剪能力与构件达到抗弯能力时所对应的最大剪力，来判定钢筋混凝土构件的破坏形态时，构件的最大剪力应由实际弯曲抗力求得。因此在计算弯曲抗力时应考虑全部轴向钢筋和钢骨，且采用钢材实际屈服强度，同时也应根据破坏截面的不同考虑弯曲抗力的增强等影响。

图11 钢筋和钢骨混凝土构件抗震验算流程图

图12 柱式钢管混凝土构件和柱式钢构件抗震验算流程图

    简支结构根据合理假定剪切跨度，就可以从设计弯曲抗力直接求出V_mu值；超静定结构如果假定剪切跨度有难度，则应采用静力非线性分析来求得V_mu值。
    本规范中钢筋和钢骨混凝土构件抗剪能力的计算方法，主要参照美国Caltrans Seismic Design Criteria(V1.6)(以下简称“Caltrans规范”)、AASHTO Guide Specifications for LRFD seismic Design(LRFDSEIS-2，2011)、日本《铁道构造物等设计标准·同解说——耐震设计》(1999)和日本《道路桥示方书——V耐震设计编·同解说》(2002)等，并结合我国公路与铁路常用设计指标进行调整后形成：
    (1)已有研究表明，美国28天圆柱体抗压强度与中国抗压强度标准值基本一致，因而，将Caltrans规范混凝土强度f＇_c直接等效为我国抗压强度标准值f＇_c。Caltrans规范公式中箍筋的规范强度f_yh，相当于我国规范的抗拉强度设计值。
    (2)Caltrans规范中计算c₁所用μ_d为位移延性系数，对于群桩基础等多种形式的构件，在地震的动力作用下，其计算较为复杂，且与指标相应的界限值在实际应用中受限制较大。为了方便操作，结合转角延性系数μ_θ大于位移延性系数μ_d的一般规律，本规范采用转角延性系数μ_θ代替位移延性系数μ_d，这是偏于保守的。由于一般构件的塑性铰区长度L_p不超过塑性铰区截面至反弯点之间距离的0.2倍(即0.2L)，进一步将构件的屈服转角θ_y的计算公式简化：

    (3)Caltrans规范中系数c₂旨在计入轴向力对混凝土剪切抗力的提高，由于在地震作用下，墩柱尤其是群桩构件轴力的取值变动较大，因而本规范偏保守取c₂＝1.0。
7.2.2、7.2.3 钢筋混凝土或钢骨混凝土构件的荷载和位移的关系与轴向压力的作用程度有关。本规范主要针对具有明显延性的破坏形态给出了钢筋混凝土构件的损伤验算指标。轴向压力比较大的情形，构件的破坏形态缺少延性，验算指标需要另外进行研究。
    本规范对钢筋混凝土构件性能等级的划分主要参考日本公路桥梁抗震规范《道路桥示方书 V耐震设计篇》。该规范采用构件变形为指标衡量构件延性能力，按下式计算：

    式中：μ_d——钢筋混凝土桥墩容许延性系数；
          δ_u——钢筋混凝土桥墩极限变形；
          δ_y——钢筋混凝土桥墩屈服变形；
          α——构件安全系数，按表3取值。

表3 钢筋混凝土桥墩容许延性系数计算时的安全系数

该安全系数α主要表征构件进入非线性的塑性变形占屈服平台段的比例(图13)。假定构件屈服后，构件塑性转动全部发生在塑性铰区中心，塑性变形按下式计算：

图13 日本道路桥梁抗震规范钢筋混凝土构件容许延性示意图
P_y-等效屈服力；P_y0-首次屈服力；δ_y0-首次屈服变形；δ_y-屈服变形；δ_u-极限变形

    式中：δ_p——构件塑性变形，δ_p＝δ—δ_y；
          θ_p——塑性铰区塑性转角，θ_p＝θ—θ_y。
    δ和θ分别为实际反应变形和塑性铰区转角。
    而极限变形对应的塑性变形与塑性铰区塑性转角之间的关系为：

    因而，采用构件变形和塑性铰区局部转角描述构件延性时，对应同一性能等级，其α系数可取相同限值。以塑性铰区转角表达的延性系数界限值为：

    本规范采用塑性铰区转角延性系数表达构件的转动能力，并将日本规范安全系数取倒数作为乘子。同时，根据现行国家标准《工程场地地震安全性评价技术规范》GB 17741，采用综合概率法以及中国地震烈度区划图的编制方法，我国地震作用的确定不区分直下型和板块边缘型，因而将性能系数规定为表7.2.3中的数值，以表达各性能等级的延性限值。为保证构件具备足够的塑性变形冗余，采用安全系数K对塑性铰区极限塑性转角作折减，因而公式(13)可以重写为：

    因而塑性铰区设计转角为：

    即为条文中公式（7.2.3-1）。

7.2.4 一些桥梁构件，如墙式桥墩等，横断面两个方向的几何尺度相差悬殊，可以看成平面构件。当设计地震力作用于平面构件的面外方向时，抗震验算可以作为柱式构件处理。但当设计地震力作用于平面构件的面内方向时，应作为板构件处理，按附录F.2验算抗剪性能。