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建筑加固苏工解析“强柱弱梁”抗震原理
浏览: 发布日期:2020-03-06
          建筑加固网讯:大家高中的时候都学过一个「弹簧系数」。所谓的弹簧系数,其实就是弹簧的受力与弹簧的变形的比值,在结构工程里,这个比值也就是所谓的刚度。比如说我们上面这个弹簧,本来的长度是 L,我施加了一个大小为 F 的拉力,弹簧被拉长了,拉长之后的长度变成了 L+x,这其中的增加的长度 x 等于 F 除以弹簧系数 k。这也就是高中物理的 F= kx。

 
          当然,我们也知道,弹簧并不是无限结实的,也就是说,弹簧不能被无限拉伸。大家也肯定都有拉断橡皮筋或者弹簧的亲身感受。当橡皮筋被拉长到一定程度的时候,突然啪的一声就断了。
 
           我们把整个拉长过程的变形和受力画成图形,当弹簧断裂的时候,最大的变形是 1,与之对应的最大的受力是10。也就是说,弹簧受力过程在受力变形的图形中是一条直线,这条直线的斜率就是弹簧系数k,这其实就是F=kx这个函数的图形化表达。对于这个弹簧,我们可以说,它的最大承载力是10,最大变形能力是1,刚度是10除以1等于10。

          不同的弹簧有着不同的承载能力、变形能力和刚度,取决于不同的材料、尺寸等等。比如我换一根更结实的弹簧,这根弹簧的最大承载能力是14,最大变形能力是1,刚度为14除以 1等于14。

           如果我们把两根弹簧连在一起呢?比如说,我们把两根刚度为10、最大承载力为10的弹簧连在一起,组成一根新的弹簧,这根弹簧的性能又如何呢?相信高中物理也讨论过这个问题。这两根连在一起的弹簧,受力相等,总的变形等于两者的变形之和。换言之,这根组合起来的新的弹簧,最大承载力还是10,最大变形能力变成了2,而刚度变成了10除以2等于5。

         最终的结论,想要变形能力,同一个系统里的弹塑性构件的承载力就必须小于弹性构件的承载力,或者说,系统里的弹性部分的承载力必须大于贡献了绝大部分变形的弹塑性部分的承载力。
 
           简单说,弹簧的承载力要大于钢棒,强弹簧弱钢棒。类比造句,强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱杆件……
 
           这里的「强」和「弱」,并不是绝对意义上的强弱,也不是破坏的先后顺序。并不是说梁用 C30的混凝土,柱子就必须得用C50的;也不是说破坏的时候一定是梁先断,柱子还屹立不倒;更不是说既然「强柱弱梁」可以,那「强柱强梁」岂不是更好?
 
           「强柱弱梁」,相当于我们的弹簧B加钢棒C,变形能力很好,这正是我们想要的;「弱柱强梁」,相当于我们的弹簧A加钢棒C,变形能力不好,塑性变形能力完全没有发挥,既浪费了钢棒的能力,效果又很差;「强柱强梁」,相当于我们这里的两个弹簧连在一起,变形能力一般,多用了很多材料,而且你还永远不知道断裂究竟会发生在哪个弹簧上面。

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