1.柱子的延性
一個(gè)純彎混凝土梁，如果拉區(qū)鋼筋先屈服，之后壓區(qū)混凝土壓潰，我們稱為延性破壞，這種梁稱為適筋梁。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果配筋合適，我們總能做出延性破壞的適筋梁。
但對(duì)于一個(gè)鋼筋混凝土柱來(lái)說(shuō)，我們做不出“適筋柱”。還是上面受純彎的那根梁，不加壓力，是延性破壞的適筋梁。假設(shè)對(duì)稱配筋，逐漸對(duì)其施加軸壓力，此時(shí)梁變成壓彎柱。一根梁，純彎構(gòu)件，延性最好；加軸壓力，變成壓彎構(gòu)件，其延性隨壓力增大而降低，并由有延性的大偏壓構(gòu)件變?yōu)檠有缘偷男∑珘簶?gòu)件。
圖1 M-N曲線
圖1為柱M-N曲線，曲線上的每個(gè)點(diǎn)表示維持截面承載力的一對(duì)M、N組合，即如果逐漸從零對(duì)柱施加軸壓力，柱將沿屈服軌跡從A點(diǎn)走到C點(diǎn)。但要想維持這個(gè)屈服軌跡，彎矩必須加以配合。A至B段，隨著軸力的增加，彎矩可以增加。這段為大偏心段。對(duì)于彎矩軸力同時(shí)增加這一“反常”規(guī)現(xiàn)象可以這樣理解：大偏心情況下，拉區(qū)鋼筋受拉先屈服，此時(shí)壓區(qū)邊緣混凝土還未達(dá)到極限壓應(yīng)變。軸壓力增加，會(huì)減少拉區(qū)鋼筋的拉力使鋼筋不再屈服，這時(shí)拉區(qū)鋼筋騰出的拉應(yīng)力余量可使彎矩進(jìn)一步加大直至拉區(qū)鋼筋再度屈服，由于壓區(qū)混凝土破壞在后，它的余量為壓力的增加提供了可能。AB段的壓彎柱滿足延性破壞條件，即拉區(qū)鋼筋屈服后壓區(qū)混凝土壓潰。
走過(guò)B點(diǎn)，進(jìn)入BC段，此階段是壓區(qū)混凝土先被壓潰，拉區(qū)鋼筋不再受拉屈服甚至受壓，我們稱之為小偏心受壓。C點(diǎn)為柱受軸壓力最大點(diǎn)，此時(shí)彎矩為零，柱為中心受壓。BC段不可能出現(xiàn)拉區(qū)鋼筋受拉先屈服、壓區(qū)混凝土后壓潰的受力狀態(tài)，故此階段柱呈脆性破壞。
大偏心受壓始于拉區(qū)鋼筋屈服，之后壓區(qū)混凝土破壞，壓區(qū)鋼筋屈服，屬延性破壞。小偏心受壓始于壓區(qū)邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變，此時(shí)壓區(qū)鋼筋受壓屈服，拉區(qū)鋼筋可能受壓屈服或不屈服，也可能受拉但不屈服，屬脆性破壞。
2.軸壓比的含義
現(xiàn)在我們知道B點(diǎn)為大小偏心的分界點(diǎn)，因此對(duì)應(yīng)于這點(diǎn)的軸壓比即為我們關(guān)心的臨界軸壓比，此時(shí)，拉區(qū)鋼筋受拉屈服，同時(shí)壓區(qū)混凝土邊緣達(dá)到極限壓應(yīng)變。
1）相對(duì)界限受壓區(qū)高度
2）界限軸壓比
3）試驗(yàn)資料
圖2 壓彎桿滯回曲線
圖3 壓彎桿壓力對(duì)受力-位移曲線的影響
圖2為不同軸壓比下柱水平位移滯回曲線。從軸力看，三個(gè)圖均位于圖1的大偏壓區(qū)。由中可見(jiàn)，純彎桿延性最好，相當(dāng)于圖1的A點(diǎn)。三個(gè)試驗(yàn)自A點(diǎn)向B點(diǎn)靠近，隨著軸壓力的增加，抗彎能力增大，延性降低。
圖3為不同軸壓力下壓力與位移的相關(guān)曲線。圖中的曲線自下而上相當(dāng)于自圖1中的A點(diǎn)過(guò)B點(diǎn)向C點(diǎn)移動(dòng)的過(guò)程。這些曲線很好地詮釋了壓彎柱延性的概念。隨著軸壓力的增加，延性逐漸降低，接近中心受壓時(shí)幾乎沒(méi)有什么延性。
頓悟
寫到這里，突然發(fā)現(xiàn)，國(guó)外規(guī)范不提軸壓比限值是有道理的。
偏壓構(gòu)件，隨著軸壓力的增加延性降低是其自然屬性。軸力為零時(shí)的梁延性最好，隨著壓力的增加延性有所降低，但仍屬于延性構(gòu)件，這一階段為大偏心段。軸壓比達(dá)到界限值（Ⅲ級(jí)鋼筋為0.56）后進(jìn)入小偏心段，此時(shí)偏壓桿的破壞為脆性破壞。
我們通常所強(qiáng)調(diào)的地震下控制柱子軸壓比以增加柱子的延性，這是一階分析留下的誤解�？匆幌聢D1的小偏壓柱，隨著層間變形的增大，考慮二階P-Δ效應(yīng)后，內(nèi)力需求會(huì)從m點(diǎn)變成n點(diǎn)。這時(shí)要保持平衡，軸壓力就要降低，而這是不可能的。因此，這就要求在進(jìn)行偏壓柱設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)防地震下二階效應(yīng)的影響，臨界荷載應(yīng)用圖1中n點(diǎn)的內(nèi)力組合代替m點(diǎn)的內(nèi)力組合。
因此，地震下中長(zhǎng)柱的壓彎破壞其實(shí)質(zhì)是在大變形情況下二階P-Δ效應(yīng)引起的因強(qiáng)度不足的失效，而不是延性問(wèn)題，因此采取限制軸壓比的方法解決不了這個(gè)問(wèn)題。
