“转自：结构设计-公众号“
看到这个问题，你可能会笑，不对，是笑出声了。。。这叫什么问题？轴压比在抗震中的地位就如同影视界的冰冰，难道还能质疑？
提起轴压比，马上会联想到延性，那就从构件的延性说起。
一个纯弯混凝土梁，如果拉区钢筋先屈服，之后压区混凝土压溃，我们称为延性破坏，这种梁称为适筋梁。反过来说，如果配筋合适，我们总能做出延性破坏的适筋梁。
但对于一个钢筋混凝土柱来说，我们做不出“适筋柱”。还是上面受纯弯的那根梁，不加压力，是延性破坏的适筋梁。假设对称配筋，逐渐对其施加轴压力，此时梁变成压弯柱。一根梁，纯弯构件，延性最好；加轴压力，变成压弯构件，其延性随压力增大而降低，并由有延性的大偏压构件变为延性低的小偏压构件。
图1为柱M-N曲线，曲线上的每个点表示维持截面承载力的一对M、N组合，即如果逐渐从零对柱施加轴压力，柱将沿屈服轨迹从A点走到C点。但要想维持这个屈服轨迹，弯矩必须加以配合。A至B段，随着轴力的增加，弯矩可以增加。这段为大偏心段。对于弯矩轴力同时增加这一“反常”规现象可以这样理解：大偏心情况下，拉区钢筋受拉先屈服，此时压区边缘混凝土还未达到极限压应变。轴压力增加，会减少拉区钢筋的拉力使钢筋不再屈服，这时拉区钢筋腾出的拉应力余量可使弯矩进一步加大直至拉区钢筋再度屈服，由于压区混凝土破坏在后，它的余量为压力的增加提供了可能。AB段的压弯柱满足延性破坏条件，即拉区钢筋屈服后压区混凝土压溃。
走过B点，进入BC段，此阶段是压区混凝土先被压溃，拉区钢筋不再受拉屈服甚至受压，我们称之为小偏心受压。C点为柱受轴压力最大点，此时弯矩为零，柱为中心受压。BC段不可能出现拉区钢筋受拉先屈服、压区混凝土后压溃的受力状态，故此阶段柱呈脆性破坏。
大偏心受压始于拉区钢筋屈服，之后压区混凝土破坏，压区钢筋屈服，属延性破坏。小偏心受压始于压区边缘混凝土达到极限压应变，此时压区钢筋受压屈服，拉区钢筋可能受压屈服或不屈服，也可能受拉但不屈服，属脆性破坏。
现在我们知道B点为大小偏心的分界点，因此对应于这点的轴压比即为我们关心的临界轴压比，此时，拉区钢筋受拉屈服，同时压区混凝土边缘达到极限压应变。
设为轴压力标准值，，这里为重力荷载代表值产生的轴力，为地震荷载产生的轴力。对称配筋情况下，设N为轴压力设计值，则
界限轴压比只与相对界限受压区高度有关，而仅与钢筋屈服强度有关。对于柱来讲，常用的Ⅲ级钢筋360MPa，因而通常柱的界限轴压比为0.56，为定值。
图2为不同轴压比下柱水平位移滞回曲线。从轴力看，三个图均位于图1的大偏压区。由中可见，纯弯杆延性最好，相当于图1的A点。三个试验自A点向B点靠近，随着轴压力的增加，抗弯能力增大，延性降低。
图3为不同轴压力下压力与位移的相关曲线。图中的曲线自下而上相当于自图1中的A点过B点向C点移动的过程。这些曲线很好地诠释了压弯柱延性的概念。随着轴压力的增加，延性逐渐降低，接近中心受压时几乎没有什么延性。
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写到这里，突然发现，国外规范不提轴压比限值是有道理的。
偏压构件，随着轴压力的增加延性降低是其自然属性。轴力为零时的梁延性最好，随着压力的增加延性有所降低，但仍属于延性构件，这一阶段为大偏心段。轴压比达到界限值（Ⅲ级钢筋为0.56）后进入小偏心段，此时偏压杆的破坏为脆性破坏。
我们通常所强调的地震下控制柱子轴压比以增加柱子的延性，这是一阶分析留下的误解。看一下图1的小偏压柱，随着层间变形的增大，考虑二阶P-Δ效应后，内力需求会从m点变成n点。这时要保持平衡，轴压力就要降低，而这是不可能的。因此，这就要求在进行偏压柱设计时，应考虑设防地震下二阶效应的影响，临界荷载应用图1中n点的内力组合代替m点的内力组合。
因此，地震下中长柱的压弯破坏其实质是在大变形情况下二阶P-Δ效应引起的因强度不足的失效，而不是延性问题，因此采取限制轴压比的方法解决不了这个问题。
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The End
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