1.柱子的延性

一個純彎混凝土梁，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。反過來說，如果配筋合適，我們總能做出延性破壞的適筋梁。

但對于一個鋼筋混凝土柱來說，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。假設對稱配筋，逐漸對其施加軸壓力，此時梁變成壓彎柱。一根梁，純彎構件，延性最好；加軸壓力，變成壓彎構件，其延性隨壓力增大而降低，并由有延性的大偏壓構件變?yōu)檠有缘偷男∑珘簶嫾��?/p>

圖1 M-N曲線

圖1為柱M-N曲線，曲線上的每個點表示維持截面承載力的一對M、N組合，即如果逐漸從零對柱施加軸壓力，柱將沿屈服軌跡從A點走到C點。但要想維持這個屈服軌跡，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。對于彎矩軸力同時增加這一“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，此時壓區(qū)邊緣混凝土還未達到極限壓應變。軸壓力增加，會減少拉區(qū)鋼筋的拉力使鋼筋不再屈服，這時拉區(qū)鋼筋騰出的拉應力余量可使彎矩進一步加大直至拉區(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B點，進入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點為柱受軸壓力最大點，此時彎矩為零，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)邊緣混凝土達到極限壓應變，此時壓區(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點為大小偏心的分界點，因此對應于這點的軸壓比即為我們關心的臨界軸壓比，此時，拉區(qū)鋼筋受拉屈服，同時壓區(qū)混凝土邊緣達到極限壓應變。

1）相對界限受壓區(qū)高度

2）界限軸壓比

3）試驗資料

圖2 壓彎桿滯回曲線 

圖3 壓彎桿壓力對受力-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，三個圖均位于圖1的大偏壓區(qū)。由中可見，純彎桿延性最好，相當于圖1的A點。三個試驗自A點向B點靠近，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曲線。圖中的曲線自下而上相當于自圖1中的A點過B點向C點移動的過程。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，接近中心受壓時幾乎沒有什么延性。

頓悟

寫到這里，突然發(fā)現(xiàn)，國外規(guī)范不提軸壓比限值是有道理的。

偏壓構件，隨著軸壓力的增加延性降低是其自然屬性。軸力為零時的梁延性最好，隨著壓力的增加延性有所降低，但仍屬于延性構件，這一階段為大偏心段。軸壓比達到界限值（Ⅲ級鋼筋為0.56）后進入小偏心段，此時偏壓桿的破壞為脆性破壞。

我們通常所強調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效應后，內力需求會從m點變成n點。這時要保持平衡，軸壓力就要降低，而這是不可能的。因此，這就要求在進行偏壓柱設計時，應考慮設防地震下二階效應的影響，臨界荷載應用圖1中n點的內力組合代替m點的內力組合。

因此，地震下中長柱的壓彎破壞其實質是在大變形情況下二階P-Δ效應引起的因強度不足的失效，而不是延性問題，因此采取限制軸壓比的方法解決不了這個問題。