结构延性与抗震设计

1、构造延性与抗震设计一、构造在地震下的主要特点地震以波的形式从震源地面上的相对位置称震中向周围快速传播，通过岩土和地基，使建筑物的根底和上部构造产生不规那么的往复振动和剧烈的变形。构造在地震时发生的相应运动称为地震反响，包括位移、速度、加速度。同时，构造内部发生很大的内力应力和变形，当它们超过了材料和构件的各项极限值后，构造将出现各种不同程度的破坏现象，例如混凝土裂缝，钢筋屈从，显著的剩余变形，部分的破损，碎块或构件坠落，整体构造倾斜，甚至倒塌等等。在震中区附近，地面运动的垂直方向振动剧烈，且频率高，程度方向振动较弱；距震中较远处，垂直方向的振动衰减快，其加速度峰值约为程度方向加速度峰值的121

2、3.因此，对地震区的大部分建筑而言，程度方向的振动是引起构造强烈反响和破坏的主要因素。钢筋混凝土构造在地震作用下受力性能的主要特点有：1、构造的抗震才能和平安性，不仅取决于构件的静承载力，还在很大程度上取决于其变形性能和动力响应。地震时构造上作用的“荷载是构造反响加速度和质量引起的惯性力，它不像静荷载那样具有确定的数值。变形较大，延性好的构造，可以耗散更多的地震能量，地震的反响就减小，“荷载小，町能损伤轻而更为平安。相反，静承载力大的构造，可能因为刚度大、重量大、延性差而招致更严重的破坏。2、屈从后的工作阶段当发生的地震到达或超出设防烈度时，按照我国现行标准的设计原那么和方法，钢筋混凝土构造一

3、般都将出现不同程度的损伤。构件和节点受力较大处普遍出现裂缝，有些宽度较大；部分受拉钢筋屈从，有剩余变形；构件外表部分破损剥落等。但构造不致倒塌。3、“荷载低周的反复作用地震时构造在程度方向的往复振动，使构造的内力主要是弯矩和剪力，有时也有轴力发生正负交变。由于地震的时间不长且构造具有阻尼，荷载交变的反复次数不多即低周。所以，必须研究钢筋混凝土构件在低周交变荷载作用下的滞回特征。4、变形大地震时构造有很大变形。例如桥墩的侧向位移等。一方面对构造本身产生不利影响，如柱的二阶PA效应，增大附加弯矩，甚至引起失稳或倾覆，构造缝相邻构造的碰撞等；另一方面造成非构造部件的破损，桥梁上部构造的脱落等破坏。故

4、抗震构造设计时要控制其总变形。二、单调荷载下的延性1、材料、构件或构造的延性通常定义为在初始强度没有明显退化情况下的非弹性变形的才能。它包括两个方面的才能：1承受较大的非弹性变形，同时强度没有明显下降的才能。2利用滞回特性吸收能量的才能。图10-1的广义力一变形9D曲线可以概括地说明延性的概念。其中一条曲线在经过弹性变形、塑性应变之后在硬化充分开展后软化；而另一条在到达其承载才能之后没有或几乎没有硬化过程而直接软化，有明显的尖峰。前者称为延性而后者称为脆性。在实际工程中判断构造的脆性或延性有重大的意义，可从延性构造的优越性加以说明：1破坏前有明显预兆，破坏过程缓慢，因此可采用偏小的计算平安可靠

5、度。2出现非预计荷载，例如偶尔超载，荷载反向，温度升高或根底沉降引起附加内力等情况下，有较强的承受和抗衡才能。3有利于实现超静定构造的内力充分重分布。4在承受动力作用如振动、地震、爆炸等情况下，能减小惯性力，吸收更大动能，减轻破坏程度，有利于修复。5延性构造的后期变形才能，可以作为各种意外情况时的平安储藏。2.延性指标在利用延性特性设计抗震构造时，首先必须确定度量延性的量化指标。衡量构造和材料的延性一般用延性系数，其定义为：在保持构造或材料的根本承载才能的情况下，极限变形0u和初始屈从变形D，的比值，即：当广义变形D定义为详细物理量时，就有相应的延性系数，如截面曲率延性系数P构件或构造的位移延

6、性系数B、转角延性系数B等，那么：最常用的是曲率延性系数也称曲率延性比和位移延性系数也称位移延性比。曲率延性系数通常用于反映构件临界截面的相对延性，位移延性系数那么用于反映构件部分或构造整体的相对延性。一般认为钢筋混凝土抗震构造要求的延性系数为B=3-4.转贴于论文联盟.ll.三、延性在抗震设计中的重要性及其作用在我国如今的多高层建筑中，钢筋混凝土构造应用最为普遍，其中钢筋混凝土框架构造是最常用的构造形式。因为其具有足够的强度、良好的延性和较强的整体性，目前广泛用于地震设防地区。钢筋混凝土框架构造具有良好的抗震性能，然而未经合理设计的框架构造会在地震作用下产生较严重的震害。构造抗震的本质就是延

7、性，延性是指构件和构造屈从后，在承载才能不降低或根本不降低的情况下，具有足够塑性变形才能的一种性能，一般用延性比来表示。对于受弯构件来说，随着荷载增加，首先受拉区混凝土出现裂缝，表现出非弹性变形。然后受拉钢筋屈从，受压区高度减小，受压区混凝土压碎，构件最终破坏。从受拉钢筋屈从到压区混凝土压碎，是构件的破坏过程。在这过程中，构件的承载才能没有多大变化，但其变形的大小却决定了破坏的性质。是钢筋砼受弯构件的曲线，y是屈从变形，u是极限变形。进步延性可以增加构造抗震潜力，增强构造抗倒塌才能。延性构造通过塑性铰区域的变形，可以有效地吸收和耗散地震能量；同时，这种变形降低了构造的刚度，致使构造在地震作用下

8、的反响减小，也就是使地震对构造的作用力减校当构造设计成为延性构造时，由于塑性变形可以耗散地震能量，构造变形虽然会加大，但构造承受的地震作用不会很快上升，内力也不会再加大，因此具有延性的构造可降低对构造的承载力要求，也可以说，延性构造是用它的变形才能来抵抗罕遇地震作用；反之，假如构造的延性不好，那么必须有足够大的承载力抵抗地震。后者会多用材料，对于地震发生概率极少的抗震构造，延性构造是一种经济的设计对策。此外，延性可以使超静定构造的内力得以充分重分布，采用塑性内力重分布方法设计时，同样也可以节约钢筋用量，获得较好的经济效果。因此可以说构造的延性和构造的强度是同等重要的。延性好的构造的破坏我们称之

9、为塑性破坏，延性差的构造的破坏我们称之为脆性破坏，塑性破坏能提早给人以预兆，是符合构造设计理论的。构造延性在抗震中之所以如此重要，是因为构造延性具有如下作用.、防止脆性破坏由于钢筋混凝土构造或构件的脆性破坏是突发性的，没有预兆，所以为了保障人们生命财产平安，除了对构件发生脆性破坏时的可靠指标有较高要求以外，还要保证构造或构件在破坏前有足够的变形才能。、承受某些偶尔因素的作用构造在使用过程中可能会承受设计中未考虑到的偶尔因素的作用，比方说，偶尔的超载、根底的不均匀沉降、温度变化和收缩作用引起的体积变化等。这些偶尔因素会在构造中产生内力和变形，而延性构造的变形才能，那么可作为发生意外情况时内力和变

10、形的平安储藏。、实现塑性内力重分布延性构造容许构件的某些临界截面有一定的转动才能，形成塑性铰区域，产生内力重分布，从而使钢筋混凝土超静定构造可以按塑性方法进展设计，得到有利的弯矩分布，使配筋合理，节约材料，而且便于施工。、有利于构造抗震在地震作用下，延性构造通过塑性铰区域的变形，可以有效地吸收和耗散地震能量，同时，这种变形降低了构造的刚度，致使构造在地震作用下的反响减小，也就是使地震对构造的作用力减小，因此，延性构造具有较强的抗震才能。四、影响构造延性的主要因素框架构造是由梁、板、柱以及节点这四部分组成，其中梁、柱以及节点的延性决定了整个框架构造的延性。因此，只要保证柱、梁和节点的延性也就保证

11、的框架构造的延性，从而也就确保了框架构造的抗震才能。1、影响梁延性的主要因素：梁是框架构造中的主要受力构件之一，在抗震设计中要求塑性铰首出如今梁端且其又不能发生剪切破坏，同时还要防止由于梁筋屈从渗入节点而影响节点核心区的性能。试验和理论分析说明，影响梁截面延性的主要因素有：、梁截面尺寸。在地震作用下，梁端塑性铰区混凝土保护层容易剥落，故梁截面宽度过小那么截面损失比例较大，所以一般框架梁宽度不宜小于200.同时为了进步节点剪力、防止梁侧向失稳及确定梁塑性铰区开展范围，分别要求梁宽不宜小于柱宽的1/2、梁的高宽比不宜大于4、梁的跨高比不宜小于4.、梁纵筋配筋率。试验说明，当梁纵向受拉钢筋配筋率很高时，在弯矩到达最大值时，弯矩曲率曲线很快出现下降；当配筋率较低时，弯矩到达最大值后能保持相当长的程度段，因此大大进步了梁的延性和耗散能量的才能。国外一般有如下三种设计方案：1较高地震力较低延性方案；2中等地震力中等延性方案；3较低地震力较高延性方案。高地震力方案主要保证构造的承载力，低地震力方案主要保证构造的延性。实际震害说明，这三种方案，从抗震效果和经济性来看，都能到达设防目的。我国的抗震设计采用的是方案3即较低地震力较高延性方案，即采用明显小于设防烈度的小震地面运动加速度来确定构造的设计地震作用，并将它与其他荷载内力进展组合，进展截面设计，通过钢筋混凝土构造在屈从后