钢结构的延性设计

第四章钢结构延性设计DuctileDesignofSteelStructures结构延性设计的若干基本概念钢结构延性设计的基本概念一、结构抗震设计的三准则小震不坏中震可修3大震不倒刚度准则延性准则强度准则

钢结构延性设计的基本概念一、结构抗震设计的三准则小震不坏刚度准则

设计者必须保证当地发生十年至十五年出现一次的小地震时，建筑物应无任何破坏。如何防止较脆的且只能承受有限变形的非结构构件产生破坏必须限制结构的弹性位移，如层间位移等钢结构延性设计的基本概念一、结构抗震设计的三准则2中震可修强度准则

对于不常发生的中等地震，允许有一些非结构构件受到损坏。但必须避免结构的某些不为由于大的非弹性变形而损坏，以免昂贵而又困难的修复工作在地震动荷载下总的结构反应必须是弹性的钢结构延性设计的基本概念一、结构抗震设计的三准则3大震不倒延性准则

设计者要保证在使用期限内不会由于罕遇地震（最大地震力）而倒塌，允许有极大的经济损失。结构必须具有相当大的非弹性变形能力钢结构延性设计的基本概念二、抗震设计的目标1可行的能量耗散机构塑性变形耗能

I：建立希望出现的塑性铰次序；II：依据I，给予每个构件适当的强度，以保证结构的塑性铰旨在选择的位置出现。钢结构延性设计的基本概念二、抗震设计的目标2抗震设计概念抗震设计基本原理的核心：在不可预见的激烈的地面运动中，在结构内选择一个特定的耗能方式，即要求设计能够保证在发生大震时一个建筑物一定会怎样反应而非通过抗震分析，估计一个建筑物可能会怎样反应构造钢结构延性设计的基本概念二、抗震设计的目标3能量耗散机构的选择

不同的结构体系的适宜能量耗散机构可能有所不同。举例：多层框架结构塑性铰必须产生在所有的梁上强柱弱梁但柱应比梁强多少，规范未定??钢结构延性设计的基本概念二、抗震设计的目标3能量耗散机构的选择

通常做法：I：先选择一些构件，使之耗能；II：其它构件则被予以足够强度，以保证已经确定的耗能方式。钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性0延性概念的引入

i：动力分析表明:理论分析的弹性反应惯性力要比设计规范对地震荷载下建议的侧向力大很多，差值几乎无法用安全系数调和；ii：但按规范设计的结构大多数经受住了地震的考验iii：反常的原因，结构通过了非弹性变形吸震和耗能延性钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性1基本概念

所谓一个结构具有延性行为是指它能够承受较大的非弹性变形，而强度并不显著降低，故不至引起结构的失稳和倒塌

钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性概念的发展

材料的角度：

材料能够抵抗较大的非弹性变形而不降低其强度的能力钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性概念的发展材料的角度：

1964年,ASM（theMetalHandbookoftheAmericanSocietyforMetals)定义“延性”为金属产生塑性变形而不产生裂缝的能力“Ductility”as“theabilityofamaterialtodeformplasticallywithoutfracture钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性概念的发展材料的角度：

“brittleness”as“thequalityofamaterialthatleadstocrackpropagationwithoutplasticdeformations与“延性”相对应，“脆性”则为钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性概念的发展根据上述概念，过去的观点一直认为：钢材是目前建筑材料延性最好的，因此，在钢结构设计中，想当然地利用了钢材的塑性变形能力；但是，事实表明：仅仅材料的良好延性并不能保证结构获得应具备的延性。Materialductilityaloneisnotaguaranteeofductilestructuralwhensteelcomponentsandconnectionscanfailinbrittlemanner材料的延性结构的延性钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性设计的起源和发展1860s，Luder在实验中发现受拉试件超过弹性极限时会在其表面出现塑性铰线；1868，Tresca1870s，Saint－Venant发现了同样的现象1886，Bauschinger进行了生铁试件的非弹性循环实验随后，其与Tetmajer一起进行了生铁柱在塑性范围内的屈曲实验，提出了在当时欧洲广泛应用的柱强度经验公式钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性设计的起源和发展在20世纪的上半叶，学者们开始关注钢材与钢构件截面上的塑性性能；1914年，有一些相关的实验报告出来，这些研究活动主要集中在德国例如：现在被广泛采用的Von-Mises(Huber-Hency-Mises)屈服准则就是源于1904，1913，1925年的研究成果

钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性设计的起源和发展在20世纪的50s和60s，是这一领域相关研究的鼎盛时期其中以美国和英国的学者最为活跃，他们集合了其它国家学者的成果，给出了塑性设计与分析的工具，以替代当时的容许应力法（allowablestressmethod)此后，进一步的分析和实验研究则不仅针对构件的极限承载力，也开始针对整个结构体系。AmericanInstituteofSteelConstruction当时的设计方法和条文目前仍在沿用CanadaInstituteofSteelConstruction钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性设计的起源和发展在20世纪的60s以前，塑性设计并无抗震内容当抗震成为人们关注的热点后，研究方向主要朝两个方向发展：一、建立更加完善的构件模型，把精力主要放在构件与结构的稳定性上，当支撑设置适当，失稳与塑性可能同时发生。二、发展设计方法和构造措施，以使结构在地震荷载下发生循环非弹性变形和能保持稳定的塑性行为。需要构造措施保证在此之前不发生失稳破坏。延性十分重要钢结鼓构延镰性设度计的仆基本杯概念三、膨结构绑的延们性*清延性刃设计匹的起腊源和稿发展一、裤建立傻更加疫完善鸣的构透件模月型，爸把精缘瑞力主伪要放包在构上件与作结构炮的稳忌定性看上，忆当支丹撑设烫置适喷当，留失稳扁与塑浮性可单能同每时发刮生。二、午发展煎设计离方法市和构温造措递施，雅以使峰结构扭在地江震荷约载下松发生背循环帐非弹佩性变无形和昼能保所持稳裳定的锈塑性洪行为知。需拾要构尘造措犯施保比证在队此之拜前不极发生帮失稳叛破坏融。相互交秀融钢结构久延性设纲计的基绝本概念三、结脂构的延索性2悄钢结畅构延荐性设漆计所号包含坦的内材料张层次贱的延就性截面与泊构件层很次的延耕性结构层革次的延弯性节点乱不屈蚁服十礼分重丈要钢结狸构延谈性设敞计的赞基本碧概念三、甜结构坦的延肥性3销延性商的度昌量方启式结构慌的延绩性一肉般通若过位移延避性系数来度量：开始掏屈服敢的变婶位（度弹性络极限固位移黑）非弹腊性末专端的款变位斯（极土限位毁移）钢结构妻延性设罗计的基惭本概念三、结消构的延龟性加州扭结构馆工程撒师协律会推呢荐：3田延性傲的度芝量方闹式钢结构唤延性设搜计的基饺本概念三、帅结构叫的延翁性构件欠（以毒弯曲披变形母为主竹的构杯件）妹的延弃性一般始通过截面淹延性躁系数低（曲宣率延横性系培数）来度量：截面鸽开始察屈服若的曲鼻率截面非据弹性末遗端的曲饭3爹延性宾的度奇量方晶式钢结构鞭延性设另计的基突本概念三、结伴构的延允性4础延性迫设计假方法框架暗结构安的整猫体位挣移延夹性系迎数构件截悔面的曲燥率延性毫系数控制必须桂强迫榴结构北按预续定次枝序和恢位置释出现壳塑性称铰以早使结晕构按姓预定立的模年式破坟坏钢结构钢结裙构延康性设截面、役构件、刑结构（迅包括节盖点）的偷塑性分嗽析Du温ct扎il税e瓣De危si哥gn钱o刻f胶St境ee齿l悠St概ru腔ct愁ur煤esMic豆helBr轮un海ea栋u1吗钢材2截面畅的塑扫性行携为3腿塑性养分析家的概瓶念4驳塑