結(jié)構(gòu)延性與抗震設(shè)計(jì)_1

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1、結(jié)構(gòu)延性與抗震設(shè)計(jì)一、結(jié)構(gòu)在地震下的主要特點(diǎn)地震以波的形式從震源向周?chē)焖賯鞑ィㄟ^(guò)巖土和地基，使建筑物的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不規(guī)則的往復(fù)振動(dòng)和激烈的變形。結(jié)構(gòu)在地震時(shí)發(fā)生的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為地震反應(yīng)，包括位移、速度、加速度。同時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生很大的內(nèi)力和變形，當(dāng)它們超過(guò)了材料和構(gòu)件的各項(xiàng)極限值后，結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)各種不同程度的破壞現(xiàn)象，例如混凝土裂縫，鋼筋屈服，顯著的殘余變形，局部的破損，碎塊或構(gòu)件墜落，整體結(jié)構(gòu)傾斜，甚至倒塌等等。在震中區(qū)附近，地面運(yùn)動(dòng)的垂直方向振動(dòng)激烈，且頻率高，水平方向振動(dòng)較弱；距震中較遠(yuǎn)處，垂直方向的振動(dòng)衰減快，其加速度峰值約為水平方向加速度峰值的1／2～1

2、／3.因此，對(duì)地震區(qū)的大部分建筑而言，水平方向的振動(dòng)是引起結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈反應(yīng)和破壞的主要因素。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下受力性能的主要特點(diǎn)有：1、結(jié)構(gòu)的抗震能力和安全性，不僅取決于構(gòu)件的承載力，還在很大程度上取決于其變形性能和動(dòng)力響應(yīng)。地震時(shí)結(jié)構(gòu)上作用的“荷載”是結(jié)構(gòu)反應(yīng)加速度和質(zhì)量引起的慣性力，它不像靜荷載那樣具有確定的數(shù)值。變形較大，延性好的結(jié)構(gòu)，能夠耗散更多的地震能量，地震的反應(yīng)就減小，“荷載”小，町能損傷輕而更為安全。相反，靜承載力大的結(jié)構(gòu)，可能因?yàn)閯偠却?、重量大、延性差而招致更?yán)重的破壞。、屈服后的工作階段——當(dāng)發(fā)生的地震達(dá)到或超出設(shè)防烈度時(shí)，按照我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范的設(shè)計(jì)

3、原則和方法，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般都將出現(xiàn)不同程度的損傷。構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)受力較大處普遍出現(xiàn)裂縫，有些寬度較大；部分受拉鋼筋屈服，有殘余變形；構(gòu)件表面局部破損剝落等。但結(jié)構(gòu)不致倒塌。、“荷載”低周的反復(fù)作用——地震時(shí)結(jié)構(gòu)在水平方向的往復(fù)振動(dòng)，使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力發(fā)生正負(fù)交變。由于地震的時(shí)間不長(zhǎng)且結(jié)構(gòu)具有阻尼，荷載交變的反復(fù)次數(shù)不多。所以，必須研究鋼筋混凝土構(gòu)件在低周交變荷載作用下的滯回特征。、變形大——地震時(shí)結(jié)構(gòu)有很大變形。例如橋墩的側(cè)向位移等。一方面對(duì)結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生不利影響，如柱的二階效應(yīng)，增大附加彎矩，甚至引起失穩(wěn)或傾覆，構(gòu)造縫相鄰結(jié)構(gòu)的碰撞等；另一方面造成非結(jié)構(gòu)部件的破損，橋梁上部結(jié)

4、構(gòu)的脫落等破壞。故抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要控制其總變形。二、單調(diào)荷載下的延性1、材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的延性通常定義為在初始強(qiáng)度沒(méi)有明顯退化情況下的非彈性變形的能力。它包括兩個(gè)方面的能力：承受較大的非彈性變形，同時(shí)強(qiáng)度沒(méi)有明顯下降的能力。利用滯回特性吸收能量的能力。圖10-1的廣義力一變形曲線(xiàn)可以概括地說(shuō)明延性的概念。其中一條曲線(xiàn)在經(jīng)過(guò)彈性變形、塑性應(yīng)變之后在硬化充分發(fā)展后軟化；而另一條在達(dá)到其承載能力之后沒(méi)有或幾乎沒(méi)有硬化過(guò)程而直接軟化，有明顯的尖峰。前者稱(chēng)為延性而后者稱(chēng)為脆性。在實(shí)際工程中判斷結(jié)構(gòu)的脆性或延性有重大的意義，可從延性結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性加以說(shuō)明：破壞前有明顯預(yù)兆，破壞過(guò)程緩

5、慢，因而可采用偏小的計(jì)算安全可靠度。出現(xiàn)非預(yù)計(jì)荷載，例如偶然超載，荷載反向，溫度升高或基礎(chǔ)沉降引起附加內(nèi)力等情況下，有較強(qiáng)的承受和抗衡能力。有利于實(shí)現(xiàn)超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力充分重分布。在承受動(dòng)力作用情況下，能減小慣性力，吸收更大動(dòng)能，減輕破壞程度，有利于修復(fù)。延性結(jié)構(gòu)的后期變形能力，可以作為各種意外情況時(shí)的安全儲(chǔ)備。.延性指標(biāo)在利用延性特性設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)時(shí)，首先必須確定度量延性的量化指標(biāo)。衡量結(jié)構(gòu)和材料的延性一般用延性系數(shù)，其定義為：在保持結(jié)構(gòu)或材料的基本承載能力的情況下，極限變形0u和初始屈服變形D，的比值，即：當(dāng)廣義變形D定義為具體物理量時(shí)，就有相應(yīng)的延性系數(shù)，如截面曲率延

6、性系數(shù)^／P＼構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的位移延性系數(shù)B、轉(zhuǎn)角延性系數(shù)B等，則：最常用的是曲率延性系數(shù)和位移延性系數(shù)。曲率延性系數(shù)通常用于反映構(gòu)件臨界截面的相對(duì)延性，位移延性系數(shù)則用于反映構(gòu)件局部或結(jié)構(gòu)整體的相對(duì)延性。一般認(rèn)為鋼筋混凝土抗震結(jié)構(gòu)要求的延性系數(shù)為B=3-4.三、延性在抗震設(shè)計(jì)中的重要性及其作用在我國(guó)現(xiàn)在的多高層建筑中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為普遍，其中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是最常用的結(jié)構(gòu)形式。因?yàn)槠渚哂凶銐虻膹?qiáng)度、良好的延性和較強(qiáng)的整體性，目前廣泛用于地震設(shè)防地區(qū)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，然而未經(jīng)合理設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)會(huì)在地震作用下產(chǎn)生較嚴(yán)重的震害。結(jié)構(gòu)抗震的本質(zhì)就是

7、延性，延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后，在承載能力不降低或基本不降低的情況下，具有足夠塑性變形能力的一種性能，一般用延性比來(lái)表示。對(duì)于受彎構(gòu)件來(lái)說(shuō)，隨著荷載增加，首先受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)裂縫，表現(xiàn)出非彈性變形。然后受拉鋼筋屈服，受壓區(qū)高度減小，受壓區(qū)混凝土壓碎，構(gòu)件最終破壞。從受拉鋼筋屈服到壓區(qū)混凝土壓碎，是構(gòu)件的破壞過(guò)程。在這過(guò)程中，構(gòu)件的承載能力沒(méi)有多大變化，但其變形的大小卻決定了破壞的性質(zhì)。是鋼筋砼受彎構(gòu)件的M—Δ曲線(xiàn)，Δy是屈服變形，Δu是極限變形。提高延性可以增加結(jié)構(gòu)抗震潛力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗倒塌能力。延性結(jié)構(gòu)通過(guò)塑性鉸區(qū)域的變形，能夠有效地吸收