結(jié)構(gòu)延性與抗震設計

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增強結(jié)構(gòu)延性是提高建筑抗震性能的重要措施，所以地震區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)應設計成延性結(jié)構(gòu)。為了合理提高抗震結(jié)構(gòu)的延性性能，應對抗震概念設計和構(gòu)造措施予以重視，合適的概念設計和構(gòu)造措施對結(jié)構(gòu)的延性起著至關(guān)重要的作用，探討了延性結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應機理，同時提出了一些概念設計的方法和相關(guān)的構(gòu)造措施，以保證整個建筑物實現(xiàn)抗震設防，達到“三水準”的設計要求。

　　結(jié)構(gòu)主要靠延性來抵抗較大地震作用下的非彈性變形，因此，地震作用下，結(jié)構(gòu)的延性與結(jié)構(gòu)的強度具有同等重要的意義。地震力降低系數(shù)對設防烈度地震作用的整體降低實際上決定了結(jié)構(gòu)的屈服水準和對結(jié)構(gòu)延性需求的大小。目前，能力設計法已為各國普遍接受，通過能力設計法，形成合理的耗能機制，使塑性鉸出現(xiàn)在延性易于保證的部位；確保結(jié)構(gòu)在未達到所需要的延性前不至于發(fā)生剪切失效；并通過細部構(gòu)造措施來保證延性的充分發(fā)揮。

結(jié)構(gòu)的延性與抗震

　　一、結(jié)構(gòu)在地震下的主要特點

　　地震以波的形式從震源(地面上的相對位置稱震中)向周圍快速傳播，通過巖土和地基，使建筑物的基礎和上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不規(guī)則的往復振動和激烈的變形。結(jié)構(gòu)在地震時發(fā)生的相應運動稱為地震反應，包括位移、速度、加速度。同時，結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生很大的內(nèi)力(應力)和變形，當它們超過了材料和構(gòu)件的各項極限值后，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，地面運動的垂直方向振動激烈，且頻率高，水平方向振動較弱；距震中較遠處，垂直方向的振動衰減快，其加速度峰值約為水平方向加速度峰值的1／2～1／3。因此，對地震區(qū)的大部分建筑而言，水平方向的振動是引起結(jié)構(gòu)強烈反應和破壞的主要因素。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下受力性能的主要特點有：

　　1、結(jié)構(gòu)的抗震能力和安全性，不僅取決于構(gòu)件的(靜)承載力，還在很大程度上取決于其變形性能和動力響應。地震時結(jié)構(gòu)上作用的“荷載”是結(jié)構(gòu)反應加速度和質(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)，可能因為剛度大、重量大、延性差而招致更嚴重的破壞。

　　2、屈服后的工作階段——當發(fā)生的地震達到或超出設防烈度時，按照我國現(xiàn)行規(guī)范的設計原則和方法，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。

　　3、“荷載”低周的反復作用——地震時結(jié)構(gòu)在水平方向的往復振動，使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力(主要是彎矩和剪力，有時也有軸力)發(fā)生正負交變。由于地震的時間不長且結(jié)構(gòu)具有阻尼，荷載交變的反復次數(shù)不多(即低周)。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。

　　4、變形大——地震時結(jié)構(gòu)有很大變形。例如橋墩的側(cè)向位移等。一方面對結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生不利影響，如柱的二階(P—A)效應，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)構(gòu)的脫落等破壞。故抗震結(jié)構(gòu)設計時要控制其總變形。

　　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度沒有明顯退化情況下的非彈性變形的能力。它包括兩個方面的能力：