對鋼混結(jié)構(gòu)現(xiàn)代抗震思路及我國設(shè)計規(guī)范抗震設(shè)計方法的理解和討論

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1．R-μ-T關(guān)系及其應(yīng)用
　　在二十世紀(jì)五十年代，當(dāng)美國的權(quán)威人士G.W.Houser導(dǎo)出了第一條地震反應(yīng)譜和對地震激勵下的彈性反應(yīng)規(guī)律的研究很快被學(xué)術(shù)界接受后，人們很快發(fā)現(xiàn)了一個與當(dāng)時的抗震設(shè)計方法相矛盾的問題，那就是例如對一個第一振型周期為0.5s～1.5s，阻尼比為0.05的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)加速度約為地面運動峰值加速度的1.5～2.5倍，比如賦予上述結(jié)構(gòu)一個不大的地面運動加速度0.15g，則根據(jù)反應(yīng)譜導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)反應(yīng)加速度已達到0.23g～0.375g，而世界各國當(dāng)時的設(shè)計規(guī)定中一般用來確定水平地震力大小的加速度只有0.04g～0.15g，但讓人不解是，震害表明，雖然設(shè)計用的反應(yīng)加速度很小，但結(jié)構(gòu)在地震中的損傷卻不太大。這么大的差距是不能用安全性或設(shè)計誤差來解釋的，于是，各國的學(xué)術(shù)界加緊了對這一問題的研究，大家通過對單自由度體系的屈服水準(zhǔn)、自振周期（彈性）以及最大非彈性動力反應(yīng)之間的關(guān)系；同時還研究了當(dāng)?shù)孛孢\動特征（包含場地土特征）不同時，給這種關(guān)系帶來的變化，我們把這方面的研究工作關(guān)系其中R是指在一個地面運動下最大彈性反應(yīng)力與非彈性反應(yīng)屈服力之間的比值，稱為彈塑性反應(yīng)地震力降低系數(shù)，簡稱地震力降低系數(shù)或者反應(yīng)調(diào)節(jié)系數(shù)；μ為最大非彈性反應(yīng)位移與屈服位移的比值，稱為位移延性系數(shù)；T則為按彈性剛度求得的結(jié)構(gòu)自振周期。研究表明，對于長周期（指彈性周期且T>1.0s）的結(jié)構(gòu)可以適用“等位移法則”，即彈性體系與彈塑性體系的最大位移反應(yīng)總是基本相同的；而對于中周期（指彈性周期且0.12s<T<0.5s）的結(jié)構(gòu)，則適用于“等能量法則”，即非彈性反應(yīng)下的彈塑性變形能等于同一地震地面運動輸入下的彈性變形能。
　　之所以存在上訴規(guī)律，我們應(yīng)該注意到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的一些相關(guān)特性。首先，通過人為措施可以使結(jié)構(gòu)具有一定的延性，即結(jié)構(gòu)在外部作用下，可以發(fā)生足夠的非線性變形，而又維持承載力不會下降的屬性。這樣就可以保證結(jié)構(gòu)在進入較大非線性變形時，不會出現(xiàn)因強度急劇下降而導(dǎo)致的嚴(yán)重破壞和倒塌，從而使結(jié)構(gòu)在非線性變形狀態(tài)下耗能成為可能。其次，作為非線彈性材料的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在一定的外力作用下，結(jié)構(gòu)將從彈性進入非彈性狀態(tài)。在非彈性變形過程中，外力做功全部變?yōu)闊崮?，并傳入空氣中耗散掉。我們可以進一步以單質(zhì)點體系的無阻尼振動來分析，在彈性范圍振動時，慣性力與彈性恢復(fù)力總處于動態(tài)平衡狀態(tài)，體系能量在動能、勢能間不停轉(zhuǎn)換，但總量保持不變。如果某次振動過大，體系進入屈服后狀態(tài)，則體系在平衡位置的動能將在最大位移處轉(zhuǎn)化為彈性勢能和塑性變形能兩部分，其中，塑性變性能將耗散掉，從而減小了體系總的能量。由此我們可以想到，在地震往復(fù)作用下，結(jié)構(gòu)在振動過程中，如果進入屈服后狀態(tài)，將通過塑性變性能耗散掉部分地震輸給結(jié)構(gòu)的累積能量，從而減小地震反應(yīng)。同時，實際結(jié)構(gòu)存在的阻尼也會進一步耗散能量，減小地震反應(yīng)。此外，結(jié)構(gòu)進入非彈性狀態(tài)后，其側(cè)向剛度將明顯小于彈性剛度，這將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)瞬時剛度的下降，自振周期加長，從而減小地震作用。
　　2．我國現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范中的不足之處
　　抗震規(guī)范規(guī)定，我國的抗震設(shè)防目標(biāo)必須堅持“小震不壞，中震可修，大震不倒”的原則，而建筑應(yīng)根據(jù)其使用功能的重要性分為甲類、乙類、丙類、丁類四個抗震設(shè)防類別。甲類建筑應(yīng)屬于重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)害的建筑，地震作用應(yīng)高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求，其值應(yīng)按批準(zhǔn)的地震安全性評價結(jié)果確定；抗震措施，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6-8度時，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，當(dāng)為9度時，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。乙類建筑應(yīng)屬于地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的建筑，抗震措施，一般情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6-8度時，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，當(dāng)為9度時，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。丙類建筑應(yīng)屬于甲、乙、丁類以外的一般建筑，地震作用和抗震措施應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求。我們知道，一棟建筑在大震下能否不倒，已經(jīng)不是看其承載力的大了了，而是看它的延性是否能夠到達設(shè)計要求。由上面的建筑物抗震類別劃分可以看出，我們對甲、乙、丙、丁建筑物延性的要求是依次從高到低的，此時，結(jié)構(gòu)的延性實際上是由其抗震措施來決定的，現(xiàn)以一棟乙類建筑和丙類建筑為例：

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