抗震設(shè)計中結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的延性設(shè)計

抗震設(shè)計中結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的延性設(shè)計摘要：本文簡要介紹了我國鋼筋混凝土抗震設(shè)計的基本思路，通過規(guī)范、理論與實際的結(jié)合，提出了抗震設(shè)計中可以采取的結(jié)構(gòu)及構(gòu)件延性設(shè)計的一些方法和措施。［關(guān)鍵詞］

抗震設(shè)計延性設(shè)計變形theductilitydesignofstructureandcomponentinaseismaticdesignAbstract:ThearticlemakeabriefintroductionaboutthethoughtoftheconcretestructureseismicDesigninchina.Throughintegratingtheorywithpractice,thearticleadoptessomemethodsandmeasurespeoplecanbeusedtotheductilitydesignofstructureandcomponentinaseismaticdesign.Keywords:AseismaticdesignDuctilitydesignDisplacement地震是一種突發(fā)性的自然災(zāi)害，至今可預(yù)報性很低，常常給受災(zāi)國家造成嚴(yán)重的損失。經(jīng)過長期不懈的研究和總結(jié)，各國對地震在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的認(rèn)識和預(yù)防已經(jīng)有了很大的發(fā)展。我國根據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)水平和經(jīng)濟條件，對建筑抗震提出了“三個水準(zhǔn)”的設(shè)防目標(biāo)，即通常所說的“小震不壞，中震可修，大震不倒”。小震、中震、大震分別指的是50年超越概率為63%，10%，2~3%的多遇地震、設(shè)防烈度地震、罕遇地震。一、抗震設(shè)計的基本思路在當(dāng)前抗震理論下形成的現(xiàn)代抗震設(shè)計思路，其主要內(nèi)容是：1．合理選擇確定結(jié)構(gòu)屈服水準(zhǔn)的地震作用。一般先以一具有統(tǒng)計意義的地面峰值加速度作為該地區(qū)地震強弱標(biāo)志值（即中震的），再以不同的R（地震力降低系數(shù)）得到不同的設(shè)計用地面運動加速度（即小震的）來進行結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計，從而確定了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)。2．制定有效的抗震措施使結(jié)構(gòu)確實具備設(shè)計時采用的R所對應(yīng)的延性能力。其中主要包括內(nèi)力調(diào)整措施（強柱弱梁、強剪弱彎）和抗震構(gòu)造措施?，F(xiàn)代抗震設(shè)計理念是基于對結(jié)構(gòu)非彈性性能的研究上建立起來的，其核心是R-μ-T關(guān)系，關(guān)系主要指在不同滯回規(guī)律和地面運動特征下，結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)與自振周期以及最大非彈性動力反應(yīng)間的關(guān)系。其中R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)；而μ為最大非彈性反應(yīng)位移與屈服位移之比，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。60年代開始，研究者在滯回曲線為理想彈塑性及彈性剛度始終不變的前提下，通過對不同周期，不同屈服水準(zhǔn)的非彈性單自由度體系做動力分析，得到了有關(guān)彈塑性反應(yīng)下最大位移的規(guī)律：對T大于1.0秒的體系適用“等位移法則”即非彈性反應(yīng)下的最大位移總等于同一地面運動輸入下的彈性反應(yīng)最大位移。對于T在0.12－0.5秒之間的結(jié)構(gòu)，適用“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。當(dāng)“等能量原則”適用時，隨著R的增大，位移延性需求的增長速度比“等位移原則”下按與R相同的比例增長更快。由以上規(guī)律我們可以看出，如果以結(jié)構(gòu)彈性反應(yīng)為準(zhǔn)，把結(jié)構(gòu)用來做承載能力設(shè)計的地震作用取的越低，即R越大，則結(jié)構(gòu)在與彈性反應(yīng)時相同的地震作用下達(dá)到的非彈性位移就越大，位移延性需求就越高。這意味著結(jié)構(gòu)必須具有更高的塑性變形能力。規(guī)律初步揭示出不同彈性周期的結(jié)構(gòu)，當(dāng)其彈塑性屈服水準(zhǔn)取值大小不同時，在同一地面運動輸入下屈服水準(zhǔn)與所達(dá)到的最大非彈性位移之間的關(guān)系。也揭示出了延性能力和塑性耗能能力是屈服水準(zhǔn)不高的結(jié)構(gòu)在較大地震引起的非彈性動力反應(yīng)中不致發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞和倒塌的主要原因。讓人們認(rèn)識到延性在抗震設(shè)計中的重要性。之所以存在上訴的規(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。二、保證結(jié)構(gòu)延性能力的抗震措施認(rèn)識到延性在抗震設(shè)計中的重要性后，就需要通過抗震措施來保證結(jié)構(gòu)確實具有所需的延性能力，從而保證結(jié)構(gòu)在中震、大震下實現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)?？拐鸫胧┌ㄒ韵聨讉€方面的內(nèi)容：1.“強柱弱梁”：人為增大柱相對于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現(xiàn)較早，在達(dá)到最大非線性位移時塑性轉(zhuǎn)動較大；而柱端塑性鉸出現(xiàn)較晚，在達(dá)到最大非線性位移時塑性轉(zhuǎn)動較小，甚至根本不出現(xiàn)塑性鉸。從而保證框架具有一個較為穩(wěn)定的塑性耗能機構(gòu)和較大的塑性耗能能力。凝2.困擋“秩強剪弱胞彎翼”街：剪切破田壞基本上牽沒有延性息，一旦某姻部位發(fā)生先剪切破壞碌，該部位錄就將徹底飲退出結(jié)構(gòu)鼓抗震能力蔥，對于柱芳端的剪切土破壞還可乖能導(dǎo)致結(jié)班構(gòu)的局部也或整體倒炭塌。因此?？梢匀藶槲淘龃笾斯?、梁端、歪節(jié)點的組棉合剪力值貿(mào)，使結(jié)構(gòu)譽能在大震吳下的交替碧非彈性變碼形中其任券何構(gòu)件都葵不會先發(fā)泡生剪切破碼壞。絲3.

任蘇抗震構(gòu)造絡(luò)措施：通屑過抗震構(gòu)味造措施來檢保證形成碌塑性鉸的烏部位具有轉(zhuǎn)足夠的塑反性變形能珠力和塑性桂耗能能力崖，同時?？拮C結(jié)構(gòu)的齒整體性。洗三、忠以框架結(jié)百構(gòu)為例談缸抗震斤延性拖設(shè)計倘1.果字強柱弱梁治我國規(guī)范集采用的是候允許柱子邊、剪力墻震出鉸的梁載柱鉸方案忙，采取相睬對悔的肆“譽強柱弱櫻梁奸”查措施，推露遲柱子的委出鉸時間僚。但不能鵝完全排除址出現(xiàn)薄弱拳層的柱鉸牢機構(gòu)的可搭能性，因走而需要限牛制柱子的麗軸壓比，劣必要時通尸過時程分龍析法判斷省結(jié)構(gòu)的薄艘弱層，防艱止出現(xiàn)柱掛鉸機構(gòu)。線抗震規(guī)范貝規(guī)定：除啟框架頂層封和柱軸壓早比小切于悉0.1瞎5終者及框支足梁與框支雄柱以外，蠢柱端彎矩疫設(shè)計值應(yīng)竹符志合抓刪分別為一觀級膝取舉1.譯4銹，二級鴉取優(yōu)1.重2肢，三級庸取弱1.召1惠。扯9模度及一級晨框架結(jié)構(gòu)侄尚應(yīng)符合孩，化剪根據(jù)實配丟鋼筋面積則及材料強殺度標(biāo)準(zhǔn)值瞎確定。底撥層柱軸力陰大，塑性宴轉(zhuǎn)的能力咳差，為避剪免柱腳出鐮鉸后壓潰腥，一、二仆、三級框倒架結(jié)構(gòu)底寫層，柱端奉截面組合夫彎矩設(shè)計兩值分別乘嫁以增大系懶數(shù)占1.水5逐，社1.2好5描和悶1.1貍5縫。角柱的卵調(diào)整后的粒組合彎矩貿(mào)尚應(yīng)乘以今不小皂于游1.1彼0將的系數(shù)。蹈對一級抗散震等級的紀(jì)剪力墻肢雄截面組合語彎矩設(shè)計導(dǎo)值進行調(diào)生整，迫使捷塑性鉸出精現(xiàn)在墻肢賢底部加強劑部位，底誠部加強部托位及以上字一層彎矩挑設(shè)計值取毀墻肢底部監(jiān)截面組合妖彎矩設(shè)計挨值，其它活部位乘課以遷1.湊2洗的增大系繁數(shù)。對部馳分框支抗球震墻結(jié)構(gòu)善，一、二娘級框支柱裝的柱上端享和底層柱已下端，其差組合彎矩奏設(shè)計值應(yīng)壞分別乘以域增大系晴數(shù)荷1.采5稱和芒1.2躺5國。討2.濁洗強剪弱彎車根據(jù)我國兔現(xiàn)行抗震訪規(guī)范本項抱措施主要郵表現(xiàn)在提錢高作用剪喬力物，很調(diào)整抗剪拖承載力兩務(wù)個方面。錫（鞋1歡）學(xué)作用剪力宏一、二、萬三級框架驕梁，誦其祖剪力駝增大系數(shù)購，一級擦取慰1.蜂3衣，二級只取礦1.抄2令，三級促取分1.睬1脊。一、二杏、三級框縱架柱和框摔支柱，家其醉剪力賽增大系數(shù)郊，一級躺取稀1.貌4粥，二級廁取淚1.返2義，三級騎取欄1.軍1敗。梁柱節(jié)蕩點，一、詳二級抗震妻等級進行糊節(jié)點核心有區(qū)抗震受辯剪承載力就驗算，三捧四級應(yīng)符少合抗震構(gòu)折造措施，喜一級勇框架梁柱盡節(jié)點的羨剪力增大駁系數(shù)鍛為仇1.3六5耍，二級慣為摘1.霸2擺。銅對醋9半度設(shè)防及藍(lán)一級抗震山等級的框琴架結(jié)構(gòu)的梁、柱、駛節(jié)點的剪賴力設(shè)計值計，呈尚應(yīng)符合雀按梁播（柱）伍端實配鋼腎筋面積和顏材料強度場標(biāo)準(zhǔn)值計瞇算，同時塌乘以底相應(yīng)傍的增大系養(yǎng)數(shù)。賤（粱2悔）區(qū)抗剪公式嘩國內(nèi)外低妻周反復(fù)荷棉載作用下斜鋼筋混凝狠土連續(xù)梁掏及懸臂梁盼受剪承載豐力實驗表娘明，混凝趴土剪壓區(qū)易剪切強度漸的降低、離斜裂縫間碌骨料咬合蘇力及縱筋膝暗銷力的遞降低是梁別受剪承載披力降低的懼主要原因綁。規(guī)范對妖混凝土的奇受剪承載晚力降為非稼抗震灰的雹6副0脹％，鋼筋康項沒有降都低。同樣冶，對偏壓健柱受剪承浮載力實驗飾表明，反備復(fù)加載使魂柱受剪承炮載力降掙低凳1跳0耍％芹~30閉%剝，主要由?；炷另椯徱?，采菊取與梁相拔同的作法荷。為了防椅止梁、柱召、節(jié)點發(fā)漲生斜壓破拋壞，押規(guī)范歇對受剪截著面規(guī)定了席受剪承載財力上限，蝴即規(guī)定了脆配箍率的輪上限值。側(cè)3.慮諸構(gòu)造措施釣構(gòu)造措施隊是梁、柱犯、剪力墻鍬塑性鉸區(qū)路要達(dá)到實尸際需要的養(yǎng)塑性轉(zhuǎn)動份能力和耗簡能能力的嗓保證。它尋與笑“場強剪弱辟彎顆”慌、躺“格強柱弱嚴(yán)梁釋”倡相互關(guān)聯(lián)訪，一起保月證結(jié)構(gòu)的惱延性。嗽（勵1徐）米梁的構(gòu)造卻措施棍梁塑性鉸盞截面的延滋性與很多沾因素有關(guān)侄，截面延立性隨受拉潤鋼筋配筋跑率及屈服虜強度的提稅高而降低鎖；隨受壓油鋼筋配筋攻率和混凝縮土強度提秧高而提高腸，隨截面俊寬度增大織而增大；里塑性鉸區(qū)礙的箍筋可等以防止縱元筋的壓屈飽、提高混妨凝土極限圣壓應(yīng)變、嗓阻止斜裂別縫的開展妨、抵抗剪柱力，充分剃發(fā)揮塑性敏鉸的變形喚和耗能能蟻力；梁高陡跨比越小邊，剪切變凍形比例越嘩大，易發(fā)容生斜裂縫融破壞，使丸延性降低外。梁縱筋割配箍率過化低，梁開頃裂后鋼筋罷可能屈服癥甚至拉斷變。因而，蠻規(guī)范對于辮梁縱筋最政大配筋率薦和最小配您筋率、箍煙筋加密區(qū)蹤長度、最燈大間距、滿最小直徑謙、最大肢拔距、體積世配箍率都壟有嚴(yán)格規(guī)皮定。為了窯抵抗梁端疼可能的正變彎矩，保伐證截面延波性，對梁從端拉壓鋼犧筋面積比煮作出了限蚊制。同時銅，還對梁震的最小寬年度、跨高廉比、高寬脾比做了規(guī)嚷定。酸（才2兇）蝦柱的構(gòu)造餓措施花柱為壓彎催型受力構(gòu)裙件，軸壓乏比對延性懷及耗能性汗影響較大皺。軸壓比蛙小時，柱麻子發(fā)生大嗽偏壓破壞逝，構(gòu)件變尼形大，延趕性好，但謠耗能性降絮低；隨軸敬壓比的增樸大，耗能闊性增大，策但是延性億急劇下降承，而且箍比筋對延性拆的幫助減剪小。我們犯對于采用員低地震力淚設(shè)計的柱靈子，主要透保證其延譽性，而耗般能性放到男第二位。渣規(guī)范對軸莖壓比作出刷了限制，援一般能保林證在大偏勤壓的范圍膽內(nèi)。箍筋簽同樣也對輛延性起到稈很大的作疑用，約束沈縱筋、提桐高混凝土參壓應(yīng)變、收阻止斜裂股縫發(fā)展。齊柱一般為還對稱配筋猴，其縱筋覽配筋率越蛇大，柱子敘屈服時變歲形越大，濤延性越好寬。因而對慶柱子的縱福筋最小配遇筋率、箍可筋加密區(qū)林長度、最眾大間距、請最小直徑撫、最大肢優(yōu)距、體積舉配箍率做超出了嚴(yán)格杜規(guī)定。同不時對柱子飛的高寬比瞞、剪跨比君、截面最施小高度、餅寬度做出哲了規(guī)定，排以提高抗激震性能。顆（謠3咸）弱節(jié)點構(gòu)造傲措施特節(jié)點作為皮梁柱鋼筋賽的錨固區(qū)攜，對結(jié)構(gòu)渴性能影響踢很大。為麻保證在地葡震和豎向倦荷載作用樓下，節(jié)點糊核心區(qū)剪遷壓比偏低弄時為節(jié)點擦核心區(qū)提虜供必要的板約束，保鈴持節(jié)點在鑄不利情況貫下的基本滿抗剪能力風(fēng)，使梁柱靠縱筋可靠坊錨固，對襪節(jié)點核心答區(qū)的箍筋傘最大間距匙、最小直屑徑、體積得配箍率做綠出了規(guī)定蓮。梁柱縱賺筋在節(jié)點嬌的可靠錨猜固是節(jié)點球構(gòu)造措施丙的主要內(nèi)萄容。規(guī)范