结构延性与抗震设计.pdfVIP

2009年03月 内蒙古民族大学学报 Mar．2009 箜!墨鲞箜兰塑 』竺!望型堕!翌里竺塑竺翌g旦!堡望垡!竺型堕鱼!塑生竺旦璺!尘塑 !竺!：!主 塑旦：三 结构延性与抗震设计 包高娃，麦拉苏 (通辽市建筑规划设计研究院，内蒙古通辽028000) [摘要]对地震区的大部分建筑而言，水平方向的振动是引起结构强烈反应和破坏的主要因素。钢筋 混凝土框架结构具有良好的抗震性能，然而未经合理设计的框架结构会在地震作用下产生较严重的震 害。 [关键词]结构；抗震；延性 [中图分类号]Tu2[文献标识码]A [文章编号]loos一5149{2009}02—0027-02 1结构在地震下的主要特点 地震以波的形式从震源(地面上的相对位置称震中)向周围快速传播，通过岩土和地基，使建筑物的基础和上部结构产 生不规则的往复振动和激烈的变形。结构在地震时发生的相应运动称为地震反应，包括位移、速度、加速度。同时，结构内 部发生很大的内力(应力)和变形，当它们超过了材料和构件的各项极限值后，结构将出现各种不同程度的破坏现象，例如混 凝土裂缝，钢筋屈服，显著的残余变形，局部的破损，碎块或构件坠落，整体结构倾斜，甚至倒塌等等。 在震中区附近，地面运动的垂直方向振动激烈，且频率高，水平方向振动较弱；距震中较远处，垂直方向的振动衰减快， 其加速度峰值约为水平方向加速度峰值的1／2～1／3．因此，对地震区的大部分建筑而言，水平方向的振动是引起结构强烈 反应和破坏的主要因素。钢筋混凝土结构在地震作用下受力性能的主要特点有： (1)结构的抗震能力和安全性，不仅取决于构件的(静)承载力，还在很大程度上取决于其变形性能和动力响应。地震时 结构上作用的“荷载”是结构反应加速度和质量引起的惯性力，它不像静荷载那样具有确定的数值。变形较大，延性好的结 构，能够耗散更多的地震能量，地震的反应就减小，“荷载”小，町能损伤轻而更为安全。相反，静承载力大的结构，可能因为 刚度大、重量大、延性差而招致更严重的破坏。 (2)屈服后的工作阶段——当发生的地震达到或超出设防裂度时，按照我国现行规范的设计原则和方法，钢筋混凝土结 构一般都将出现不同程度的损伤。构件和节点受力较大处普遍出现裂缝，有些宽度较大；部分受拉钢筋屈服，有残余变形； 构件表面局部破损剥落等。但结构不致倒塌。 (3)“荷载”低周的反复作用——地震时结构在水平方向的往复振动，使结构的内力(主要是弯矩和剪力，有时也有轴力) 发生正负交变。由于地震的时间不长且结构具有阻尼，荷载交变的反复次数不多(即低周)。所以，必须研究钢筋混凝土构 件在低周交变荷载作用下的滞回特征。 (4)变形大——地震时结构有很大变形。例如桥墩的侧向位移等。一方面对结构本身产生不利影响，如柱的二阶(P— A)效应，增大附加弯矩，甚至引起失稳或倾覆，构造缝相邻结构的碰撞等；另一方面造成非结构部件的破损，桥梁上部结构的 脱落等破坏。故抗震结构设计时要控制其总变形。 2单调荷载下的延性 (1)材料、构件或结构的延性通常定义为在初始强度没有明显退化情况下的非弹性变形的能力。它包括两个方面的能 力：①承受较大的非弹性变形，同时强度没有明显下降的能力。②利用滞回特性吸收能量的能力。 在实际工程中判断结构的脆性或延性有重大的意义，可从延性结构的优越性加以说明： ①破坏前有明显预兆，破坏过程缓慢，因而可采用偏小的计算安全可靠度。②出现非预计荷载，如偶然超载、荷载反向、 [收稿日期]2008—10—21 [作者简介]包高娃(1977一)，女(蒙古族)，内蒙古通辽市人，助理工程师，研究方向为土木工程。 万方数据 温度升高或基础沉降引起附加内力等情况下。有较强的承受和扰衡能力。③有利于实现超静定结构的内力充分重分布。 ④在承受动力律溺(翔振动、缝震、攥炸等；情瑟下，麓骧小惯性力，吸收夔大动麓，减轻破坏程度，有利予修笈。⑤惩性结构 的后期变形能力，可以作为各种意外情况时的安全储备。 (2)延往攒标 在利用延性特性设计抗震结构时，首先必须确定度鬣延性的量化指标。衡量结构和材料的延性一般用延性系数，其定 义为：在保持缩构或豺料的基本承载能力的情况下，极限瓷形Ou翻