延性在地震区房屋结构设计中应用分析.docVIP

延性在地震区房屋结构设计中应用分析摘　要：保证结构的延性是提高建筑抗震性能的重要措施，在地震区的结构都应设计成延性结构。本文探讨了延性的提出过程、总结了延性的定义。分析了如何在设计中合理考虑砌体结构和钢筋混凝土结构的延性。并建议多通过结构的一些概念设计来保障结构的延性。 关键词：抗震设计；延性；概念设计 中图分类号：TU313　文献标识码：B　文章编号：1008-0422(2007)05-0084-02 1 延性的提出 1961年，美国波特兰水泥协会(PCA)制定的《多层钢筋混凝土建筑抗震设计》手册中，引入了延性和延性系数的概念。后来，以纽马克为首的研究人员提出用延性的概念来表示结构和构件超过弹性阶段的抗震能力。他们认为强度、刚度、延性是工程抗震设计的三要素。 延性的提出还跟人们对地震不断深入地理解有关。最初，人们认为对于工程抗震来说地震是一种力。但后来人们发现地震带给结构的作用主要是使结构发生变形和耗能。所以，与其说地震是一种力，不如说地震是一种作用一通常称为地震作用。经过了几次大的地震以后，发现光有好的强度和刚度也不能保证结构在地震中的安全，结构在非弹性变形的积累过程中维持结构的初始强度的能力也很重要。所以，在以后的40多年里(至今)，延性引起了几乎所有的工程抗震设计人员的兴趣。现行各国普遍采用的概念设计和能力设计的这两种抗震设计方法都与延。性密切相关。 2　延性的定义 延性是指结构、构件、材料在初始强度没有明显下降的情况下的非弹性变形(或反复弹塑性变形)的能力。延性反应了结构承受极大变形的能力和耗能的能力。耗能的能力主要体现在利用滞回特性吸收能量。 所有的力一变形曲线，有两类典型的性状：一类曲线有明显的尖峰，达到最大承载力后急剧下跌：另一类曲线在达到最大承载力的前后有可观的平台，即能够承受很大的变形和耗能，而强度没有明显降低。前者一般称脆性，后者称延性。 通常我们考虑延性时要考虑四个方面的延性，他们是材料的延性、截面的延性、构件的延性、结构体系的延性。 (1)材料的延性材料的延性通常由材料的应力一应变曲线来体现，如混凝土的受压、受拉曲线，钢筋的拉伸曲线，钢筋和混凝土的粘结一滑移曲线。在发生较大的非弹性变形时强度仍没有明显下降的材料称为延性材料。一般说来砌体、素混凝土属于脆性材料，钢材属于延性材料，钢筋混凝土介于两者之间。 (2)构件截面的延性构件截面的延性在受弯构件中通常由受弯构件的弯矩一曲率曲线来体现：在受扭构件中通常由受扭构件的扭矩一扭转角曲线来体现。 (3)构件的延性梁的延性通常用梁的荷载一跨中挠度、荷载一支座转角曲线来体现，柱的延性通常用柱的轴力一变形曲线、轴力一中点侧向位移曲线(编心柱)来体现。构件的延性通常又称为局部的延性。延性好的梁柱构件通常在有较大的非弹性变形时，其承载力不会有明显下降。 (4)结构体系的延性结构体系的延性通常由水平荷载－顶层水平位移，水平荷载一层间位移曲线来体现。结构体系的延性通常又称为整体的延性。 这四种延性不是孤立的，是息息相关的。一般说来，好的延性材料易做出好的延性构件，好的延性构件又易形成好的延性结构体系。举个例子来说，如钢材是一种好的延性材料，我们可以用钢材做出延性好的钢梁和钢柱，我们又可以利用这些钢梁和钢柱建成延性好的钢框架结构。但这也不是绝对的，例如我们在一个结构体系中大量的使用了延性好的材料，如钢材，但是我们设计的钢柱、钢梁的截面不合理，我们就不会得到好的延性构件。既便我们有了大量好的延性构件，如果我们没有注意结构整体的屈服机制，我们也不会得到好的延性体系。这就会影响房屋抗震设计的设计质量。 3 延性与砌体结构设计 1976年，中国发生了震级为里氏7.8级的唐山大地震。在这次大地震中，市区大部分为地震烈度高达11度的极震区，民用建筑几乎全部倒塌，90％的工业建筑被毁。唐山市区震前共有多层砖石房屋1187幢，其中771全毁，162幢部分倒塌，倒塌率为78.6％，破坏率为97.2％，基本完好的不到3％。经过唐山大地震的惨重教训，人们深刻感受到需要为砌体结构找到一条在遭遇到强烈地震时能够防止突然倒塌的可靠途径，这就促使我们要解决一个问题一如何改善砌体结构的延性。 这里主要讲有代表性的几种砌体结构如何改善其延性。 (1)脆性砌体结构 脆性砌体结构是原来我们通常认为的砌体结构，如砖石结构、无筋砌块结构等。在现代砌体结构中，主要是利用一些延性好的材料如钢丝网、钢薄板、纤维(如碳纤维、玻璃纤维等)与砌体形成一种混和结构以改善原用结构的延性或者直接对砌体施加预应力以改善其延性(英国在这方面作了许多研究工作)。 (2)墙一构造柱组合结构 在唐山大地震中，人们发现在