试论延性钢筋混凝土结构的设计要点及其意义

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混凝土结构结构钢筋延性的意义及设计要点

混凝土结构结构钢筋延性的意义及设计要点

混凝土结构结构钢筋延性的意义及设计要点摘要:本文首先简述了钢筋混凝土结构抗震承载能力设计机理,其次介绍了结构进入塑性阶段的铰破坏机制,重点分析了不同破坏机制的优缺点,最后介绍了使结构达到理想破坏铰机制的承载能力级差设计法。

关键词:抗震设计、方法、途径地震是地壳相对运动、相互挤压所引起的大规模地面振动。

其对建筑结构危害极大,继而危及人类的生命财产安全。

因此必须对地震区的建筑结构进行必要的抗震设计。

但地震又是偶然发生的,其发生频率体现出概率意义上的统计规律。

在结构的使用期限内可能不发生设防的地震或不发生地震。

因此,充分、合理的利用抗震资源具有经济意义上的必要性。

一、抗震设计途径1.在抗震设计时,我们有这样两种途径。

一是按设防烈度即中震对应的地震作用来进行结构的承载力弹性设计,使其在遭遇中震时保持在弹性范围内。

另一种是适度降低设计地震作用的取值,按众值烈度即小震对应的地震作用进行结构的承载力弹性设计。

2.按第二种思路设计时,当结构遭遇设防烈度地震(中震)或罕遇地震(大震)时,结构将不可避免地进入塑性阶段,从而使结构的变形增大。

考察构件在地震力作用下反应可以发现,一些构件如框架梁在梁端出现塑性铰后,仍然具有很大的延性变形能力,且其承载力不显著降低。

而柱端在出现塑性铰后也具有一定的延性变形能力(受轴压比控制)。

可见要使结构具有一定的屈服后变形能力是行得通的。

3.考虑发挥结构的潜在抗震塑性变形能力,是第二种结构抗震设计思路的根基。

这就是二十世纪80年代到90年代中期发展起来的地震力设计法。

同时,如何确保结构构件屈服后能够达到预期的延性性能、不发生类似剪切的脆性破坏且不丧失承载力;如何使结构达到理想的破坏机制,使设计者能了解在结构遭遇超过设计地震作用时的结构性能;是随着地震力设计法发展应用而来的重要研究课题。

二、设计地震力取值1.为什么可以取较低的设计地震力而使结构在超越设计地震作用时进入塑性态?不同设计地震力取值水准下的模型化P-Δ关系图如上图所示,当结构按未折减的设防烈度水准地震力Pe设计时,为OA线。

钢筋混凝土框架结构的延性问题及其提高措施研究

钢筋混凝土框架结构的延性问题及其提高措施研究

2 . 1 选 择 延 性 材料
结构延性的与不 同的材料选择有关 . 材料不 同其结构 的延性也会 不同 由于砖石砌体 的延性很差 . 对抗连续倒塌要求较高 的建筑应尽 量避免使用该材料 : 钢材 的延性较好 . 其变形 能力和耗能功能都较强 , 但 由于爆炸等原因引发 的建筑破坏常常伴随着火灾 . 在高 温下钢材 的 极限承载力将大幅下降 . 故 当建筑采用钢结构时应做 好防火处理 ; 钢 筋馄凝 土结构延性性能介于二者之 间 在钢筋混凝 土结构中 . 其主要 1 框架结构的延性问题 考察混凝 土材料 品质和力学性 质、受拉受压钢筋的品种和力学性 质、 梁构件倒塌发展过程 后期存在三种机制 : 梁机制 、 悬链线机制及 横向钢筋 和钢箍 的力学性质 、 钢筋 和混凝土的粘结作用。其中混凝土 复合机制 。其受力阶段 为 : 第一 阶段 , 梁端截面钢筋屈服 , 进 人塑性 铰 极限压应 变、 混凝土强度等级、 钢筋 的屈服强度、 拉伸率等都将 影响结 发展 阶段 . 当结构设计有 较好 的延性时 . 将通过内力 重分 布 , 使 结构 的 构梁机制 和悬链线机制的最大变形和承载力 , 因此在保 证结构强度的 其余梁截面也进入塑性铰 . 此 时我们假定结构的各个截 面同时屈 服 . 前提下 . 应尽量采用具有较好延性 的材料 同时进入塑性铰 , 各个截 面所承 担的弯矩为 , 依靠 梁机制来 承担上 2 . 2 采用合理 的结构布置 部的荷载 ; 第二 阶段 。 如果上部荷载 比梁机制所能承受的荷载还要大 , 建筑设计 宜使结构平面形状简单 、 规则 , 刚度和承载力分布均匀 。 则结构进入梁机制和悬链线机制共 同承担上部荷载的阶段 . 此时竖 向 不规则的平面布置在偶然荷载作用下其耗能 能力较差 当对建筑物 的 位移增 大. 梁机制承载力不变 . 悬链线机制承载力增大 . 直到梁截面转 抗连续倒塌能力要求较高时 . 对结构设计应尽量避免平面布置上 出现 角达到其极 限转动能力 : 第三 阶段梁端 受压区混凝土开始压碎 . 梁端 凹角 , 结构竖向体 型宜规则 、 均匀 , 避免有 过大 的外挑和 内收 。结构竖 承载力下降 . 梁端受压区钢筋压应力减 小 . 但悬链线机制 承载力继续 向刚度应连续 , 均匀变化 , 避免薄 弱层的形成 , 以免局 部构件失效后 , 增大 , 梁端受拉 区钢筋应力增大 : 第 四阶段梁端受压区钢筋也受拉 . 结 导致变形集中或者至上而下 的传力途径中断 另外 . 在满足建筑功能 构完全依靠悬链线机制承担上部荷载 需求 的前提下 . 应该尽量地减 小柱距和梁跨 . 降低 层高可以避免柱子 塑性铰 出现 的位置或其 出现的顺 序不 同. 将导致其框架结构产生 因侧 向支撑丧失时计算 长度 突然增加 . 导致屈曲失稳 不同的破坏形式 。当塑性铰首先出现在柱 中. 当某薄弱层柱 的上下端 2 . 3 采用合理的结构体系 均出现塑性 铰时。 该层就为几何可不体 系。 进 而引起上部结构的倒塌 。 从结构整体来看 . 结 构的超静定次数越 多 . 结构所能形成 的塑性 此结构破坏只跟最薄弱层柱的强度和延性性 能有关 . 而与其它各层梁 铰位置越多 , 形成的备用传力途径越丰富 . 避免了应力集 中 , 结 构所表 柱的承载能力和耗能能力均 没有发挥作用 :当塑性 铰首先出现在梁 现 出的延性越好 . 因此超静定结构体系也是提高结构抗 连续倒 塌性 能 中. 部分梁端甚至全部梁端均 出现塑性铰时 . 结构仍 能继续承受外荷 的一个基本要求 简单地增加构件数 目并不能有效地提高结构的超静 载, 而只有当柱子也 出现塑性铰时 . 结 构此破坏 。 由两种塑性铰 出现 的 定性 , 而应通过采用连续梁体系 、 增加重力荷载承重构件 、 减 少大开间 部位情况可知 , 柱 中出现塑性铰 , 不易修复而且容易引起结构倒塌 : 塑 和转换结构使用 、 采用双向相交梁替换单 向梁 、 楼板 双向设计 、 增加 支 性铰出现在梁端 , 可以使结构在破坏前有较大的变形 而梁 的延性远 撑等手段来有效地提高结构的超静定性能 远大于柱 的延性 . 由于柱 为压 弯构件 . 较大 的轴压 比将使柱的延性下 框支结构及各类转换结构、 大跨度单 向结构等缺少足够的传力途 降, 而梁是受弯构件. 比较容易实现高延性要 求。 则在较合理的框架破 径导致 结构延 性较差 : 板柱结构在板 柱节点处宜受弯剪破坏 : 装配式 坏机制应是梁 比柱 的塑性屈服尽可能早发生和多发生 . 柱 的塑性铰 晚 结构连接部位容易失效 . 因此这几种结构体系均不宜用于抗连续倒塌 形成 , 各层柱子屈服顺序错开 , 尽量不要集 中于在某一层 这种 破坏机 要求高 的建筑 。 剪力墙结构 、 筒中筒结构及框剪结构f 剪力墙较多) 则具 制为我们常说的“ 强柱弱梁” 。延性设计应遵循 : 有 良好 的延性表现 . 其抗连续倒 塌性能也较高 1 ) 控制轴压比 : 2 . 4 构件及连接设计 2 ) 框架梁强剪弱弯 : 为了提高 延性 , 与抗震设计类 似 . 构件及连接 的设计应 采用梁绞 3 ) 梁底 、 梁顶钢筋 贯通 , 提高悬链线抗力 : 机制优 于柱铰机制 、 弯 曲( 压弯) 破坏优于剪切破坏 、 大偏压破坏优于小 4 ) 梁端箍筋加密 , 提高梁端转动能力 : 偏压破坏 、不允许核芯区破坏以及纵筋在核心 区的锚 固破坏 的原则 。 5 ) 加强节点锚固 , 悬链线机制的保证 : 建议参考现有设计规范对三级抗震框 架的要求 : 梁构件强调控制截面 6 ) 采用延性好的钢筋 : 尺寸和相对受压 区高度 、 减小受拉钢筋 配筋率 、 提高受压 区配筋率 、 加 7 ) 结构体系避免单跨框架结构体系 大梁端箍筋加密区要求 、 规定箍 筋的直径间距等 : 柱构 件则 强调控制 上述这些要求基本也是抗震设计中的要求 . 这也正从另一侧 面说 截面尺寸和最小纵筋配筋率 、 限定轴压 比、 保证箍筋配箍量 、 避免短柱 明了抗震设计对抗连续倒塌 的有益作用 尽管抗连续倒塌的延性要求 和超短柱 的出现等 ; 梁柱节点核芯区应配置足够箍筋 、 加强纵筋锚 同、 不同于抗震 的延性要求 , 但两者在提高延性的措施方 面却有很多相似 保证施 工过程 中的混凝土强度和密实性 之处 考虑到承重构件破坏后 . 靠近失效构件 的梁端 弯矩变号 . 梁底部 若无足够的受拉钢筋承受正弯矩的作用 . 则易产生较大位移或脆性破 2 提高延性的措施 坏, 无法形成梁悬链机制 , 所 以要求梁底筋应通 长布 ( 下转第 1 1构延性 ; 空 间刚度 ; 塑性 变形 ; 能量耗散 ; 内力重分布 ; 概念设计

钢筋混凝土框架结构抗震延性设计要求

钢筋混凝土框架结构抗震延性设计要求

钢筋混凝土框架结构抗震延性设计要求钢筋混凝土框架结构是一种常见的建筑结构系统,其地震性能是非常关键的,而抗震延性是钢筋混凝土框架结构的一个重要设计要求。

抗震延性是指结构在地震荷载作用下,能够发挥一定的变形能力,从而将地震能量以合理的方式耗散掉,降低破坏和损伤的程度。

以下是钢筋混凝土框架结构抗震延性设计的主要要求和原则。

1.设计强度要求:在进行抗震延性设计时,首先需要满足结构的强度要求,确保结构在地震荷载作用下能够承受足够的弯矩、剪力和轴向力。

强度的设计应符合国家规范的要求,保证结构在地震作用下不发生严重的破坏。

2.延性要求:延性是指结构在地震作用下能够有一定的变形能力,从而耗散地震能量。

钢筋混凝土框架结构的抗震延性设计要求结构具有足够的延性,能够承受地震时的大位移和变形,减少结构的刚性反应,降低地震作用所引起的内力和应力。

3.抗震设计刚度:在设计过程中,需要对结构的刚度进行合理的控制。

过刚的结构容易发生脆性破坏,而过软的结构则容易发生塑性破坏。

通过控制结构的刚度,能够在一定程度上提高结构的延性和抗震性能。

4.塑性铰的形成和能量耗散:由于钢筋混凝土框架结构材料的非线性特性,设计时通常会考虑结构发生塑性变形。

为了保证结构的抗震延性,需要合理设置塑性铰,通过其形成和变形来吸收地震能量。

塑性铰的设置需要考虑材料的延性和变形能力,以及结构的布局和构造形式。

5.剪力墙的合理设置:剪力墙是一种能够提供较高延性和抗震性能的结构构件。

在设计中合理设置剪力墙,能够提高结构的抗震延性和整体稳定性。

剪力墙的位置、厚度和布局应根据地震作用的大小和方向进行确定。

6.连接节点的设计:连接节点是结构中容易形成塑性变形的部位,也是结构抗震延性的重要组成部分。

连接节点应设计合理,并采用适当的构造措施,确保其在地震作用下能够承受较大的变形和能量耗散,避免发生脆性破坏。

7.构件的延性设计:钢筋混凝土框架结构中的构件延性也是影响结构整体延性的因素之一、梁、柱和楼板等构件在设计过程中需要考虑其延性和变形能力,确保其在地震荷载下具有较好的性能。

论延性钢筋混凝土结构设计要点

论延性钢筋混凝土结构设计要点
力 会 有 所 下 降 , 其 抗 震性 能反 而不 利 【 且 如 果 对 5 ] 。 采 用高 强 度 混 凝 土 ,于 目前 有 些施 工 单 位 的 施 工 水 平 受 限 , 实 上很 难 达 到 所 设计 的强 度 等 级 [ 事 6 1 。 钢 筋 的 变 形 直 接 影 响结 构 的 延性 ,为 使 结 构
好的弯曲破怀 ,而短柱则一般发 生延性较差 的斜 截面收件破坏 , 脆性破坏较矩形显著[ 5 1 。
3 钢 筋 混 凝 土 结 构 框 架 结构 抗 震 延 性 设 计
31 明确钢 筋 混 凝 土 框 架结 构 的 抗震 等 级 .
影 响地 震作 用及 结 构侧 移 大 小 的 因 素 :
式 中 :—— 构 件 的 应 变 、 面 的 曲率 、 件 和 结 构 6 截 构 的 转 角或 位 移 ;u 一 3,
121 材 料 延 性 ..
分 别 为屈 服 值 力 较 低 但 具 有 很 大 延 性 的结
材 料 延 性 是 指 材 料 的塑 性 变形 能 力 ,可 用材
料的本构关系特征参数来定义 :
/=J r  ̄ e s c
式中: 广一 材料 的屈服应 变 ; ——材 料强 度没 有显著降低 时的极限应变。
122 截 面 曲率延 性 ..
虑设计成抗震性能好 的延性结构[ 1 】 。
以弯 曲变形 为主 的构件进入 屈服 阶段 后 , 塑
性 铰 的转动能 力与单位长度上 苏醒转动 能 力 , 即
转 动 能 力 的 曲 率 延 性 直 接 相关 。 曲率 延 性 系 数 的
1 钢 筋混凝 土框 架 结构 的延性性 能
11 延 性 的概 念 .
计算式为 :

钢筋混凝土框架结构的延性设计

钢筋混凝土框架结构的延性设计

可 有效 地 防 止斜 裂 缝 过 早 出现 。减 轻 混
凝 土 碎 裂程 度 。这 实 质 上也 是 对 构 件 最 小 截面 尺 寸的要 求 。
破坏 ,柱 的纵 向受 力 钢 筋总 配 筋 率不 得
少于 1 % 、0 8 0 .%、0 7 %、0 6 %、 ( 相
应 于 一 、二 、三 、四级 抗 震 等 级 ),角
混 凝 土 框 架 强 柱 弱 梁 的概 念 设 计
由 于 梁 截 面 高 度 较 高 , 且 与 现 浇
楼板 组成 T 截 面 构 件 共 同工 作 ,形 成 形 强梁 弱 柱 ,导 致 柱 子破 坏 ,房 屋倒 塌 。
限 制 剪 压 比 即 梁 、 柱 截 面 的平 均 剪 应 力 ,使 箍 筋 数量 不 至 于 太 多 , 同 时 ,也
具 体 的 做 法
第 一 , 剪 跨 比限 制 。 剪 跨比 反映 柱
了构件 截 面 承 受 的 弯矩 与 剪 力 的相 对 大
小 。它是影 响柱极 限变形能 力的主要 因素 之 一 ,对 构 件 的破 坏 形 态 有 很重 要 的 影 响。 因此柱 的剪跨 比宜控 制在 2 以上。 0
是 框 架 梁 、柱 的薄 弱部 位 。 当框架 柱 断
面相 对 较 大 ,在 梁 端 箍筋 加 密 ,形 成 弯
技术创新 l I N TEP E r 1 DRN I - ]E0 [广 N ER RS -
LJ C TURE UL
钢 筋 混 凝 土框 架 结 构 的 延 性 设 计
文, 廖辉 “ 柱 弱 梁 ” 、 “ 剪 弱 弯 ”等 是 强 强 建筑 结构设计 中非 常重 要 的概 念。 简单地
在最后 失效 ,我们故意 把梁设计 成相对 薄 弱的环 节 ,使 其破坏在 先 ,以最 大限 度减

试论延性钢筋混凝土框架结构的设计要点及其意义

试论延性钢筋混凝土框架结构的设计要点及其意义
倒 塌倾 覆 。 二 、 架结构 震害 分析 框
通 过分 析历 次地震 震 害现象 我们 发现 , 在我 国及 其他 国家 的历次 地震 中 , 架结 构 的震 害情 况 总 框 体 上较 砌体 房屋 轻 , 是有 相 当数量 的框架 结构 发 生 了较严 重 的破 坏 , 要震 害现 象 表现 为 : 构 在 但 主 结 强震 下整体 倒塌 ; 结构 薄弱 层屈 服倒 塌 ; 端 出现塑性 铰 , 柱 未实 现“ 柱弱 梁” 服机 制 , 乎没有 看 到 强 屈 几 设 计 规范所 要求 的“ 柱 弱梁” 坏机 制 ; 强 破 梁柱节 点 区破坏 比较 普遍 ; 填充 墙不 合理设 置或 错层形 成 短 柱剪 切破坏 ; 充墙不 合理 设置 造成 结构 实 际层 刚度 不均 匀 , 填 导致底 部楼 层侧 移过 大 , 导致倒 塌 ; 并 围 护结 构和填 充墙 等非 结构 构件严 重 开裂 和破坏 。
避免 结构倒 塌 。结构 的延 性可 定义 为结 构在 承载力 无 明显 降低 的前 提下 发生 非弹性 变形 的能力 。结
构 的延性 反映 了结构 的 变形能 力 , 结构 的抗 震设 计 中 , 在 延性 的大小 已作 为衡 量结 构物抗 震能 力 强弱
的重 要标 准之 一 。


框架 结构 的特 点
好 的抗震 性能 , 设计 人员 应把握 以下原则 。
收 稿 日期 : 0 1一( 21 ) 5—2 5
作者简介 : 李静 娟 (9 9 , , 北唐 山人 。天 津 交通 职 业 学 院路 桥 系 高级 工程 师 , 士 学位 , 要 研 究 方 16 一) 女 河 硕 主
向 为 结 构 工程 。
李 静 娟
( 津交 通职 业 学院 , 津 市 3 0 1 ) 天 天 0 10

钢筋混凝土构件的延性与抗震

钢筋混凝土构件的延性与抗震

10.1.4位移延性系数
位移延性系数是结构或构件达到极限状态
时的总位移 u与其刚开始时位移y 之比,可表
示为:
u y
式中总位移u 等于屈服时的位移y 与屈服后所
产生的塑性位移 p 之和,即
u y p
下面以简单的竖向悬臂结构为例,导出屈服位移和极 限位移的计算方法,给出位移延性系数的表达式(图10-6)
螺旋箍筋对核芯区产生均匀分布的侧向压力,使混凝土处于
三向受压状态;矩形箍筋只对角隅处混凝土产生有效约束,
侧面混凝土有外凸的趋势,约束作用降低。因此配有螺旋箍
箍筋的构件,其延性好于配有矩形箍筋的构件。
也可以通过增加箍筋之间拉结改善核芯区混凝土约束条
件。另外箍筋间距对构件延性有着明显的影响,箍筋间距较
小的构件有着较高的延性。
极限变形 Du通常取最大荷载值持续到混凝土达极限压应变开始 卸载时的变形值,此变形对应的荷载值往往小于最大荷载。确定 Du 方法有两种,取最大承载力的0.85倍所对应的点为U点,或者取混凝
土达到极限压应变 cu =0.0033~0.0040所对应的点为U点。
10.1.3截面曲率延性系数
受弯构件适筋梁开始屈服和到达截面最大承载力时的截面应变及应 力分布图如图10-5所示。
D Du Dy
式中,Du 为截面或构件承载力没有明显降低情况下的极限变形;
Dy 为截面或构件开始屈服时的屈服变形。 图10-2为施力后理想弹塑性变形曲线,可以很方便地找到屈服
点Y和极限点U,从而确定 Dy 和 Du ,但钢筋混凝土构件不存在
理想的力—变形曲线。
确定Dy 常采用能量等值法和几何作图法,分别如10-3和10-4图所示。
滞回曲线充分反映了构件强度、刚度、延性 和耗能能力等方面的力学特征,是分析钢筋混凝 土结构抗震性能的重要依据。滞回环丰满程度及 所围面积表征构件耗能能力,在三种典型的滞回 曲线中,梭形耗能能力最强,弓形次之,反S形最 差。

试论延性钢筋混凝土结构的设计要点与其意义

试论延性钢筋混凝土结构的设计要点与其意义

试论延性钢筋混凝土结构的设计要点与其意义试论延性钢筋混凝土结构的设计要点与其意义摘  要:从结构延性的设计概念、具体措施等方面谈结构延性设计和其作用。

关键词:结构延性;作用中图分类号: TU37文献标识码: A随着我国国民生产能力的逐年增强,经济水平不断提升,以及“以人为本”的和谐社会的理念的不断深入人心,人们对住房的产品品质的要求不断提升。

尤其是住房的安全性提出了更高的要求。

加之近年来全球进入地质活动的多发期,世界各地的地质灾害频发,我国也在08年发生了汶川特大地震,使得目前我国的建筑结构的延性设计进入了前所未有的发展高峰,在这里,就我个人的设计经验简单谈一下关于延性设计的具体思路。

延性设计应着重从三个大方面来进行控制:第一个是“塑性铰”的实现。

即是我们通常所说的“强柱弱梁”,选定合适的塑性变形体系,就可以精确地确定变形时能量耗散部位。

“塑性铰”的具体措施是指在现对于梁而言人为的增加柱的抗弯能力,在外力下,框架中塑性铰要出现在梁上,不允许出现在柱上或梁的跨中,梁的跨中出现塑性铰将导致局部破坏。

在梁端的塑性铰必须具有延性,才能使结构在形成机构之前,可以抵抗外荷载并具有延性。

    在框架结构中,塑性铰出现的位置或顺序不同,将使框架结构产生不同的破坏形式。

柱中出现塑性铰,不易修复而且容易引起结构倒塌;而塑性铰出现在梁端,却可以使结构在破坏前有较大的变形,吸收和耗散较多的地震能量,因而具有较好的抗震性能。

调查发现,地震破坏都发生在柱中,破坏较严重;此外,梁的延性远大于柱的延性。

这是因为柱是压弯构件,较大的轴压比将使柱的延性下降,而梁是受弯构件,比较容易实现高延性比要求。

因此,较合理的框架破坏机制应是梁比柱的塑性屈服尽可能早发生和多发生,底层柱柱根的塑性铰较晚形成,各层柱子的屈服顺序应错开,不要集中在某一层。

这种破坏机制的框架,就是强柱弱梁型框架。

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论延性钢筋混凝土结构的设计要点及其意义
在现代房屋结构设计中,延性研究越来越显得重要,钢筋混凝土结构延性的研究是塑性设计方法和抗震设计理论发展的基础。

所谓延性是指材料、构件和结构在荷载作用下,进入非线性状态后在承载能力没有显著降低情况下的变形能力。

描写延性常用的变量有:材料的韧性,截面的曲率延性系数,构件或结构的位移延性系数,塑性铰转角能力,滞回曲线,耗能能力等。

试验和非线性计算分析表明:构件的结构的破坏由受拉钢筋引起的,常表现出良好的延性,如适筋梁、大偏心受压柱等;而破坏由混凝土拉断、剪坏和压溃控制的常表现为脆性,如素混凝土板、超尽梁、地震作用下剪切破坏的短柱等。

在地震作用下,混凝土结构或构件的破坏可分为脆性破坏和延性破坏两种,其中脆性破坏的危害时非常大的,设计上是一定要避免的,而延性破坏时指构件承载力没有显著降低的情况下,经历很大的非线性变形后所发生的破坏,在破坏前能给人以警示。

钢筋混凝土结构的各类构件应具有必要的强度和刚度,并具有良好的延性性能,避免构件的脆性破坏,从而导致主体结构受力不合理,地震时出现过早破坏。

因此,可以采取措施,做好延性设计,防止构件在地震作用下提前破坏,并避免结构体系出现不应有的破坏。

目前,结构抗震设计的基本原则是:“ 小震不坏,中震可修,大震不倒”。

如果把建筑物设计成在强烈地震作用下仍呈弹性反应,那么建筑物的造价将是十分昂贵的。

把建筑物设计成在强烈地震作用下呈非线性反应,进入屈服状态,靠结构的延性耗散地震能量,从而度过灾难而不倒塌,建筑物的造价比前者大大降低。

此外,结构的延性也是建筑物遇到意外超载、碰撞、爆炸和基础沉降等引起超过设计预计的内力和变形是而不突然倒塌的保证。

我们在设计中如何保证结构的延性,我认为主要从以下几个方面解决:
(1)轴压比限值:柱的轴压比是影响框架结构延性的重要因素。

柱的延性随轴压比增大而减小,轴压比超过界限值将发生小偏压脆性破坏。

在抗震设计中应控制柱的轴压比不超过限值,使其发生大偏压破坏并具有一定延性。

规范规定,对于框架柱相应于一、二、三级抗震时,轴压比限值分别为0.7、0.8、0.9。

这里规定的轴压比限值系指柱轴压力设计值与柱轴压承载力设计值得比值。

(2)纵筋的构造要求:梁的延性随截面受压区高度减小而增大,一般截面受压区高度χ=0.35∶0.20ho时,位移延性系数相应为3~4。

所以规范规定,一级抗震等级时,χ≤0.25ho,二、三级抗震等级时,χ≤0.35h0,并且要求受压钢筋与受拉钢筋之比控制在一定范围内,即A' s≥0.5As(一级抗震),A' s≥0.3As(二级抗震)。

为防止过多的纵向受拉钢筋在地震中使梁产生粘结劈裂破坏,规范还规定ρs≤2.5%。

在地震作用下,梁的反弯点变化很难准确预计,所以应有足够数量的钢筋贯通梁的上、下部。

同时将梁的最小配筋率比非地震作用时的规定予以提高。

为防止地震作用下柱子少筋脆性破坏和超筋粘结劈裂破坏,柱的纵向配筋率不得少于0.8%、0.7%、0.6%、0.5%、(相应于一、二、三、四级抗震等级),角柱的上述限值相应提高0.1%;柱的纵向配筋率最大间距不宜超过200 mm。

(3)箍筋的构造要求:箍筋不仅提供构件和节点的抗剪能力,确保“强柱弱梁”和“强节点”设计目标的实现,同时还对梁、柱塑性铰区混凝土和受压钢筋提供约束作用,延缓塑性铰的破坏过程,从而改善结构的延性和耗能能力。

梁和柱的剪切破坏区和弯压塑性铰区均发生在构件的两端,因此应对构件两端的箍筋加密设置。

加密区的构造要求包括加密区的长度、箍筋最小直径、最大间距和最小体积率的规定。

同时规范还规定了箍筋延构件全长的最小体积率以及节点的最小体积率。

其中柱加密区和节点的箍紧最小体积率除与抗震等级有关外,还与柱的轴压比和箍筋的类型有关。

抗震等级高要求的最小体积率高、轴压比高要求的最小体积率高,采用普通箍筋比采用螺旋箍筋要求的体积率高。

对于一级抗震的角柱在地震作用下可能伴随扭转作用,Hn/h 小于4 的框架柱可能产生剪切破坏,这两种情况需要在全长加密
箍筋。

可见箍筋的构造规定是保证“大震不倒”设计目标实现的最重要的措施。

综上所述,在实际工程中进行延性设计有重大的意义,主要有以下几个方面:
第一,破坏前有明显预兆,破坏过程缓慢,确保生命安全,减少财产损失,因而可采用偏小的计算安全可靠度。

第二,出现非预计荷载,例如偶然超载,荷载反向,温度升高或基础沉降引起附加内力等情况下,有较强的承受和抗衡能力。

而这些因素在设计中一般是未予考虑的,因此延性材料的后期变形能力可作为出现上述情况的安全储备。

第三,有利于实现超静定结构的内力充分重分布。

延性结构容许构件的某些临界截面有一定的转动能力,形成塑性铰区域,产生内力重分布,从而使钢筋混凝土超静定结构能够按塑性方法进行设计,得到有利的弯矩分布,使配筋合理,节约材料,而且便于施工。

第四,在承受动力作用(如振动、地震、爆炸等)情况下,能减小惯性力,吸收更大动能,降低动力反应,减轻破坏程度,防止结构倒塌以及有利于修复。

第五,延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。

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