结构延性与抗震设计

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增强结构延性是提高建筑抗震性能的重要措施，所以地震区的建筑结构应设计成延性结构。为了合理提高抗震结构的延性性能，应对抗震概念设计和构造措施予以重视，合适的概念设计和构造措施对结构的延性起着至关重要的作用，探讨了延性结构在地震作用下的反应机理，同时提出了一些概念设计的方法和相关的构造措施，以保证整个建筑物实现抗震设防，达到“三水准”的设计要求。

　　结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形，因此，地震作用下，结构的延性与结构的强度具有同等重要的意义。地震力降低系数对设防烈度地震作用的整体降低实际上决定了结构的屈服水准和对结构延性需求的大小。目前，能力设计法已为各国普遍接受，通过能力设计法，形成合理的耗能机制，使塑性铰出现在延性易于保证的部位；确保结构在未达到所需要的延性前不至于发生剪切失效；并通过细部构造措施来保证延性的充分发挥。

结构的延性与抗震

　　一、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烈度时，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。

　　二、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：