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《結(jié)構(gòu)延性與抗震設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、結(jié)構(gòu)延性與抗震設(shè)計(jì)7結(jié)構(gòu)延性與抗震設(shè)計(jì)7結(jié)構(gòu)延性與抗震設(shè)計(jì)7結(jié)構(gòu)延性與抗震設(shè)計(jì)7結(jié)構(gòu)延性與抗震設(shè)計(jì)7一、結(jié)構(gòu)在地震下的主要特點(diǎn)地震以波的形式從震源(地面上的相對(duì)位置稱震中)向周圍快速傳播,通過(guò)巖土和地基,使建筑物的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不規(guī)則的往復(fù)振動(dòng)和激烈的變形。結(jié)構(gòu)在地震時(shí)發(fā)生的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)稱為地震反應(yīng),包括位移、速度、加速度。同時(shí),結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生很大的內(nèi)力(應(yīng)力)和變形,當(dāng)它們超過(guò)了材料和構(gòu)件的各項(xiàng)極限值后,結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)各種不同程度的破壞現(xiàn)象,例如混凝土裂縫,鋼筋屈服,顯著的殘余變形,局部的破損,碎塊或構(gòu)件墜落,整體結(jié)構(gòu)傾斜,甚至倒塌
2、等等。在震中區(qū)附近,地面運(yùn)動(dòng)的垂直方向振動(dòng)激烈,且頻率高,水平方向振動(dòng)較弱;距震中較遠(yuǎn)處,垂直方向的振動(dòng)衰減快,其加速度峰值約為水平方向加速度峰值的1/2~1/3.因此,對(duì)地震區(qū)的大部分建筑而言,水平方向的振動(dòng)是引起結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈反應(yīng)和破壞的主要因素。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下受力性能的主要特點(diǎn)有:1、結(jié)構(gòu)的抗震能力和安全性,不僅取決于構(gòu)件的(靜)承載力,還在很大程度上取決于其變形性能和動(dòng)力響應(yīng)。地震時(shí)結(jié)構(gòu)上作用的“荷載”是結(jié)構(gòu)反應(yīng)加速度和質(zhì)量引起的慣性力,它不像靜荷載那樣具有確定的數(shù)值。變形較大,延性好的結(jié)構(gòu),能夠耗散更多的地震能量
3、,地震的反應(yīng)就減小,“荷載”小,町能損傷輕而更為安全。相反,靜承載力大的結(jié)構(gòu),可能因?yàn)閯偠却?、重量大、延性差而招致更?yán)重的破壞。2、屈服后的工作階段——當(dāng)發(fā)生的地震達(dá)到或超出設(shè)防烈度時(shí),按照我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范的設(shè)計(jì)原則和方法,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般都將出現(xiàn)不同程度的損傷。構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)受力較大處普遍出現(xiàn)裂縫,有些寬度較大;部分受拉鋼筋屈服,有殘余變形;構(gòu)件表面局部破損剝落等。但結(jié)構(gòu)不致倒塌。3、“荷載”低周的反復(fù)作用——地震時(shí)結(jié)構(gòu)在水平方向的往復(fù)振動(dòng),使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力(主要是彎矩和剪力,有時(shí)也有軸力)發(fā)生正負(fù)交變。由于地震的時(shí)間不長(zhǎng)且結(jié)構(gòu)具有阻尼
4、,荷載交變的反復(fù)次數(shù)不多(即低周)。所以,必須研究鋼筋混凝土構(gòu)件在低周交變荷載作用下的滯回特征。4、變形大——地震時(shí)結(jié)構(gòu)有很大變形。例如橋墩的側(cè)向位移等。一方面對(duì)結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生不利影響,如柱的二階(P—A)效應(yīng),增大附加彎矩,甚至引起失穩(wěn)或傾覆,構(gòu)造縫相鄰結(jié)構(gòu)的碰撞等;另一方面造成非結(jié)構(gòu)部件的破損,橋梁上部結(jié)構(gòu)的脫落等破壞。故抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要控制其總變形。二、單調(diào)荷載下的延性1、材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的延性通常定義為在初始強(qiáng)度沒(méi)有明顯退化情況下的非彈性變形的能力。它包括兩個(gè)方面的能力:(1)承受較大的非彈性變形,同時(shí)強(qiáng)度沒(méi)有明顯下降的能
5、力。(2)利用滯回特性吸收能量的能力。圖10-1的廣義力一變形(9—D)曲線可以概括地說(shuō)明延性的概念。其中一條曲線在經(jīng)過(guò)彈性變形、塑性應(yīng)變之后在硬化充分發(fā)展后軟化;而另一條在達(dá)到其承載能力之后沒(méi)有或幾乎沒(méi)有硬化過(guò)程而直接軟化,有明顯的尖峰。前者稱為延性而后者稱為脆性。在實(shí)際工程中判斷結(jié)構(gòu)的脆性或延性有重大的意義,可從延性結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性加以說(shuō)明:(1)破壞前有明顯預(yù)兆,破壞過(guò)程緩慢,因而可采用偏小的計(jì)算安全可靠度。(2)出現(xiàn)非預(yù)計(jì)荷載,例如偶然超載,荷載反向,溫度升高或基礎(chǔ)沉降引起附加內(nèi)力等情況下,有較強(qiáng)的承受和抗衡能力。(3)有利
6、于實(shí)現(xiàn)超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力充分重分布。(4)在承受動(dòng)力作用(如振動(dòng)、地震、爆炸等)情況下,能減小慣性力,吸收更大動(dòng)能,減輕破壞程度,有利于修復(fù)。(5)延性結(jié)構(gòu)的后期變形能力,可以作為各種意外情況時(shí)的安全儲(chǔ)備。2.延性指標(biāo)在利用延性特性設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)時(shí),首先必須確定度量延性的量化指標(biāo)。衡量結(jié)構(gòu)和材料的延性一般用延性系數(shù),其定義為:在保持結(jié)構(gòu)或材料的基本承載能力的情況下,極限變形0u和初始屈服變形D,的比值,即:當(dāng)廣義變形D定義為具體物理量時(shí),就有相應(yīng)的延性系數(shù),如截面曲率延性系數(shù)^/P\構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的位移延性系數(shù)B、轉(zhuǎn)角延性系數(shù)B等,則:
7、最常用的是曲率延性系數(shù)(也稱曲率延性比)和位移延性系數(shù)(也稱位移延性比)。曲率延性系數(shù)通常用于反映構(gòu)件臨界截面的相對(duì)延性,位移延性系數(shù)則用于反映構(gòu)件局部或結(jié)構(gòu)整體的相對(duì)延性。一般認(rèn)為鋼筋混凝土抗震結(jié)構(gòu)要求的延性系數(shù)為B=3-4.三、延性在抗震設(shè)計(jì)中的重要性及其作用在我國(guó)現(xiàn)在的多高層建筑中,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為普遍,其中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是最常用的結(jié)構(gòu)形式。因?yàn)槠渚哂凶銐虻膹?qiáng)度、良好的延性和較強(qiáng)的整體性,目前廣泛用于地震設(shè)防地區(qū)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能,然而未經(jīng)合理設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)會(huì)在地震作用下產(chǎn)生較嚴(yán)重的震害。結(jié)構(gòu)
8、抗震的本質(zhì)就是延性,延性是指構(gòu)件和結(jié)構(gòu)屈服后,在承載能力不降低或基本不降低的情況下,具有足夠塑性變形能力的一種性能,一般用延性比來(lái)表示。對(duì)于受彎構(gòu)件來(lái)說(shuō),隨著荷載增加,首先受拉區(qū)混凝土出現(xiàn)裂縫,表現(xiàn)出非彈性變形。然后受拉鋼筋屈服,受壓區(qū)高度減小,受壓區(qū)混凝土壓碎