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1、混凝土结构抗震性能及设计讲要点混凝土结构抗震性能及设计讲要点1 1 抗震结构和无抗震要求的结构对构件性能要求的主要区别抗震结构和无抗震要求的结构对构件性能要求的主要区别如讲义第一部分已经指出的，若以一个弹性单自由度体系为例，通过动力分析可知，它在一条地震地面运动加速度时程的输入下形成的位移反应时程例如具有下图所示特点，即由位移交替变化形成的反应过程是一个基本保持结构原有自振周期的振幅随机变化的结构变形过程。也可理解为，这个反应时程是由动力学分析在考虑结构各项动力特征后得出的，但从研究结构反应性能的角度则可把它看成一个多次交替变形的过程，该过程的主要特点是：（1）若结构始终处于弹性阶段变形是正、
2、反向交替变化的；振幅是在某个可预计的最大值之间随机变化的；交替变形是多次重复的。（2）若结构在较强地面运动下反应位移超过一定界限，结构就会在超限后进入屈服后的变形状态，这时结构的位移反应过程除上述弹性阶段特点外，还会表现以下特点：进入屈服状态后结构侧向刚度将突然变小，根据结构动力学，周期将变长；从弹性加速度反应谱可以知，反应加速度会变小；当结构由屈服后变形状态转为向相反方向振动时，只有弹性变形能够恢复，塑性变形不能恢复；不能恢复的塑性变形体现的能量已在其变形中被耗散，即转化成热能散入周围环境。1acc(g)0.5t(s)00-0.510203040-1加速度时程(a)1994 年 1 月美国
3、Northridge 地震 74Sylmar-Converter Sta台站记录2acc(g)1t(s)00-11.691反应时程 T=1.1=0.0551015202530-2-23-(b)=0.05，Tn=1.1s 的单自由度体系的位移反应时程图 2-1 弹性单自由度体系在一条地面运动输入下的位移反应时程由于强地震是偶发事件，为了节约抗震设防追加的投入，但又要使结构具有所需的抵御能力，各国在一般性建筑结构设计中均允许具有塑性变形能力的结构体系（延性结构体系）中的指定部位在较强地面运动下反应位移超过一定界限后进入屈服后变形状态。在非抗震结构设计中也要了解结构构件“屈服后”或“临近承载能力极限
4、状态”的性能，但其着眼点在于：（1）区分延性失效和脆性失效，以分别采取不同的可靠性（安全性）措施（延性构件取用的可靠指标较小，脆性构件取用的偏大）；在钢筋混凝土结构中则体现为对以钢筋先受拉屈服为失效标志的构件（如适筋梁正截面、大偏压柱正截面）取值较小，对以混凝土压溃为失效标志的构件（如轴压弱约束柱）则取值较大。（2）把受拉钢筋屈服视为延性构件失效过程的起点。研究屈服后性能也是为了寻找计算截面最大承载能力的方法。从总的来看，对非抗震构件，我们把注意力放在了它在屈服前的性能上，结构构件受力后的主要工作状态处于屈服前状态（从抗震性能研究角度常把屈服前状态视为“准弹性状态”（对钢筋混凝土结构）或“弹性
5、状态”（钢结构）。之所以说屈服前的梁、柱、墙类构件是处在“准弹性状态”是因为在受拉钢筋屈服前构件早已开裂，受压区混凝土的关系也已表现出一定的非弹性性质，因此严格来说已经是非弹性的。但与屈服后发生的更大的塑性变形相比，这种非弹性又相对较弱，所以也可以近似视为“弹性”。而由于抗震结构要求实现“中震可修、大震不倒”，故对于抗震结构中指定要进入屈服后受力状态的构件或内力作用方式（这里的内力作用方式例如是“梁的受弯”、“梁的受剪”、“柱的受剪”等），就需要把更多的注意力放在：（1）延性构件进入屈服后状态（以受拉钢筋屈服为标志）直到完全失效的受力表现；（2）在这种状态下正、反向交替受力的表现以及耗能能力；（3）多次交替受力条件下构件的损伤累积特征及刚度逐步退化特征。对于因延性不好而在抗震设计中要着力防止它在延性构件发挥必要的塑性变形能力之前失效的构件或内力作用方式（如延性不好的柱以及一般梁、柱、墙中的抗剪），则也要充分了解它们在反复变形和损伤累积的条件还有多么大的承载能力（多次反复变形下的承载能力通常比一次静力受力时要明显偏小），以便在设计中通过对这些构件的严格承载能力要求来防止它在延性构件发挥所需塑性变形能力之前失去承载能力。-24-