延性

钢筋混凝土结构延性的分析张一（山东科技大学，山东青岛 266590）摘要：结构的延性反映了其塑性变形和消耗地震能的能力，在地震作用下，结构的延性和强度具有同等重要的意义。

确保结构有足够的延性是提高建筑抗震性能的重要举措。

从定义、计算、影响因素、保证措施等几个方面论述了钢筋混凝土结构的延性，以期在钢筋混凝土结构的抗震设计中提供理论依据。

关键词：延性；钢筋混凝土结构；变形；抗震引言建筑物的抗震能力和安全性，不仅取决与构件的静承载力，还在很大程度上取决于其变形性能和动力响应，以及结构吸收和耗散能量的多少，也就是说结构的抗震能力是由承载能力和变形能力两者共同决定的，承载能力较低但具有很大延性的结构，所能吸收的能量多，虽然较早出现损坏，但能经受住较大变形，避免倒塌，而仅有较高强度，却无塑性变形能力的脆性结构，吸收的能量少，一旦遇到超过设计水平的地震作用时，很容易因为脆性破坏而突然倒塌，带来巨大的生命财产损失。

因此，地震多发区的建筑物应优先考虑设计成抗震性能好的延性结构。

1 定义结构的延性是指结构的承载能力无明显降低，发生非弹性变形的能力[2]。

结构的延性反映了结构的变形能力，是防止结构在地震作用下倒塌的关键因素之一。

对于受弯构件来说，随着荷载增加，受拉区混凝土出现裂缝，表现出非弹性变形。

然后受拉钢筋屈服，受压区混凝土压碎，构件宣告破坏。

从受拉钢筋屈服到构件破坏这一过程中，构件的承载力没有发生多大的变化，但其变形能力决定了破坏的性质。

如果这种后期非弹性变形能力很大，延性就越好，其破坏成为延性破坏；反之，延性就差，成为脆性破坏[3]。

图1显示了钢筋混凝土受弯构件在两种破坏形式下的荷载-挠度曲线。

图1 受弯构件的荷载-挠度曲线Fig.1 Load-deflection curve of flexural member对于钢筋混凝土结构而言，延性概念的理解可分为三个层次：首先为截面的延性，其大小取决于破坏的形式（剪切破坏还是弯曲破坏），弯曲破坏时截面的延性取决于受压区高度的大小，受压区高度越小截面的转动就越大、截面的延性就越好；其次为构件的延性，其大小取决于构件的约束条件、塑性铰的出现次序和截面的延性；最后是结构的延性，其大小取决于构件的延性和构件的强度对比。

钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。

结构抗震的本质就是延性,提高延性可以增加结构抗震潜力,增强结构抗倒塌能力。

为了利用结构的弹塑性变形能力耗散地震能量,减轻地震作用下结构的反应,应将钢筋混凝土框架结构设计成延性框架结构。

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。

参考文献：1 前言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。

对于建筑结构系统来说，一方面，钢筋混凝土构件的功能依赖于整体结构系统功能，任何构件一旦离开整体结构，就不再具有它在结构系统中所能发挥的功能；另一方面，构件又影响整体结构系统的功能，任何构件一旦离开整体结构，整体结构丧失的功能不等于该构件在结构系统中所发挥的功能，可能更大，也可能更小。

在地震作用下，有可能由于部分构件的破坏乃至退出工作，整个结构体系会因此破坏，这里的部分构件包括了结构构件以及非结构构件。

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。

结构的延性是在外力作用下,结构超过弹性阶段后,其承载能力无显著下降的情况下,结构的后期非弹性变形能力。

结构中某一构件的延性也是如此。

对于受弯构件来说,随着荷载增加,首先受拉区砼出现裂缝,表现出非弹性变形。

然后受拉钢筋屈服,受压区高度减小,压区砼压碎,构件最终破坏。

从受拉钢筋屈服到压区砼压碎,是构件的破坏过程。

在这过程中,构件的承载能力没有多大变化,但其变形的大小却决定了破坏的性质。

如果这种后期非弹性变形能力很大,延性就好,其破坏称为延性破坏(或塑性破坏);相反,延性就差,属于脆性破坏。

讨论延性的必要性我国是世界上多地震国家之一,大部分国土面积属于地震区,因此防震抗震是一项基本国策。

发生地震时,作用于建筑结构上的是一种低周期的交变循环的荷载。

其荷载值接近于结构构件的极限荷载,但反复循环的次数不多。

这种地震作用与静力荷载对结构受力及变形的影响是不同的。

结构的地震作用与结构刚度密切相关,塑性变形可使结构刚度降低,因此有较好延性的结构受到的地震作用比弹性结构小得多。

如果一个结构采用没有延性的构造型式,那么在设计中就必须使结构具有承受极大的地震作用的能力(如加大构件截面尺寸或提高材料的强度等级),这显然是很不经济的。

为此, 抗震设计规范规定,对于抗震结构,允许其在强烈的地震作用下发生一定程度结构性破坏。

延性可以使结构的某些部位进入弹塑性范围内工作,通过某些构件的变化吸收地震能量,产生局部损坏,但整个结构不致倒塌。

因此,抗震设计中强度并不是唯一的安全准则,可以说延性和强度是同等重要的。

此外,延性可以使超静定结构的内力得以充分重分布。

采用塑性内力重分布方法设计时,可以节约钢筋用量,取得较好的经济效果。

提高构件延性的措施1)减小受拉钢筋的配筋率。

μ愈小,ξ愈大,构件延性愈好,因砼是脆性材料,其破坏是突然发生的。

因此几乎所有的实用规范都建议应将受弯构件设计成适筋构件,使其在破坏前具有足够的预兆。

即满足μ<μmax。

结构延性：结构依靠自身的塑性变形耗散地震能量，从而减轻震害的性能。

结构延性有三个层面的含义：（1）、结构总体延性。

一般用结构的弹性层间位移角与弹塑性层间位移角表达。

（2）、截面延性（3）构件延性。

一般来说，对截面延性的要求高于对构件延性的要求，对构件延性的要求高于对结构延性的要求。

截面延性系数分为曲率延性系数、位移延性系数和转角延性系数。

位移延性系数=结构的极限位移/结构的屈服位移；曲率延性系数=截面的极限曲率/截面的曲阜曲率；转角延性系数=截面达到极限状态时的转角θu与截面开始屈服时的转角θy的比值。

曲率延性系数只表示某一截面的延性，而位移延性系数和转角延性系数则反应的是构件的宏观延性反应，与构件的长度有密切关系。

一般认为钢筋混凝土抗震结构要求的延性系数为3-4。

结构或构件的延性要求不是通过计算确定的，而是通过一系列的构造措施实现的。

结构要保证足够的延性，必须按照规范、规程所规定的不同抗震等级采取相应构造措施。

不同的构件延性有不同的构造要求，规范各有规定，不再列举规范条文：1、延性框架梁梁是钢筋混凝土框架的主要延性耗能构件。

影响梁的延性和耗能的主要因素有：破坏形态，截面混凝土相对压区高度等。

我们设计时，首先要实现弯曲破坏，避免剪切破坏，限制最大剪力设计值，实现强剪弱弯。

剪压比限值也是确定梁最小截面尺寸的条件之一。

在满足截面高度要求的基础上，设计时应限制受拉钢筋，不出现可能引起脆性破坏的少筋梁和超筋梁；同时，配置受压钢筋，减小混凝土受压区高度，以增大其延性。

对梁端，在地震往复作用下，不仅有竖向裂缝，还有斜裂缝。

为使塑性铰区具有良好的塑性转动能力，同时为了防止混凝土压溃前受压钢筋过早压屈，在梁的两端必须设置箍筋加密区。

另外设计中可以采取措施使塑性铰外移，将塑性铰从柱面移开一定距离，避免梁端钢筋屈服后向核心区发展，引起粘结破坏。

具体措施可采用增加梁端的纵向钢筋，或增加梁端高度，提高梁端受弯及受剪承载力。

混凝土结构延性问题及其提高措施研究王雅超ꎬ高㊀闻(山东科技大学土木工程与建筑学院ꎬ山东㊀青岛㊀２６６５９０)收稿日期:２０１８－１１－１４作者简介:王雅超(１９９４－)ꎬ女ꎬ山西吕梁人ꎬ硕士研究生ꎬ主要研究方向:结构工程ꎮ通信作者:高闻(１９９２－)ꎬ男ꎬ山东邹城人ꎬ硕士研究生ꎬ主要研究方向:结构工程ꎮ摘㊀要:混凝土结构的延性反映了结构的塑性变形能力和抗震耗能能力ꎮ本文研究了提高钢筋混凝土结构延性的措施㊁抗震措施及结构的破坏形式ꎬ指出采用合理的结构形式可以提高结构的整体性ꎬ增强结构的延性ꎮ延性是保证结构整体承载能力㊁充分发挥结构冗余潜力的重要条件ꎮ合理的抗连续倒塌设计可以通过大变形吸收和耗散初始破坏释放的能量ꎮ此外ꎬ较大的塑性变形可以使结构具有足够的延性ꎬ更好地实现内力的重分布ꎮ关键词:混凝土ꎻ延性ꎻ塑性中图分类号:ＴＵ３７５ ４文献标志码:Ａ文章编号:１６７２－４０１１(２０１９)０４－００７９－０２ＤＯＩ:１０ ３９６９/ｊ ｉｓｓｎ １６７２－４０１１ ２０１９ ０４ ０３６０㊀前㊀言高层建筑能抵抗大地震必须具备以下一个或两个条件:足够的强度和抗震能力或足够的延性和耗能ꎮ因此ꎬ混凝土结构的延性是提高结构抗震性能的重要措施ꎮ混凝土延性设计是为了减少结构在外力作用下的损伤程度ꎬ提高建筑抗震能力ꎬ对用户安全具有重要意义ꎮ１㊀混凝土结构延性概念１ １㊀概念和要求混凝土结构的延性是指变形能力的大小ꎬ根据不同的变形形式可分为剪切变形㊁扭转变形和弯曲变形(一般我们所指的延性即为弯曲变形)ꎬ评价弯曲变形最常用的指标包括最大挠度和截面曲率ꎮ影响混凝土结构延性的主要因素是配筋率ꎮ当然ꎬ要保证混凝土结构的抗弯延性ꎬ可以进行 强剪弱弯 的设计ꎮ延性越大则说明塑性变形能力越强ꎬ也就是有足够的能力吸收和耗散地震能量ꎬ能有效地避免结构倒塌ꎻ相反ꎬ延性小则说明变形能力弱ꎬ破坏形式为脆性破坏ꎬ导致结构倒塌ꎮ结构延性包括结构位移延性㊁材料延性㊁截面曲率延性和构件位移延性ꎮ图１为结构荷载－位移曲线ꎮ图１㊀结构荷载－位移曲线１ ２㊀混凝土结构都应设计成延性结构三水准(即 小震不坏㊁中震可修㊁大震不倒 )的抗震设计原则是指在抗震设防烈度的作用下ꎬ允许出现塑性铰ꎬ即 中震可修 ꎮ在大地震破坏条件下ꎬ合理控制塑性铰可获得延性ꎬ即 大震不倒 ꎮ延性结构的塑性变形能耗散地震能量ꎬ虽然结构变形会增加ꎬ但内力不会很大ꎬ构件的承载力也不会很高ꎮ换句话说ꎬ延性结构的抗震能力取决于其变形能力ꎬ而不是承载能力ꎮ２㊀混凝土结构延性设计的重要性２ １㊀强柱弱梁强柱弱梁即保证框架结构梁端先出现塑性铰ꎬ柱端后出现塑性铰ꎮ塑性铰有足够的转动能力继续承受分压ꎬ从而保证框架结构具有快速的塑性能消耗地震能量ꎮ合理布置梁端钢筋满足配筋要求ꎬ同时提高柱端配筋率ꎬ保证梁端产生塑性铰ꎮ２ ２㊀强剪弱弯当发生剪切破坏时ꎬ构件失去抗震能力ꎬ停止工作ꎮ如果首先发生剪切破坏ꎬ可能会造成局部破坏甚至整个结构的倒塌ꎮ因此ꎬ为了防止脆性剪切破坏ꎬ有必要强调 强剪切㊁弱弯曲 的原则ꎬ即梁柱斜截面承载力大于正截面承载力ꎮ在«建筑抗震设计规范»(ＧＢ５００１１ ２０１０)中ꎬ根据不同抗震等级的抗震性能和 强剪弱弯 的原则ꎬ将设计值的梁柱截面抗剪承载力乘以相应的放大系数ꎮ２ ３㊀强节点强锚固节点是梁和柱的共同组成部分ꎮ节点失效是指与节点连接的柱梁同时失效ꎮ换句话说ꎬ塑性铰首先出现在梁的末端ꎬ塑性铰梁末端形成的基本前提是保证梁纵向钢筋锚固连接区域的稳定性和可靠性ꎮ因此ꎬ对强节点和强锚固进行延性设计是必要的ꎮ为防止剪切破坏和钢筋锚固破坏ꎬ节点的设计应遵循准边缘原则:节点的承载力不小于连接构件的承载力ꎻ地震时间点在弹性范围内工作ꎻ在罕遇地震中ꎬ承载力的降低不应危及竖向荷载的传递ꎮ梁和柱的纵向钢筋应牢固地固定在关节处ꎮ除了这三个原则ꎬ影响延性设计的因素还包括材料强度㊁轴压比㊁箍筋比和剪切跨度比ꎮ因此ꎬ必须遵循延性设计原则ꎮ３㊀提高混凝土延性的措施３ １㊀合理结构布置框架结构的布置应整齐㊁对称ꎬ结构的横向和竖向刚度应均匀ꎬ以避免横向刚度和承载能力的突然变化ꎮ３ ２㊀强剪弱弯利用剪力增量系数提高梁端㊁柱端㊁梁柱节点的剪切设计值ꎬ并对剪切控制截面的剪切条件和剪切承载力进行校核和设计ꎬ限制截面尺寸ꎬ使得构件不具有斜压型脆性破坏ꎬ从而达到提高结构延性的目的ꎮ３ ３㊀ 梁柱铰接机构为确保 梁柱铰接机构 结构体系的实施ꎬ即 强柱弱９７梁 的设计ꎬ«建筑抗震设计规范»(ＧＢ５００１１ ２０１０)中规定ꎬ在地震作用下ꎬ抗震等级为一级的框架结构及９度设防时柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求:ðＭＣ＝１ ２ðＭｂｕａ３ ４㊀构造措施１)控制柱轴压比和柱纵筋的最大配筋率ꎬ达到受拉钢筋屈服时受压混凝土破坏模式的限制ꎮ通过控制混凝土受压区高度ꎬ抗震等级为一级时梁应不小于０ ２５ꎬ二级和三级时梁应不小于０ ３５ꎬ梁纵筋的最大配筋率应小于２ ５％ꎬ梁端顶面和底面配筋面积的比值:抗震等级为一级时ꎬ不应小于０ ５ꎬ二㊁三级不应小于０ ３ꎬ其目的是提高梁柱塑性铰范围内的转动能力ꎮ２)在约束箍筋和配筋形式规范中详细规定了箍筋的最小直径㊁最大间距和长度(塑性铰链区域的最小长度)ꎬ并对箍筋的肢距和箍筋形式提出了相应的要求ꎮ３)强锚固:«混凝土结构设计规范»(ＧＢ５００１０ ２０１０)中规定了框架梁柱不同节点处钢筋的锚固长度和搭接长度ꎮ４)材料选用:高压构件采用优质混凝土ꎬ钢筋首先选用ＨＲＢ３３５㊁ＨＲＢ４００ꎮ抗震等级为一级和二级的框架结构ꎬ纵向受力钢筋抗拉强度与屈服强度之比不应小于１ ２５ꎮ为了满足强柱弱梁和强剪弱弯的要求ꎬ钢筋屈服强度与标准强度之比不应大于１ ３ꎬ最大拉力下钢筋的总伸长率不应小于９％ꎮ４㊀混凝土框架柱的轴压比问题在设计高层钢筋混凝土结构时ꎬ每个有经验的结构设计工程师都应考虑轴压比的影响ꎮ轴压比是指混凝土轴压应力与轴压比的比值ꎬ即ｎ＝ＮｆｃＡꎮ轴压比是影响钢筋混凝土柱承载力和延性的另一个重要参数ꎮ大量试验表明ꎬ轴压比越大ꎬ柱的极限承载力越大ꎬ但极限变形能力和耗能能力越小ꎬ轴压比对短柱的影响越大ꎮ在柱截面中ꎬ大部分是对称的钢筋ꎮ根据极限状态下截面的内力平衡条件ꎬ轴压比实际上反映了柱截面中混凝土受压区相对高度ꎮ随着偏心受压强度的增加ꎬ其延性降低ꎬ超过平衡配筋后ꎬ将发生小的偏心受压破坏ꎬ几乎没有延性ꎮ因此ꎬ应根据大偏心压力结构进行设计ꎬ使柱在大偏心压力下破坏ꎬ从而提高结构的延性和耗能能力ꎮ图２为压力区的相对高度与曲率延性比之间的关系ꎮ图２㊀压弯构件相对高度与曲率延性比关系曲线对于框架结构(１０~１２层)ꎬ轴压比对柱截面的影响不明显ꎻ对于框架－剪力墙结构和框架－筒体结构ꎬ柱截面应扩大ꎬ以满足轴压比的要求ꎬ形成短柱ꎮ此时ꎬ轴压比起着决定性的作用ꎬ而不是承载力ꎮ对于这种结构ꎬ轴压比的要求应放宽或取消ꎮ减少轴压比的措施有ꎮ１)采用高强混凝土:采用Ｃ５０或Ｃ６０以上的混凝土ꎬ混凝土轴心抗压强度增大ꎬ轴压比减小ꎬ或者轴压比保持不变ꎬ从而可以减小柱截面ꎮ这种方法的缺点是结构的脆性ꎮ２)采用约束箍筋:箍筋对混凝土的约束作用是近年来研究最多的延性柱问题ꎮ据调查ꎬ由于箍筋不足或箍筋失效ꎬ许多柱被地震作用破坏ꎮ增加箍筋可以提高柱的延性和抗震性能ꎬ这已被大量的试验和震害实例所证实ꎮ如图３所示ꎬ有约束箍筋的混凝土的强度比没有约束箍筋的混凝土高ｋ倍ꎬ并且提高了混凝土的延性ꎮ图３㊀混凝土应力－应变曲线改善图５㊀结㊀论建筑工程中的许多问题ꎬ如汶川大地震引起的大量建筑物倒塌ꎬ表明建筑物的延性设计对建筑物的刚度和承载能力起着非常重要的作用ꎮ在建筑混凝土延性设计中ꎬ必须合理布置构件的位置ꎬ保证混凝土结构的延性ꎬ使地震等自然灾害发生时的危害最小ꎮ在设计中采取适当的措施ꎬ采用合理的结构形式ꎬ提高抗震结构的延性ꎬ提高建筑结构的变形能力ꎬ从而达到抗震设防的目的ꎬ实现 三水准 的设计理念ꎮ[ＩＤ:００７５６８]参考文献:[１]㊀刘明军ꎬ李珠ꎬ刘元珍ꎬ等.建筑科学[Ｊ] ２０１４ꎬ３０(１１):５１－５４.[２]㊀贾金青ꎬ赵国落.高强混凝土短柱的抗剪强度[Ｊ].建筑结构ꎬ２０００ꎬ３０(１０):１４４－１４６.[３]㊀朱幼跳.钢筋混凝土柱轴压比限值的研究[Ｊ].建筑结构ꎬ２０００ꎬ３０(１０):１３０－１３１.[４]㊀左宏亮ꎬ戴纳新ꎬ王涛.建筑结构抗震[Ｍ].北京:中国水利水电出版社ꎬ２００９.[５]㊀易伟建ꎬ李浩.钢筋混凝土柱的 强剪弱弯 可靠性区间分析[Ｊ].工程力学ꎬ２００７ꎬ２４(９):７３－７５.[６]㊀彭有开ꎬ吴徽ꎬ高全臣.再生混凝土长柱的抗震性能试验研究[Ｊ].东南大学学报(自然科学版)ꎬ２０１３ꎬ４３(３):２７６－２８１.[７]㊀Ｇｏｎｚáｌｅｚ－ＦｏｎｔｅｂｏａＢｅｌéｎꎬＭａｒｔíｎｅｚ－ＡｂｅｌｌａＦｅｒｎａｎｄｏꎬＣａｒｒｏＬóｐｅｚＤｉｅｇｏ.Ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｉｎａｘｉａｌｃｏ－ｍｐｒｅｓｓｉｏｎｆｏｒｃｏｎｃｒｅｔｅｕｓｉｎｇｒｅｃｙｃｌｅｄｓａｔｕｒａｔｅｄｃｏａｒｓｅａｇｇｒｅｇａｔｅ[Ｊ].ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１１ꎬ２５:２３３５－２３４２.[８]㊀ＦａｔｈｉｆａｚｌＧｈｏｌａｍｒｅｚａꎬＲａｚａｑｐｕｒＡＧꎬＩｓｇｏｒＯＢｕｒｋａｎꎬｅｔａｌ.Ｆｌｅｘｕｒａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｔｅｅｌ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｒｅｃｙｃｌｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｂｅａｍｓ[Ｊ].ＡＣＩＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＪｏｕｒｎａｌꎬ２００９ꎬ１０６(６):８５８－８６７.０８。

钢筋混凝土结构中延性的作用和意义摘要：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。

关键词：钢筋混凝土结构构件延性设计1 前言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。

对于建筑结构系统来说，一方面，钢筋混凝土构件的功能依赖于整体结构系统功能，任何构件一旦离开整体结构，就不再具有它在结构系统中所能发挥的功能；另一方面，构件又影响整体结构系统的功能，任何构件一旦离开整体结构，整体结构丧失的功能不等于该构件在结构系统中所发挥的功能，可能更大，也可能更小。

在地震作用下，有可能由于部分构件的破坏乃至退出工作，整个结构体系会因此破坏，这里的部分构件包括了结构构件以及非结构构件。

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。

建筑结构延性最全面解读结构设计中中,重要构件往往通过限制配筋率来确保其性能发挥,超限审查中也经常伴随着提高某一批次构件的配筋率,然配筋率与延性之间到底有着怎样的千丝万缕？先给延性戴个帽,延性指结构或构件屈服后,强度或承载力没有显著降低时的塑性/非弹性变形能力.分为材料、截面、构件及结构延性,常用延性系数来表达,即.材料延性是应变延性,通过应力-应变曲线来反映,表观的是材料屈服后的塑（脆）性变形能力；截面延性是曲率延性,通过受压区高度来反映,表观的是截面屈服后的塑性转动能力；构件延性是位移延性,通过塑性铰来反映,表观的是塑性铰的转动能力；结构延性也是位移延性,通过基底剪力-顶点位移曲线或层剪力-层位移曲线来反映,表观的是整体塑性变形能力.四种延性之间存在着相互牵制与影响,尤其是材料延性与截面延性、构件延性与结构延性,材料延性与截面延性是负相关的,构件延性与结构延性的关系取决于塑性铰形成后结构的破坏机制（仍是现阶段结构工程领域研究热点与难点）.材料延性是根本,是本构关系的层次（本构关系仅针对材料而言,然设计中不乏构件本构,更有甚者,出现结构本构）,影响着其他三种延性,一般采用应变延性指标来衡量,即极限应变/屈服应变.结构中存在两大材料：钢与砼,钢应力-应变曲线设计者应很熟悉,弹性段、屈服段（屈服点）、强化段与颈缩段,具体来讲,钢延性指标=峰值应力应变/屈服点应变；砼本构研究最透彻的当属非约束混凝土的单轴受压本构,应变延性与砼强度存在很大关系,随强度提高,应力-应变曲线的弹性工作段拉长,峰值应变值提高,下降段陡峭（意味着脆性强化）.砼延性指标=极限应变/峰值应变,砼极限应变可取0.003~0.004,普通砼峰值应变为0.0015~0.002,高强砼峰值应变为0.002；实际结构砼基本都属于约束砼,由于箍筋的环箍效应,应力-应变关系也发生了变化,约束越好延性越好,约束的好与不好通过配箍特征值来衡量.规范中对材料使用的限定一般是从材料延性考虑,如“对于框支梁、框支柱及一级框架梁、柱,砼强度等级不应低于C30…钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25…钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85…”.截面延性衡量着截面的塑性转动能力,即塑性铰的转动能力,对应于弯矩-曲率关系曲线,表达式为极限曲率/屈服曲率.在适当配筋率下,由于受拉钢筋屈服时截面并没有屈服,因此需对屈服曲率进行放大调整,调整系数约为1.1~1.2,即,极限曲率通常取受压区边缘混凝土达到其极限压应变时的曲率,即.截面曲率延性一般可从相对受压区高度的角度理解,影响截面延性的因素主要有：1）砼强度,两面性：强度提高脆性增强,材料延性降低；强度提高受压区高度减少,截面延性提高；2）轴压比,减小轴压比,受压区高度减小,延性提高；3）箍筋,约束砼的极限压应变增大,变相提高砼强度,受压区高度减小,延性提高（规范中轴压比在特别箍筋条件下适当放松,即是此方面的考虑）；4）纵向钢筋,高强度钢筋à屈服强度高à屈服应变大à屈服曲率提高à截面延性降低,配置受压钢筋à受压区高度降低à截面延性提高,提高配筋率à变相降低轴压比（提高轴压承载力）；5）截面形状,规则截面（圆形、方形及矩形）破坏流动性低,方向性明确,较不规则截面（异形柱）延性好.对于压弯构件（墙、柱与斜撑等）,如上述配筋率的描述,配筋率左右着轴压承载力,随着轴压承载力的提高,构件的塑性变形长度变大,因此截面延性提高.但是,结构工程师需要充分认识到,配筋率不是提高竖向构件延性的首要因素,即配筋率的功效比较低.对于受弯构件（梁等）,延性随配筋率的提高而降低,但当配置适当充分的受压钢筋,有利于改善高配筋率带来的延性不足,这也是规范弱化受拉钢筋配筋率的缘由.构件延性表征的是塑性铰的转动能力,由于曲率与位移存在比值关系,因此位移延性与截面曲率延性存在关系式,k为与构件长度、塑性铰长度相关系数.构件的塑性变形集中于两端的塑性铰区,曲率延性系数应比位移延性系数大（截面延性要求高于构件延性要求）,才能保证抗震要求（关系式也传达此信息）.避免倒塌思路：位移延性系数限值（倒塌临界值）à曲率延性系数à砼极限压应变à采取措施满足.结构延性通常用顶点位移或层间位移来表达,由于结构延性与构件延性存在藕断丝连的联系,因此结构延性（系数）难直观得出,常借助于静力弹塑性分析近似判断,也就是经常见到的基底剪力-顶点位移曲线.但上述方法存在很多人为因素：施加水平力的形状（基于第一振型的加载函数往往低估中间层的地震反应）、极限/屈服位移的定义（一般极限位移可取峰值承载力90%对应的位移,个别或若干构件屈服,不等同于整体或某层屈服,尤其是层概念明确的钢结构）,所以,在静力弹塑性分析中,工程师对于结构整体性能的把握更为重要.规范中关于构件/结构构造的不同规定侧重于不同的延性要求,如材料延性：砼强度最低要求、钢筋强屈比、钢材的屈强比、焊接性及冲击韧性等；截面延性：梁最小/大配筋率要求（决定着梁的破坏形态：弯曲破坏or剪切破坏）、截面相对受压区高度限值、柱墙轴压比及纵向钢筋配筋率；构件延性：柱梁塑性铰区砼的约束程度（箍筋加密要求）、梁柱墙剪跨比（决定着构件破坏模式）、连梁、转换构件；结构延性：框剪、框筒的（类）0.2V0调整、剪力墙底部加强区、转换层、加强层、错层及嵌固端构造要求（构件延性的提高有利于结构延性的发展,构件延性的要求高于结构延性,如非底部加强部位设置YBZ、芯筒角部增设型钢、大跨度框架中框架柱采用型钢柱或钢管柱、高跨比较大连梁增设型钢、核心筒钢板剪力墙等,上述措施也往往是超限结构的构造加强措施）.另外,延性与承载力之间还有个比较有趣的现象：二者具有反向性.结构或构件的延性随着承载力的提高有降低的趋势,可以来个极端比较,分别对某结构进行小/S、中/M及大/L震弹性设计,承载力,位移延性系数.因此结构工程师要把握好强度与延性的含量比,把握结构的真实内涵,设计出和力而有韧的合理结构.。

弹性，塑性，韧性，延性的区别1．延性的定义延性(ductility)是指结构毁坏之前，在其承裁能力无显著降低的条件下经受非弹性变形的能力。

结构的延性也就是结构在外荷载(或基础下降)作用下，苏变形超过屈服，结构进入塑性阶段后，在外荷载继续作用下，变形继续增长，而结构不致破坏的性能。

延性反映了结构在地震作用下耐变形的能力和消耗地震能量的能力。

所谓结构或构件的延性好，就是在外荷载作用下有较大的塑性交形能力，从而消耗更大的能量。

如果结构或构件破坏的话，其破坏处有预告而非穴发性的。

2.脆性的定义与延性相反的概念是脆性。

脆性结构没有塑性变形能力，其破坏是在结构成构件超过弹性极限时突然发生。

3.弹塑性的定义：弹塑性弯曲是既有弹性变彤又有塑性变形的弯曲。

当弯曲变形达到屈服极限之前，各条纵向纤维的变形可以看作简单的拉(压)变形，并遵守虎克定律，应力与应变之间有线性关系。

4.塑性（范性）（plasticity) 金属的塑性是金属在外力作用下能够发生塑性交形而其完继性又不破坏的一种性质或能力。

金属的塑性一般用塑性指数来量度和表示。

塑性指数是用金属破坏时的最大变形程度表示的。

如拉伸金属断裂时的延伸率，断面收缩率等部属于塑性指数。

金属的塑性表征着金属的变形能力和限度。

5.韧性：金属的韧性是指金属受到外力发生变形到破坏(断裂)时单位体积吸收的变形功。

静拉伸曲线下的面积代表静力作用下的总变形能u，表示单位体积吸收购变形功，即是静力韧性(韧度)。

韧性实质上仍是塑性，不过是特指，使用变形功来表示塑性。

变形功越大，金属的塑性、韧性愈好。

韧性是强度和塑性的综合表现，是材料塑性变形到断裂整个工程耗散的功，只有强度和塑性都高的材料才具有最好的韧性。

6脆性（再次）：脆性是和塑性、韧性相反的概念。

它表示金属只发生少量变形后即断裂的性能。

延伸率、断面收缩率和冲击值这些塑性指数愈小，金属的脆性愈大。

塑性：承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。

塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证。

剖析塑性、弹性、延性和韧性之间的区别1．延性的定义延性是指结构毁坏之前,在其承裁能力无显著降低的条件下经受非弹性变形的能力.结构的延性也就是结构在外荷载(或基础下降)作用下,苏变形超过屈服,结构进入塑性阶段后,在外荷载继续作用下,变形继续增长,而结构不致破坏的性能.延性反映了结构在地震作用下耐变形的能力和消耗地震能量的能力.所谓结构或构件的延性好,就是在外荷载作用下有较大的塑性交形能力,从而消耗更大的能量.如果结构或构件破坏的话,其破坏处有预告而非穴发性的.2.脆性的定义与延性相反的概念是脆性.脆性结构没有塑性变形能力,其破坏是在结构成构件超过弹性极限时突然发生.3.弹塑性的定义：弹塑性弯曲是既有弹性变彤又有塑性变形的弯曲.当弯曲变形达到屈服极限之前,各条纵向纤维的变形可以看作简单的拉(压)变形,并遵守虎克定律,应力与应变之间有线性关系.4.塑性（范性）金属的塑性是金属在外力作用下能够发生塑性交形而其完继性又不破坏的一种性质或能力.金属的塑性一般用塑性指数来量度和表示.塑性指数是用金属破坏时的最大变形程度表示的.如拉伸金属断裂时的延伸率,断面收缩率等部属于塑性指数.金属的塑性表征着金属的变形能力和限度.5.韧性：金属的韧性是指金属受到外力发生变形到破坏(断裂)时单位体积吸收的变形功.静拉伸曲线下的面积代表静力作用下的总变形能u,表示单位体积吸收购变形功,即是静力韧性(韧度).韧性实质上仍是塑性,不过是特指,使用变形功来表示塑性.变形功越大,金属的塑性、韧性愈好.韧性是强度和塑性的综合表现,是材料塑性变形到断裂整个工程耗散的功,只有强度和塑性都高的材料才具有最好的韧性.6.脆性（再次）：脆性是和塑性、韧性相反的概念.它表示金属只发生少量变形后即断裂的性能.延伸率、断面收缩率和冲击值这些塑性指数愈小,金属的脆性愈大.塑性：承受静力荷载时,材料吸收变形能的能力.塑性好,会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂,给人以安全保证.韧性：承受动力荷载时,材料吸收能量的多少.韧性好,说明材料具有良好的动力工作性能.解释材料（强度塑性延性韧性弹性）非常透彻材料抵抗外力不断裂的能力叫强度,强度越高抗力越大；例如钢,陶瓷材料在外力作用下到断裂的过程中会发生变形,先发生弹性变形后发生塑性变形,弹性变形就是去掉外力后,还能恢复到原来形态,塑性变形就是去掉外力后,不能恢复到原来状态,如果是受拉力作用,尺寸会增大,受压,尺寸会变小,整个塑性变形阶段增大的尺寸与原来尺寸的比值就是延展性,而塑性变形阶段消耗的能就是塑性.塑性好,延展性也好,他们表达的是一个意思,表示材料塑性变形能力的,但是单位不同.塑性好就能承受很大的变形而不断裂,如铜,橡皮泥,但强度不一定高.弹性好就是弹性变形能力强,例如橡胶,橡皮筋等,同样是描述材料变形能力的,强度也不一定高,即承受的外力不一定很大.材料从抵抗外力到断裂过程中消耗掉的能（或叫做功）就是韧性,包括了弹性变形阶段和塑性变形阶段的共同消耗的能,韧性越好从外力作用到断裂过程消耗的能量越多.从力-位移曲线上说,纵坐标和横坐标都大的情况下,韧性最好,纵坐标要想增大就是要强度高,横坐标增大就是塑性好,因此,可以说如果一个材料的强度和塑性都好,那么它的韧性肯定非常好.但是从材料微结构上来讲,同时则增加材料的强度和塑性是一个矛盾体,要想提高强度,希望原子间的结合力越大越好,但是要想增加塑性反而不希望原子力太大,因此,如何同时提高材料的强度和韧性是材料届始终面临的最大挑战.。

浅谈结构延性的重要性（主论文）作者：金泉单位：人防建筑日期：二O—五年五月浅谈结构延性的重要性人防建筑金泉【摘要】：混凝土延性设计是提升建筑结构的整体性、稳定性，减少结构受到外力时受到的破坏程度，提升建筑抗震能力，对于建筑安全以及使用者的安全都有着重要意义。

本文从混凝土结构延性概念、重要性、延性设计进行了分析。

【关键词】：延性抗震性能延性设计措施构件延性结构整体延性—、前言在结构抗震设计时，我们通常会说，要保证结构有足够的延性，何为延性？为何延性在抗震设计中如何重要？本文讲介绍延性的基本概念和设计中怎样实现提高结构构件和结构整体延性的方法，以及对设计过程中容易出现的误区给予总结。

二、延性的概念在结构抗震设计时，我们通常会说，要保证结构有足够的延性，何为延性？为何延性在抗震设计中如何重要？首先看玻璃和橡胶，哪个抗压强度大？当然，这里指的是普通玻璃，不是钢化玻璃。

肯定玻璃的强度要高—些，试想一下，你拿根坚硬的针，能在玻璃上能扎个孔出来吗？似乎很难。

但是，你可以很容易的在橡胶上扎个孔。

尽管玻璃的强度大，但是你不会觉得玻璃更“结实”，你试着拿个锤子’可以一锤子将玻璃砸碎，但是却不会砸碎橡胶。

原因在于’橡胶的变形能力大，即延性大。

当材料的强度提高时，它的变性能力，即延性通常会变差。

结构设计也是一样的道理.我们不可能无限制的通过提高结构的承载能力来达到抗震的目的，原因在于：(2)地震具有不确定性，就算承载能力再高，也有可能会遭遇超过设防烈度的地震作用；(2)结构设计的基本原则应该是安全、经济、有效，承载能力设计过高，经济性差.因为设计了如此高的承载能力，花费了巨额投资，在结构服役期却未必有地震作用；(3)更重要的是，承载力设计过高，结构的延性较差，会出现地震作用超过承载能力后，结构象玻璃一样立即产生“脆性破坏”。

框架结构中，延性设计措施概括起来有三句话：强柱弱梁，强剪弱弯，强节点强锚固。

(1)强柱弱梁，是要求结构在强震下进入塑性阶段时，塑性餃要在首先在梁端出现，而不是柱端。

建筑抗震设计中的延性设计结构、构件或截面的延性是指从屈服开始至达到最大承载力或达到以后而承载力还没有显著下降期间的变形能力，也就是说，延性是反映结构、构件或截面的后期非弹性变形能力，变形能力是指结构、构件或截面达到最大破坏状态时的最大变形，而变形能力是结构吸能和耗能能力的外在表现，所以延性的本质是吸能和耗能。

结构所吸收的地震能量，等于结构承载力与变形能力的乘积，也就是说结构抗震能力是由承载力和变形能力两者共同决定的。

在中等地震作用下，允许结构某些部位进入屈服状态，形成塑性铰，这时结构进入弹塑性状态。

在这个阶段结构刚度降低，地震惯性力不会很大，但结构变形加大，结构是通过塑性变形来耗散地震能量的。

具有上述性能的结构，称为延性结构。

地震中结构进入弹塑性状态后，只能依靠变形吸收能量以维持结构“安全”，所以，结构抗震设计的根本验算应是强震作用下结构的变形验算，因此从某种意义上说，结构抗震的本质就是延性。

以我们当前对地震的认识水平，要准确预测结构物与地基在未来地震作用下的抗震能力，尚难以做到。

因此，结构的抗震能力应着眼于结构物与地基整体抗震能力的概念设计，再辅以必要的计算分析和构造措施，从根本上消除结构物与地基中的抗震薄弱环节，才有可能使设计出的结构具有足够的抗震可靠度。

结构体系的抗震能力综合表现在强度、刚度、和延性三者的统一，即抗震结构体系应具有必要的强度和良好的变形能力，如果抗震结构体系有较高的抗侧强度，但同时缺乏足够的延性，这样的结构在大震作用下很容易破坏。

例如不配筋又无钢筋混凝土构造柱的的砌体结构，其抗震性能较差。

另一方面，如果结构有较大的延性，但抗侧力的能力不足，这样的结构在大震作用下，必然产生较大的变形，如纯框架结构，其抗震性能依然较差，震害调查表明，在历次地震中，钢筋混凝土纯框架破坏严重，甚至倒塌者屡见不鲜。

结构体系是由各类构件连接而成的，各个构件的抗震能力是结构体系抗震能力的前提，抗震结构的构件应具备必要的强度、适当的刚度、良好的延性和可靠的连接，并应重视强度、刚度和延性的合理均衡。

钢筋混凝土柱延性设计方法研究一、前言钢筋混凝土结构在现代建筑中得到广泛应用，其中柱子是起到承重作用的重要构件。

考虑到地震等自然灾害的影响，柱子的延性设计显得尤为重要。

本文将针对钢筋混凝土柱延性设计方法进行研究，探讨其设计原理和实践应用。

二、延性设计的基本概念1. 延性延性指结构在强震作用下产生的变形能够较充分地消耗地震能量，从而减小震害。

延性设计的目的就是为了提高结构的延性能力。

2. 延性设计的实现方式采用钢筋混凝土柱的延性设计可以通过以下方式实现：（1）调整钢筋配筋率：适当增加柱子的钢筋配筋率可以提高柱子的刚度和强度，从而减小柱子的弹塑性变形。

（2）采用高性能混凝土：高性能混凝土具有较高的强度和延性，可以提高柱子的抗震性能。

（3）采用粘滞铰模型设计：通过粘滞铰模型设计可以使柱子在发生强震作用时发生铰缩，从而消耗地震能量。

三、延性设计方法的研究1. 调整钢筋配筋率调整钢筋配筋率是延性设计中最常用的方法之一。

一般来说，增加柱子的钢筋配筋率可以提高柱子的强度和刚度，同时也可以提高柱子的延性能力。

但是，在增加钢筋配筋率的同时也会增加柱子的刚度，从而减小其变形能力。

因此，在设计柱子的钢筋配筋率时需要考虑结构的整体抗震性能。

2. 采用高性能混凝土高性能混凝土是指具有较高抗压强度和延性的混凝土。

采用高性能混凝土可以提高柱子的抗震性能。

在实践应用中，可以采用调整混凝土配合比、控制水灰比和添加适量的细粉等方法来制备高性能混凝土。

3. 采用粘滞铰模型设计粘滞铰模型是一种常用的结构抗震设计方法，它可以模拟各种材料的非线性特性，并且还能够准确地反映结构的铰缩行为。

在钢筋混凝土柱的设计中，采用粘滞铰模型可以实现柱子的铰缩，从而消耗地震能量，提高结构的延性能力。

四、延性设计方法的实践应用1. 钢筋混凝土柱的设计原则在实践应用中，钢筋混凝土柱的设计需要考虑以下原则：（1）柱子的钢筋配筋率应该适当，不能过于密集或过于稀疏。

（2）柱子的混凝土应该具有一定的延性，可以采用高性能混凝土或调整配合比的方式实现。