加强延性设计提高结构抗震性能
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结构延性与抗震设计地震是人类面临的严重自然灾害之一,常常会造成人身和财产的巨大损失,如:我国的汶川大地震造成直接经济损失人民币8451亿元,间接损失超过2500亿元。
我国属地震多发国家,需要考虑抗震设防的地域辽阔,因此研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要性。
要想更好的执行规范就必须明确抗震规范制定的基本思想,明确抗震设计的基本原则。
下面着重从以下几个方面做以阐述。
1 在抗震中结构延性的作用我国抗震设计的基本原则是“小震不坏,中震可修,大震不倒”。
“小震不坏”是指要求结构不受损伤或不需修理仍可继续使用。
“中震可修”是指结构可以有一定程度的损坏,经修复或不经修复仍可继续使用。
“大震不倒”是指结构遭遇“大震”作用时,不应倒塌或发生危及生命的严重破坏。
因为地震的发生太偶然,倘使我们一味地追求结构的强度以保证中震甚至是大震作用下结构不坏,这将会使极大量的材料在绝大部分时间里,甚至在整个寿命期内都处于不能充分发挥作用的状态,这样做是不明智的。
所以我国的抗震设计原则是非常经济和合理的。
在上述设计原则指导下,这就要求结构应具有一定的延性:(1)当小震来临时,应确保所有的结构构件在抵抗地震作用力时,具有足够的强度,使其基本上处于弹性状态。
并通过验算小震作用下的弹性位移共同来保证结构不坏。
处于这个阶段的结构构件不会发生明显的非线性变形,也不必需要采取特殊的构造措施。
(2)当中震来临时,因为结构具有非弹性特征,某些关键部位超过其弹性强度,进入塑性状态。
由于它有一定的延性,延性指当地震迫使结构发生较大的非线性变形时,结构仍能维持其初始强度的能力,是结构超过弹性阶段的变形能力,它是结构抗震能力强弱的标志。
它能够承担塑性变形,使它在变形中能够耗费和吸收地震能量,代价是可能导致较宽的裂缝,砼表皮起壳、脱落,可能有一定的残余变形,但不至于导致安全失效,以达到中震可修的设防目标。
处于这个阶段的结构,对延性就会提出相应的要求,而延性就要靠精心设计的细部构造措施来保证。
浅谈延性设计在高烈度区抗震设计中的重要性摘要:地震烈度是指遭受地震后房屋建筑被破坏的严重程度,总共分为十二个等级。
地震对人民生命及财产安全造成的损失是不可估量的,尤其是高烈度区。
因此,加强抗震设计对保障国家及人民的安全至关重要。
延性设计在抗震设计中起着重要作用。
本文将对延性设计在高烈度区抗震设计中的重要性作出简单介绍。
关键词:延性设计;高烈度区;抗震设计;重要性延性设计通过塑性铰区域的变形有效地吸收、耗散地震能量。
同时,这种变形降低了结构的刚度,致使结构在地震作用下的反应减小,即减小了地震对结构的作用力,延性设计在高烈度区抗震设计中具有重要意义。
1.抗震设防目标我国地处世界两大地震带环太平洋地震带与地中海地震带的交汇处,受到太平洋板块与印度板块的挤压,地震断裂带十分活跃,加上我国大陆多山脉,山脉附近有很多断裂带,地壳活动频繁,地震频发。
地震活动不是人力可避免的,因此抗震工作尤为重要。
我国《抗震规范》中指出:抗震设防的目标是:第一目标:小震不坏;第二目标:中震可修;第三目标:大震不倒。
在高烈度区,希冀房屋不倒的愿望渺小且困难。
优秀的抗震设计能够增加我们希冀实现的概率,拯救人民脆弱的生命。
虽然房屋结构的强度设计是我们实现抗震目标的基础,但是却不能为我们实现目标提供助力,延性设计才是我们最应该关注的部分。
2.延性设计的定义延性是指构件、结构在受到挤压后,承载力降低不明显或基本不降低,并且有足够塑性变形能力的一种性能。
延性具有两种能力:承受较大的非弹性变形时强度不明显下降;利用滞回特性吸收、耗散地震能量。
延性设计的塑性变形能力强弱通常用延性比来表示,即允许的最大变形与屈服变形的比例。
在抗震设计中,对房屋结构中重要构件的延性设计的重视程度要高于整个结构体系的延性设计,对构件中关键杆件或者部位的延性设计的重视程度又要高于对构件的重视程度。
另外,优秀的延性材料能够建造出优秀的延性杆件,优秀的延性杆件又能建造出优秀的延性结构体系。
结构设计中的抗震性能优化地震是一种极具破坏力的自然灾害,它给人类社会带来了巨大的生命和财产损失。
为了减少地震对建筑物的破坏,保障人们的生命安全,在结构设计中优化抗震性能显得尤为重要。
在结构设计中,抗震性能的优化需要从多个方面入手。
首先,合理的结构选型是关键。
常见的结构形式如框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等,在抗震性能上各有特点。
框架结构具有较好的灵活性,但抗震能力相对较弱;剪力墙结构则具有较强的抗侧力能力,适用于高层建筑;而框架剪力墙结构结合了两者的优点,能在不同的受力情况下发挥较好的性能。
在选择结构形式时,需要综合考虑建筑物的高度、用途、地理位置等因素。
基础设计也是影响抗震性能的重要因素之一。
良好的基础能够有效地将上部结构的荷载均匀传递到地基中,并在地震作用下保持稳定。
桩基础、筏板基础等都是常见的基础形式。
在设计基础时,要对地基的承载能力进行准确评估,确保基础能够承受地震产生的水平力和竖向力。
材料的选择对于抗震性能同样至关重要。
高强度、高韧性的建筑材料能够提高结构的承载能力和变形能力。
例如,在混凝土中添加适量的纤维可以增强其抗拉强度,提高混凝土的抗裂性能。
钢材的质量和性能也直接影响着结构的抗震能力,选择优质的钢材能够保证结构在地震作用下具有足够的延性和耗能能力。
结构的布置也会对抗震性能产生影响。
在平面布置上,应尽量保证结构的对称性和规则性,避免出现凹凸不规则、扭转不规则等情况。
这样可以使地震作用在结构中均匀分布,减少局部应力集中。
在竖向布置上,要避免刚度突变,保证结构的刚度沿竖向均匀变化。
在抗震设计中,还需要考虑结构的耗能机制。
通过合理设置耗能构件,如阻尼器、屈曲约束支撑等,可以消耗地震输入的能量,减轻主体结构的损伤。
这些耗能构件在小震作用下保持弹性,在大震作用下发挥耗能作用,从而保护主体结构的安全。
计算分析是抗震设计的重要环节。
通过使用先进的计算软件,对结构在地震作用下的响应进行模拟分析,可以准确评估结构的抗震性能。
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。
房屋建筑框架结构抗震设计要点摘要:钢筋混凝土框架结构具有良好抗震性能,结构抗震的本质就是延性,提高延性可增加结构抗震潜力,增强结构抗倒塌能力。
结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下非弹性变形。
本文分析了结构延性在抗震设计中的重要性及其作用,影响结构延性的主要因素以及结构延性的抗震设计。
关键词:房屋建筑;框架结构;抗震设计前言地震是一种能对人类的生产和生活带来极大破坏的自然灾害,为了预防地震灾害,减轻地震损失,我国加强了地震预报、工程抗震和地震控制方面研究工作,其中工程抗震是一项有效的措施,其目的是寻求最合理的抗震设计,保证建筑物的安全。
工程中结构抗震的设计是依据抗震设防烈度通过地震作用的取值和抗震措施的采取来实现结构抗震设防目标。
一、框架结构延性的作用对于受弯构件来说,随着荷载增加,首先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,受压区高度减小,受压区混凝土压碎,构件最终破坏。
从受拉钢筋屈服到压区混凝土压碎,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。
当结构设计成为延性结构时,由于塑性变形可以耗散地震能量,结构变形虽然会加大,但结构承受的地震作用不会很快上升,内力也不会再加大,因此具有延性的结构可降低对结构的承载力要求,也可以说,延性结构是用它的变形能力来抵抗罕遇地震作用;反之,如果结构的延性不好,则必须有足够大的承载力来抵抗地震作用。
结构或构件的延性具有以下作用:1、防止脆性破坏脆性破坏是突然的、无明显征兆的破坏,因此破坏的后果较严重。
工程设计中应避免脆性破坏,应按塑性破坏的原则进行设计,使结构或构件具有一定的延性,保证结构或构件在破坏之前有足够的变形能力,防止突然的脆性破坏发生。
2、对脆性构件起稳定作用在实际建筑结构中,延性构件与非延性构件(脆性构件)往往是并存的。
例如框架结构的长柱与短柱。
实验研究说明,在保证延性构件与非延性构件一定比例的条件下,延性构件对脆性构件起稳定作用,使结构有较好的变形能力而不致失效。
钢筋混凝土框架结构抗震延性设计的未来发展趋势钢筋混凝土框架结构是应用较为普遍的一种形式,其结构抗震的本质在于延性的提高,进而抵抗和预防抗倒塌能力。
近年来,随着城市化进程的不断推进,多高层建筑结构的抗震能力备受重视。
基于此,本研究在概述钢筋混凝土框架结构抗震相关理论相关理论的基础上,分析了其抗震延性设计的要点,并对钢筋混凝土框架结构抗震延性进行设计,以对其未来的发展趋势进行展望。
标签:钢筋混凝土框架结构;抗震延性设计;未来趋势0 前言目前,我国的建筑抗震设计主要采用的是三水准抗震防设(大震不倒,中震可修,小震不坏),为实现这一目标,对钢筋混凝土框架结构的延性提出了更高的要求[1]。
现阶段我国多高层建筑中,钢筋混凝土框架结构由于其具有较好的延性和整体性而备受欢迎。
然而,对于地震烈度超过抗震防设标准时,钢筋混凝土框架结构还是存在一定的问题的。
因此,本研究主要从其本质出发,对其进行了研究。
1 钢筋混凝土框架结构抗震相关理论概述框架结构由两部分组成,即压弯构件和弯剪构建,也就是竖向框架柱和水平框架梁组成[2]。
其中,梁是钢筋混凝土框架结构的主要耗能件,因而钢筋混凝土框架结构的延性在很大程度上是取决于梁的延性的。
钢筋混凝土框架结构抗震的关键就在于框架结构的延性,即在保证承载力的前提下,具备的塑性变形能力,也就是延性比[3]。
延性比的提高,对于框架结构抗震能力的提升具有重要的意义。
2 钢筋混凝土框架结构抗震延性设计的要点(1)强柱弱梁。
强柱弱梁要求结构柱子的承载力要大于梁的承载力。
也就是说发生地震时柱子的破坏一定要晚于梁。
为进一步提升钢筋混凝土框架结构抗震延性,在设计时,应注重强柱弱梁的设计,为做到这一点,应主要从以下三方面进行:第一,注重改变塑性的部位,促使其出现在梁端,进而促使其能够最大限度耗散地震能量。
第二,注重加强柱的抗弯能力,进而促使其形成梁铰机构,从而产生更多的塑性铰,以起到耗散地震能量的作用。
最后,注重塑性铰分布的均匀性。
文章编号:1009-6825(2013)06-0012-03加强延性设计提高结构抗震性能收稿日期:2012-12-08作者简介:杨淑红(1969-),女,工程硕士,副教授杨淑红(呼伦贝尔学院,内蒙古呼伦贝尔021008)摘要:介绍了延性的概念及结构抗震设计中延性的含义,阐述了延性设计的原则,总结了延性设计时提高结构抗震性能的具体措施,包括材料的延性设计、强柱弱梁设计、梁柱的延性设计、强节点弱构件设计等,为结构抗震设计提供了借鉴。
关键词:延性设计,结构,抗震性能中图分类号:TU313文献标识码:A0引言地震是能量以波的形式向各个方向传播、释放并引起振动的过程。
由于地震的难以预知和随机发生,导致现有的“中国地震区划图”及相应的地震基本烈度表具有很大的不确定性,多次强烈地震及特大地震均发生在抗震设防低烈度地区。
因此当大震来临出现弹塑性变形时,结构需通过延性设计来保证有良好的抗变形和耗能能力。
“变形、能量吸收与耗散”的能力是结构抗震性能的标志。
1延性的涵义1.1物理术语物理术语是指材料的结构、构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。
即:1)承受较大的非弹性变形同时强度没有明显下降的能力。
2)利用滞回特性吸收能量的能力。
延性概念最早出现在1961年美国波特兰水泥协会(PCA )制定的《多层钢筋混凝土建筑抗震设计》手册中。
延性是抗震设计中的重要特性,用延性系数来度量。
结构动力学和地震工程领域学者乔普拉(Anil K.Chopra )在其《结构动力学理论及其在地震工程中的应用》(第2版)7.2节中给出延性系数的表达式:由于地面运动引起的弹塑性体系的位移峰值(最大位移)与屈服位移之比,即:μ=μmμy是无量纲的量。
1.2四个层次在结构抗震设计中延性有四层含义:材料的延性、杆件的延性、构件的延性、结构的延性。
材料的延性:櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅发生较大的非弹性变形或反复弹塑性变形时强状态、提高透波性、减少制造工作量、节省工时和生产费用,适当选择夹芯面板还可以获得良好的抗震、隔热、隔音等性能。
如何提高建筑物的抗震能力?
在建筑设计中,提高建筑物的抗震能力是至关重要的,这关乎到人们的生命财产安全。
那么如何提高建筑物的抗震能力呢?以下是一些有效的措施:
1. 合理选择建筑地点:在选址阶段,应尽可能避免地震高发区域,选择地势平坦、地质稳定的地方进行建设。
同时,要避开地震断裂带,以免建筑物受到地震的直接破坏。
2. 优化建筑设计:建筑设计是提高建筑物抗震能力的关键环节。
应采用符合抗震要求的规范和标准进行设计,如采用抗震框架、抗震墙等结构形式。
同时,要充分考虑建筑物的整体性和稳定性,加强各部分的连接和支撑,以提高建筑物的抗震性能。
3. 加强建筑材料:建筑材料的质量和强度对建筑物的抗震能力有很大影响。
应选择质量可靠、强度高的建筑材料,如优质混凝土和高强度钢材。
同时,要注意材料的连接和固定,确保结构的整体性和稳定性。
4. 增加隔震支座:隔震支座是一种有效的抗震技术,通过在建筑物底部增加隔震支座,可以减小地震对建筑物的影响。
这种技术已经在许多建筑物中得到了应用,取得了很好的效果。
5. 定期维护和检查:建筑物在使用过程中,应定期进行维护和检查,及时发现和处理存在的隐患和问题。
特别是在地震高发期,应
对建筑物进行全面的检查和加固,确保其抗震能力得到保持和提高。
综上所述,提高建筑物的抗震能力需要从选址、设计、材料、技术等方面入手,全面提高建筑物的抗震性能。
只有这样,才能确保建筑物在地震中能够保持稳定和安全,保护人们的生命财产安全。
文章编号:1009-6825(2013)06-0012-03加强延性设计提高结构抗震性能收稿日期:2012-12-08作者简介:杨淑红(1969-),女,工程硕士,副教授杨淑红(呼伦贝尔学院,内蒙古呼伦贝尔021008)摘要:介绍了延性的概念及结构抗震设计中延性的含义,阐述了延性设计的原则,总结了延性设计时提高结构抗震性能的具体措施,包括材料的延性设计、强柱弱梁设计、梁柱的延性设计、强节点弱构件设计等,为结构抗震设计提供了借鉴。
关键词:延性设计,结构,抗震性能中图分类号:TU313文献标识码:A0引言地震是能量以波的形式向各个方向传播、释放并引起振动的过程。
由于地震的难以预知和随机发生,导致现有的“中国地震区划图”及相应的地震基本烈度表具有很大的不确定性,多次强烈地震及特大地震均发生在抗震设防低烈度地区。
因此当大震来临出现弹塑性变形时,结构需通过延性设计来保证有良好的抗变形和耗能能力。
“变形、能量吸收与耗散”的能力是结构抗震性能的标志。
1延性的涵义1.1物理术语物理术语是指材料的结构、构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。
即:1)承受较大的非弹性变形同时强度没有明显下降的能力。
2)利用滞回特性吸收能量的能力。
延性概念最早出现在1961年美国波特兰水泥协会(PCA )制定的《多层钢筋混凝土建筑抗震设计》手册中。
延性是抗震设计中的重要特性,用延性系数来度量。
结构动力学和地震工程领域学者乔普拉(Anil K.Chopra )在其《结构动力学理论及其在地震工程中的应用》(第2版)7.2节中给出延性系数的表达式:由于地面运动引起的弹塑性体系的位移峰值(最大位移)与屈服位移之比,即:μ=μmμy是无量纲的量。
1.2四个层次在结构抗震设计中延性有四层含义:材料的延性、杆件的延性、构件的延性、结构的延性。
材料的延性:櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅发生较大的非弹性变形或反复弹塑性变形时强状态、提高透波性、减少制造工作量、节省工时和生产费用,适当选择夹芯面板还可以获得良好的抗震、隔热、隔音等性能。
目前全世界主要的飞机制造公司生产的飞机地板、尾翼等结构件有很多都是采用全复合材料夹芯结构的。
在工程建设领域,它是制作防墙板、隔断墙、隔音板、门板和吊顶的理想材料,并可用来制作地板、橱柜、活动房屋和活动墙等。
图7某时刻Z 轴应力(t =0.1296s )图8某时刻塑性应变(t =0.1288s )XYZ XYZ 3结语1)该蜂窝夹芯层结构抗拉破坏主要有芯子拉断和面芯脱离两种。
2)该蜂窝夹芯结构抗拉破坏模式主要和焊接部位的强度、失效应变等参数有关,合理的控制蜂窝结构焊接部位强度可以有效控制蜂窝夹芯结构的破坏模式。
3)蜂窝结构在工程中应用广泛,应设计结构形式更合理的蜂窝结构用以提高结构的各项性能。
参考文献:[1]雷江利.复合材料夹层结构优化设计方法研究[D ].西安:西北工业大学,2006.[2]徐永君,李敏,战颂,等.蜂窝结构抗拉压性能实验研究及其数值模拟[J ].实验室研究与探索,2007(11):13-14.[3]Whitty JPM.Towards the design of sandwich panel compositeswith enhanced mechanical and thermal properties by variation of the in-plane poissons ratios [J ].Composites :Part A ,2003(34):525.[4]Ls-dyna Keyword user ’s manual (v970)[M ].Livemore Nation-al Corporation ,2003.Research and engineering application oftensile failure mode of a honeycomb sandwich structureHUANG Bi-binYAO Hai-dongWU Lun-wenLI Zi-qing(Third Engineering Corps ,China Airport Construction ,Nanjing 210000,China )Abstract :According to how to optimize honeycomb structure design and improve its mechanical properties problem ,using Ansys modeling ,com-bining with ls-dyna finite element analysis software researched the failure mode and effect factors under quasi static tensile ,and pointed out that the structure had the advantages of light weight ,high strength ,heat insulation and other advantages ,was worthy of promotion.Key words :honeycomb structure ,sandwich structure ,failure mode ,finite element analysis·21·第39卷第6期2013年2月山西建筑SHANXIARCHITECTUREVol.39No.6Feb.2013度没有明显下降的材料称延性材料。
杆件的延性:构件中某一杆件(墙片中的连梁或墙肢、框架中的梁或柱)的塑性变形、能量吸收与耗散的能力。
构件的延性:结构中某一构件(一片墙或一榀框架)的塑性变形、能量吸收与耗散的能力。
结构的延性:通常指其整体塑性变形能力和抗地震倒塌能力。
2延性设计的原则实际工程中很难做到结构中所用杆件、构件均具有较高的延性,通常的做法是:对杆件的延性要求高于对构件的延性的要求;对构件的延性的要求高于对结构的延性要求。
1)加强如梁的两端、柱的上下端、抗震墙墙肢的根部等关键部位的延性。
2)加强构件中关键杆件的延性。
如壁式框架中窗间墙的延性,联肢墙中的窗裙梁的延性,框架(或框架筒体)中柱的延性。
3)设置多道抗震防线的抗震结构中加强第一道防线构件的延性。
如筒中筒的内筒延性,框架—抗震墙中抗震墙的延性。
4)加强房屋周边、平面不规则结构突变处构件的延性。
偏心结构应考虑扭转影响,加强刚度较弱一端构件的延性。
5)加强结构罕遇地震作用下塑性变形集中的薄弱楼层的构件延性。
如楼层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构的底层的延性,楼层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构的系数最小和相对较小楼层的延性,单层厂房的上柱的延性。
3延性设计的措施3.1材料的延性设计3.1.1纤维增强混凝土在普通混凝土中掺入适量的各种纤维材料而形成的纤维增强混凝土,可很好的提高混凝土结构的抗震延性。
应用较成熟的是在混凝土中掺入体积率为0.8% 1.5%的随机乱向分布的短钢纤维的钢纤维增强混凝土。
钢纤维按生产工艺常见有:切断钢纤维、剪切钢纤维、切削钢纤维、溶抽钢纤维,最有前途的是价格最低的溶抽钢纤维。
3.1.2高强混凝土由于使用功能的限制,高、超高层建筑的框架柱截面尺寸不能随意加大,轴向压力又很大,其轴压比大,柱的延性往往很差,在地震作用下呈脆性破坏,为降低轴压比宜采用高强混凝土(同时应注意控制降低剪压比),以获得良好延性。
3.1.3纤维增强高性能混凝土纤维增强高性能混凝土———在高强混凝土中掺加纤维是一种改善高强混凝土脆性的有效措施。
其拉伸应力—应变曲线在应力峰值后出现应变软化段,表明纤维增强高性能混凝土不仅大大提高了拉伸应力而且显著改善了高强混凝土的脆性。
试验还表明,在同样纤维体积含量的情况下,钢纤维和碳纤维对改善高强混凝土的脆性比合成纤维更为有效。
3.2“强柱弱梁”的延性设计柱是压弯构件,梁是受弯构件,框架梁的延性通常远大于柱的延性。
有目的地增大柱端弯矩设计值,体现“强柱弱梁”的延性设计,实现梁铰侧移机构,即塑性铰应首先在梁上形成,尽可能避免在危害更大的柱上出现塑性铰。
在强烈地震作用下,当结构发生较大侧移进入非弹性阶段时,框架保持足够的竖向承载力从而免于倒塌。
3.3梁柱的延性设计3.3.1控制轴压比轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值,以NfcA表示。
轴压比是影响柱子破坏形态和延性的主要因素之一。
试验表明,柱的位移延性随轴压比增大而急剧下降,尤其在高轴压比情况下,箍筋对柱的延性不再发挥作用。
因此在确定柱等轴压和压弯构件的截面尺寸时,要控制其轴压比。
抗震设计时,希望框架柱最终发生受拉钢筋首先屈服的具有较好塑性的大偏心受压破坏。
随轴压比的增大,会出现混凝土压碎而受拉钢筋并未屈服的呈受压塑性铰的小偏心受压破坏。
受拉塑性铰的大偏心受压破坏延性好,有较大吸收能量的能力,因此也要控制其轴压比最大值。
3.3.2限制剪跨比剪跨比是指截面弯矩与对应的剪力和截面有效高度的比值,以λ=MVh表示。
剪跨比λ>2为长柱,1.5<λ≤2为短柱,λ≤1.5为极短柱。
构造合理的条件下长柱一般发生延性好的弯曲破坏,短柱易发生剪切破坏,极短柱发生剪切斜拉破坏。
柱的剪切受拉和剪切斜拉破坏均属于脆性破坏,设计中应避免。
3.3.3降低剪压比剪压比指截面上平均剪应力与混凝土轴心抗压强度设计值的比值,是结构抗震设计中经常使用的关键指标。
杆件塑性铰区的截面剪压比对其延性、耗能能力、强度及刚度有明显的影响,当剪压比超过一定数值时,混凝土会碎裂,杆件较早出现斜裂缝,此时即使增加横向钢筋的用量,也不能有效提高其受剪承载力。
因此应降低剪压比(本质是要求杆件达到一定的面积指标)。
3.3.4加强约束箍筋震害表明,框架柱的破坏一般发生在柱上下端1.0倍 1.5倍柱截面高度范围内,加密柱端箍筋,可侧向支撑纵筋防止纵筋压屈、承担柱子剪力、提高混凝土抗压强度及弹塑性变形能力。
其中箍筋对混凝土的约束程度主要与箍筋形式、体积配箍率、箍筋抗拉强度及混凝土轴心抗压强度等因素有关。
3.3.5控制纵筋的配筋率为获得较大屈服变形,防止柱在地震作用下过早屈服,应增大柱纵向钢筋的最小总配筋率,且每一侧配筋率不应小于0.2%。
同时过大的配筋率易产生剪切破坏或粘结破坏从而使柱的延性变差,因此还应减小框架柱纵向钢筋的最大总配筋率。
同时加大纵向钢筋的锚固长度。