鋼結(jié)構的延性設計

第四章鋼結(jié)構延性設計DuctileDesignofSteelStructures結(jié)構延性設計的若干基本概念鋼結(jié)構延性設計的基本概念一、結(jié)構抗震設計的三準則小震不壞中震可修3大震不倒剛度準則延性準則強度準則

鋼結(jié)構延性設計的基本概念一、結(jié)構抗震設計的三準則小震不壞剛度準則

設計者必須保證當?shù)匕l(fā)生十年至十五年出現(xiàn)一次的小地震時，建筑物應無任何破壞。如何防止較脆的且只能承受有限變形的非結(jié)構構件產(chǎn)生破壞必須限制結(jié)構的彈性位移，如層間位移等鋼結(jié)構延性設計的基本概念一、結(jié)構抗震設計的三準則2中震可修強度準則

對于不常發(fā)生的中等地震，允許有一些非結(jié)構構件受到損壞。但必須避免結(jié)構的某些不為由于大的非彈性變形而損壞，以免昂貴而又困難的修復工作在地震動荷載下總的結(jié)構反應必須是彈性的鋼結(jié)構延性設計的基本概念一、結(jié)構抗震設計的三準則3大震不倒延性準則

設計者要保證在使用期限內(nèi)不會由于罕遇地震（最大地震力）而倒塌，允許有極大的經(jīng)濟損失。結(jié)構必須具有相當大的非彈性變形能力鋼結(jié)構延性設計的基本概念二、抗震設計的目標1可行的能量耗散機構塑性變形耗能

I：建立希望出現(xiàn)的塑性鉸次序；II：依據(jù)I，給予每個構件適當?shù)膹姸?，以保證結(jié)構的塑性鉸旨在選擇的位置出現(xiàn)。鋼結(jié)構延性設計的基本概念二、抗震設計的目標2抗震設計概念抗震設計基本原理的核心：在不可預見的激烈的地面運動中，在結(jié)構內(nèi)選擇一個特定的耗能方式，即要求設計能夠保證在發(fā)生大震時一個建筑物一定會怎樣反應而非通過抗震分析，估計一個建筑物可能會怎樣反應構造鋼結(jié)構延性設計的基本概念二、抗震設計的目標3能量耗散機構的選擇

不同的結(jié)構體系的適宜能量耗散機構可能有所不同。舉例：多層框架結(jié)構塑性鉸必須產(chǎn)生在所有的梁上強柱弱梁但柱應比梁強多少，規(guī)范未定??鋼結(jié)構延性設計的基本概念二、抗震設計的目標3能量耗散機構的選擇

通常做法：I：先選擇一些構件，使之耗能；II：其它構件則被予以足夠強度，以保證已經(jīng)確定的耗能方式。鋼結(jié)構延性設計的基本概念三、結(jié)構的延性0延性概念的引入

i：動力分析表明:理論分析的彈性反應慣性力要比設計規(guī)范對地震荷載下建議的側(cè)向力大很多，差值幾乎無法用安全系數(shù)調(diào)和；ii：但按規(guī)范設計的結(jié)構大多數(shù)經(jīng)受住了地震的考驗iii：反常的原因，結(jié)構通過了非彈性變形吸震和耗能延性鋼結(jié)構延性設計的基本概念三、結(jié)構的延性1基本概念

所謂一個結(jié)構具有延性行為是指它能夠承受較大的非彈性變形，而強度并不顯著降低，故不至引起結(jié)構的失穩(wěn)和倒塌

鋼結(jié)構延性設計的基本概念三、結(jié)構的延性*延性概念的發(fā)展

材料的角度：

材料能夠抵抗較大的非彈性變形而不降低其強度的能力鋼結(jié)構延性設計的基本概念三、結(jié)構的延性*延性概念的發(fā)展材料的角度：

1964年,ASM（theMetalHandbookoftheAmericanSocietyforMetals)定義“延性”為金屬產(chǎn)生塑性變形而不產(chǎn)生裂縫的能力“Ductility”as“theabilityofamaterialtodeformplasticallywithoutfracture鋼結(jié)構延性設計的基本概念三、結(jié)構的延性*延性概念的發(fā)展材料的角度：

“brittleness”as“thequalityofamaterialthatleadstocrackpropagationwithoutplasticdeformations與“延性”相對應，“脆性”則為鋼結(jié)構延性設計的基本概念三、結(jié)構的延性*延性概念的發(fā)展根據(jù)上述概念，過去的觀點一直認為：鋼材是目前建筑材料延性最好的，因此，在鋼結(jié)構設計中，想當然地利用了鋼材的塑性變形能力；但是，事實表明：僅僅材料的良好延性并不能保證結(jié)構獲得應具備的延性。Materialductilityaloneisnotaguaranteeofductilestructuralwhensteelcomponentsandconnectionscanfailinbrittlemanner材料的延性結(jié)構的延性鋼結(jié)構延性設計的基本概念三、結(jié)構的延性*延性設計的起源和發(fā)展1860s，Luder在實驗中發(fā)現(xiàn)受拉試件超過彈性極限時會在其表面出現(xiàn)塑性鉸線；1868，Tresca1870s，Saint－Venant發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象1886，Bauschinger進行了生鐵試件的非彈性循環(huán)實驗隨后，其與Tetmajer一起進行了生鐵柱在塑性范圍內(nèi)的屈曲實驗，提出了在當時歐洲廣泛應用的柱強度經(jīng)驗公式鋼結(jié)構延性設計的基本概念三、結(jié)構的延性*延性設計的起源和發(fā)展在20世紀的上半葉，學者們開始關注鋼材與鋼構件截面上的塑性性能；1914年，有一些相關的實驗報告出來，這些研究活動主要集中在德國例如：現(xiàn)在被廣泛采用的Von-Mises(Huber-Hency-Mises)屈服準則就是源于1904，1913，1925年的研究成果

鋼結(jié)構延性設計的基本概念三、結(jié)構的延性*延性設計的起源和發(fā)展在20世紀的50s和60s，是這一領域相關研究的鼎盛時期其中以美國和英國的學者最為活躍，他們集合了其它國家學者的成果，給出了塑性設計與分析的工具，以替代當時的容許應力法（allowablestressmethod)此后，進一步的分析和實驗研究則不僅針對構件的極限承載力，也開始針對整個結(jié)構體系。AmericanInstituteofSteelConstruction當時的設計方法和條文目前仍在沿用CanadaInstituteofSteelConstruction鋼結(jié)構延性設計的基本概念三、結(jié)構的延性*延性設計的起源和發(fā)展在20世紀的60s以前，塑性設計并無抗震內(nèi)容當抗震成為人們關注的熱點后，研究方向主要朝兩個方向發(fā)展：一、建立更加完善的構件模型，把精力主要放在構件與結(jié)構的穩(wěn)定性上，當支撐設置適當，失穩(wěn)與塑性可能同時發(fā)生。二、發(fā)展設計方法和構造措施，以使結(jié)構在地震荷載下發(fā)生循環(huán)非彈性變形和能保持穩(wěn)定的塑性行為。需要構造措施保證在此之前不發(fā)生失穩(wěn)破壞。延性十分重要鋼結(jié)鼓構延鐮性設度計的仆基本杯概念三、膨結(jié)構綁的延們性*清延性刃設計匹的起臘源和稿發(fā)展一、褲建立傻更加疫完善鳴的構透件模月型，爸把精緣瑞力主偽要放包在構上件與作結(jié)構炮的穩(wěn)忌定性看上，憶當支丹撐設燙置適噴當，留失穩(wěn)扁與塑浮性可單能同每時發(fā)刮生。二、午發(fā)展煎設計離方法市和構溫造措遞施，雅以使峰結(jié)構扭在地江震荷約載下松發(fā)生背循環(huán)帳非彈佩性變無形和晝能保所持穩(wěn)裳定的銹塑性洪行為知。需拾要構塵造措犯施保比證在隊此之拜前不極發(fā)生幫失穩(wěn)叛破壞融。相互交秀融鋼結(jié)構久延性設綱計的基絕本概念三、結(jié)脂構的延索性2悄鋼結(jié)暢構延薦性設漆計所號包含坦的內(nèi)材料張層次賤的延就性截面與泊構件層很次的延耕性結(jié)構層革次的延彎性節(jié)點亂不屈蟻服十禮分重丈要鋼結(jié)貍構延談性設敞計的贊基本碧概念三、甜結(jié)構坦的延肥性3銷延性商的度昌量方啟式結(jié)構慌的延績性一肉般通若過位移延避性系數(shù)來度量：開始掏屈服敢的變嬸位（度彈性絡極限固位移黑）非彈臘性末專端的款變位斯（極土限位毀移）鋼結(jié)構妻延性設羅計的基慚本概念三、結(jié)消構的延龜性加州扭結(jié)構館工程撒師協(xié)律會推呢薦：3田延性傲的度芝量方鬧式鋼結(jié)構喚延性設搜計的基餃本概念三、帥結(jié)構叫的延翁性構件欠（以毒彎曲披變形母為主竹的構杯件）妹的延棄性一般始通過截面淹延性躁系數(shù)低（曲宣率延橫性系培數(shù)）來度量：截面鴿開始察屈服若的曲鼻率截面非據(jù)彈性末遺端的曲飯3爹延性賓的度奇量方晶式鋼結(jié)構鞭延性設另計的基突本概念三、結(jié)伴構的延允性4礎延性迫設計假方法框架暗結(jié)構安的整貓體位掙移延夾性系迎數(shù)構件截悔面的曲燥率延性毫系數(shù)控制必須桂強迫榴結(jié)構北按預續(xù)定次枝序和恢位置釋出現(xiàn)殼塑性稱鉸以早使結(jié)暈構按姓預定立的模年式破墳壞鋼結(jié)構鋼結(jié)裙構延康性設截面、役構件、刑結(jié)構（迅包括節(jié)蓋點）的偷塑性分嗽析Du溫ct扎il稅e瓣De危si哥gn錢o刻f膠St境ee齒l悠St概ru腔ct愁ur煤esMic豆helBr輪un海ea棟u1嗎鋼材2截面暢的塑掃性行攜為3腿塑性養(yǎng)分析家的概瓶念4駁塑