混凝土結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)

混凝土結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)摘要：現(xiàn)階段的國(guó)家發(fā)展、建設(shè)過程中，各類工程的建設(shè)數(shù)量、規(guī)模都在大幅度的提升，整體上創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益不斷鞏固。從客觀的角度來看，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震延性設(shè)計(jì)，是業(yè)界內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。所以，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震延性設(shè)計(jì)，需要在日后更好的完善。文章就此展開討論，并提出合理化建議。關(guān)鍵詞：混凝土；結(jié)構(gòu)；延性設(shè)計(jì)一、前言在建筑設(shè)計(jì)施工過程中，抗震性是一項(xiàng)重要的內(nèi)容，抗震性的主要指標(biāo)是結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)，本文就混凝土結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。二、結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)的重要性抗震性能化設(shè)計(jì)是我國(guó)抗震設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)，但是目前在實(shí)際工程中對(duì)砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)大部分工程仍然采用與我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)相適應(yīng)的低承載力高延性設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)大震不壞的抗震設(shè)防目標(biāo)需要砼框架結(jié)構(gòu)在大震作用下仍然處于彈性狀態(tài)，由于砼框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)大震作用不一定出現(xiàn)，高承載力低延性的抗震設(shè)計(jì)會(huì)使砼框架結(jié)構(gòu)造價(jià)高，與我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)水平不相適應(yīng)，且砼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般未考慮出現(xiàn)的非預(yù)計(jì)荷載可以通過砼框架結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)確保砼框架結(jié)構(gòu)超載時(shí)實(shí)現(xiàn)延性破壞，因此目前進(jìn)行砼框架結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)意義仍然十分重大。1、 對(duì)于砼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般未考慮非預(yù)計(jì)荷載，例如偶然超載，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，延性材料的后期變形能力可作為出現(xiàn)非預(yù)計(jì)荷載情況的安全儲(chǔ)備。2、 有利于實(shí)現(xiàn)砼框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力充分重分布砼框架結(jié)構(gòu)屬于超靜定結(jié)構(gòu)，超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與截面的抗彎剛度有關(guān)，若把砼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為延性結(jié)構(gòu)，則隨著荷載的增加，將在砼框架結(jié)構(gòu)梁端首先出現(xiàn)裂縫，引起梁各截面之間相對(duì)剛度發(fā)生變化，因而導(dǎo)致砼框架梁中內(nèi)力重分布。在砼框架結(jié)構(gòu)梁端受拉鋼筋屈服后，表現(xiàn)在砼框架結(jié)構(gòu)梁端出現(xiàn)塑性鉸，由于砼框架結(jié)構(gòu)梁端塑性鉸出現(xiàn)，改變了砼框架結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，砼框架結(jié)構(gòu)將發(fā)生顯著的內(nèi)力重分布，得到有利的彎矩分布，使配筋合理，節(jié)約材料，而且便于砼框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)施工。三、 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)延性性能的作用在抗震設(shè)防地區(qū)都應(yīng)當(dāng)將鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成延性結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)經(jīng)過中等烈度的地震作用后，加以修復(fù)仍可重新使用，在強(qiáng)地震下不至于倒塌，從而保證人們的生命安全。結(jié)構(gòu)延性在建筑抗震中有以下作用：防止結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞;實(shí)現(xiàn)塑性內(nèi)力重分布;承受非地震作用的偶然荷載。四、 影響鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)延性性能的因素由于框架結(jié)構(gòu)由梁、柱以及節(jié)點(diǎn)組成，那么影響鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)性能的因素也就是影響柱、梁和節(jié)點(diǎn)延性的因素。1、 影響梁延性的主要因素鋼筋和混凝土強(qiáng)度等級(jí)；梁截面尺寸；梁縱筋配筋率；(4)剪壓比；(5)配箍率。2、 影響柱延性的主要因素混凝土的強(qiáng)度等級(jí)；框架柱的截面形狀；(3)軸壓比；(4)剪跨比；縱向鋼筋的配筋率；箍筋的形式及箍筋的間距。3、影響節(jié)點(diǎn)延性的主要因素鋼筋和混凝土強(qiáng)度等級(jí)；節(jié)點(diǎn)形式；(3)軸壓比；(4)剪壓比；(5)水平箍筋和豎向箍筋；柱縱向鋼筋；樓板；偏心影響。五、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制、延性結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)對(duì)框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)及框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系而言都是空間結(jié)構(gòu)。而且，在做了一些合理的假定后可以把空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成平面結(jié)構(gòu)，使計(jì)算大大簡(jiǎn)化。規(guī)范作了一些假定，本文不再贅述。由結(jié)構(gòu)力學(xué)知道，通過計(jì)算模型的簡(jiǎn)化，一棉框架結(jié)構(gòu)各柱、梁間是鋼結(jié)點(diǎn)而形成的幾何不變結(jié)構(gòu)體系時(shí)，是一個(gè)高次超靜定結(jié)構(gòu)，如果允許某些適當(dāng)部位出現(xiàn)塑性鉸而不產(chǎn)生構(gòu)件的局部脆性破壞，那么框架結(jié)構(gòu)在強(qiáng)地震作用下就能成為具有較大變形能力的結(jié)構(gòu)，可通過結(jié)構(gòu)變形來吸收和耗散能量，從而降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，使地震作用得到控制，為結(jié)構(gòu)提供經(jīng)受強(qiáng)烈地震、防止倒塌的能力。所以，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)必須假設(shè)在設(shè)防地震烈度發(fā)生時(shí)，結(jié)構(gòu)的某些部分鋼筋會(huì)屈服，能形成具有足夠轉(zhuǎn)動(dòng)能力的塑性鉸，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。如果結(jié)構(gòu)能維持承載力而又具有足夠的塑性變形能力，這就是延性框架。其荷載p與位移△曲線如圖1：△u為框架頂點(diǎn)的水平位移?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的位移由各個(gè)桿件的變形構(gòu)成，當(dāng)各桿件都處于彈性階段時(shí)，結(jié)構(gòu)變形也是彈性的。桿件屈服后，結(jié)構(gòu)就出現(xiàn)塑性變形。在地震作用下，首先進(jìn)入屈服的構(gòu)件稱為主要耗能構(gòu)件。這些構(gòu)件在屈服進(jìn)展過程中受其他處于彈性構(gòu)件約束，這一階段稱為有約束屈服階段。抗震設(shè)計(jì)就是要設(shè)法延長(zhǎng)這一階段以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。這個(gè)由彈性階段到有約束屈服階段（彈塑性階段），再到無約束屈服階段（全塑階段），直到最后破壞的過程就是結(jié)構(gòu)在地震作用下表現(xiàn)的全過程。塑性鉸可能出現(xiàn)在粱上，也可能出現(xiàn)在柱上，所以梁柱都應(yīng)具有良好的延性?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制有兩種基本類型：柱鉸機(jī)制和梁鉸機(jī)制。其他機(jī)制均可由這兩種基本機(jī)制組合而成。由結(jié)構(gòu)力學(xué)可知：在地震作用下框架柱先于梁出現(xiàn)塑性鉸時(shí)，為柱鉸機(jī)制，結(jié)構(gòu)體系變?yōu)榭勺兘Y(jié)構(gòu)機(jī)制，隨著框架的水平側(cè)移急劇增大，堅(jiān)向荷載引起附加彎距也急劇增大，其豎向承載力就會(huì)大大下降，當(dāng)承載力下降到低于柱所擔(dān)負(fù)的軸向力時(shí)，就會(huì)危及整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全；在地震作用下框架的全部梁柱先于柱出現(xiàn)塑性鉸（約束屈服）并且最底部柱屈服，稱為梁鉸機(jī)制，六、提高構(gòu)件延性的措施為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在遭遇罕見地震作用時(shí)的抗倒塌能力，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較高的延性。對(duì)結(jié)構(gòu)延性的要求具體體現(xiàn)在對(duì)構(gòu)件延性的要求上,特別是要提高結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵構(gòu)件和構(gòu)件中的關(guān)鍵部位的延性。關(guān)鍵構(gòu)件包括:在結(jié)構(gòu)豎向的薄弱樓層的構(gòu)件，結(jié)構(gòu)平面上房屋周邊轉(zhuǎn)角處和平面突變處的構(gòu)件，作為耗能元件設(shè)計(jì)的構(gòu)件（如聯(lián)肢剪力墻中的連梁）等。關(guān)鍵部位如梁柱的兩端、剪力墻的底部加強(qiáng)部位等。在設(shè)計(jì)中一般可采取下列措施來提高構(gòu)件的延性：1、減小豎向構(gòu)件的軸壓比豎向構(gòu)件的延性對(duì)防止結(jié)構(gòu)的倒塌至關(guān)重要。對(duì)于鋼筋混凝土豎向構(gòu)件，軸壓比是影響其延性的主要因素之一。試驗(yàn)研究表明，鋼筋混凝土柱子和剪力墻的變形能力隨著軸壓比的增加而明顯下降。抗震規(guī)范對(duì)抗震等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)的框架柱和抗震等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)的剪力墻底部加強(qiáng)部位的軸壓比進(jìn)行了限制?？蚣苤某跏冀孛娉叽绯３８鶕?jù)軸壓比的限制來進(jìn)行估算。2、控制構(gòu)件的破壞形態(tài)構(gòu)件的破壞形態(tài)機(jī)理和破壞形態(tài)決定了其變形能力和耗能能力。發(fā)生彎曲破壞的構(gòu)件的延性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)生剪切破壞的構(gòu)件，一般認(rèn)為彎曲破壞是一種延性破壞，而剪切破壞是一種脆性破壞。七、結(jié)束語(yǔ)在混凝土設(shè)計(jì)施工過程中延性的好壞直接影響著混凝土的抗震性能，因此，在我們要保證混凝土結(jié)構(gòu)的延性。參考文獻(xiàn)：鄧明科，張陽(yáng)璽，陳尚城.高延性混凝土加固框架柱抗震性能試驗(yàn)研究及其軸壓比限值分析[J].土木工程學(xué)報(bào),2019,52(02):22-31+65.袁曉清.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計(jì)的未來發(fā)展趨勢(shì)[J].山東工業(yè)技術(shù),2018(12):107.皮驍