钢筋混凝土结构抗震思路的理解

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1、钢筋混凝土结构抗震思路的理解　　摘要：钢筋混凝土结构是我国工业与民用建筑中最常见的结构。正确掌握现在抗震设计方法还要理解抗震思路的由来，不仅要进行抗震理论计算，更要重视抗震的构造要求，采取适当的抗震技术措施确保结构安全。　　关键词：钢筋混凝土；核心抗震；抗震设计；抗震构造　　一、钢筋混凝土抗震的理论及应用　　自1932年M·A·Biot提出反应谱理论和1959年G·W·Housner给出世界上第一条设计谱以来，地震反应谱理论得到了全世界地震工程界的广泛认同，也因此吸引了全世界包括我国地震工程科学家和工程师对此进行了深入的研究，研究表明，对于

2、长周期（指弹性周期且T＞1.0s）的结构可以适用“等位移法则”，即弹性体系与弹塑性体系的最大位移反应总是基本相同的；而对于中周期（指弹性周期且0.12s＜T＜0.5s）的结构，则适用于“等能量法则”，即非弹性反应下的弹塑性变形能等于同一地震地面运动输入下的弹性变形能。这是因为：首先，通过人为措施可以使结构具有一定的延性，即结构在外部作用下，可以发生足够的非线性变形，而又维持承载力不会下降的属性。这样就可以保证结构在进入较大非线性变形时，不会出现因强度急剧下降而导致的严重破坏和倒塌，从而使结构在非线性变形状态下耗能成为可能。其次，作为非线弹性

3、材料的钢筋混凝土结构，在一定的外力作用下，结构将从弹性进入非弹性状态。在非弹性变形过程中，外力做功全部变为热能，并传入空气中耗散掉。由此我们可以想到，在地震往复作用下，结构在振动过程中，如果进入屈服后状态，将通过塑性变性能耗散掉部分地震输给结构的累积能量，从而减小地震反应。同时，实际结构存在的阻尼也会进一步耗散能量，减小地震反应。此外，结构进入非弹性状态后，其侧向刚度将明显小于弹性刚度，这将导致结构瞬时刚度的下降，自振周期加长，从而减小地震作用。　　二、钢筋混凝土结构的抗震措施　　我国抗震设计对钢筋混凝土结构提出的是“高延性要求”，也就是要

4、求结构在较大的屈服后塑性变形状态下仍保持其竖向荷载和抗水平力的能力，具体做法是通过合理设计使柱端抗弯能力大于梁端从而使结构在地震作用下形成“梁铰机构”，即塑性变形或塑性铰出现在比较容易保证具有较大延性能力的梁端；通过相应提高构件端部和节点的抗剪能力以避免构件发生非延性的剪切破坏。其核心是：　　（一）“强柱弱梁”措施　　主要是通过人为增大相对于梁的抗弯能力，使塑性铰更多的出现在柱端而不是梁端，让结构在地震引起的动力反应中形成“梁铰机构”或“梁柱铰机构”，通过框架梁的塑性变形来耗散地震能量。　　根据对构件在强震下非线线动力分析可知，强震下，由于

5、构件产生塑性变形，因此可以耗散部分地震能量，同时根据杆系结构塑性力学的分析知道，在保证结构不形成机构的要求下，“梁铰机构”或“梁柱铰机构”相对与“柱铰机构”而言，能够形成更多的塑性铰，从而能耗散更多的地震能量，因此我们需要加强柱的抗弯能力，引导结构在强震下形成更优、更合理的“梁铰机构”或“梁柱铰机构”。　　这一套抗震措施理念已被世界各国所接受，但是对于耗能机构却出现了以新西兰和美国为代表的两种不完全相同的思路。这两种思路都承认应该优先引导梁端出塑性铰，但是双方对柱端塑性铰出现的位置和数量有分歧。　　新西兰追求理想的梁铰机构，规范中底层柱的弯

6、距增大系数比其它柱的弯距增大系数要小一些，这么做的目的是希望在强震下，梁端塑性铰形成较为普遍，底层柱塑性铰的出现比梁端塑性铰迟，而其余所有的柱截面在大震下不出现塑性铰的“梁铰机构”。但是新西兰人也不认为他们的理想梁铰方案是唯一可用的方法，他们在规范中规定可以选用两种方法，一种是上述的理想梁铰机构法，另一种就是类似于美国的方法。　　美国规范的做法则希望在强震下塑性铰出现较早，柱端塑性铰形成较迟，梁端塑性铰形成得较普遍，柱端塑性铰可能要形成得要少一些的“梁－柱塑性铰机构”（柱端塑性铰可以在任何位置形成，这一点是与新西兰规范的做法是不同的）。中国

7、规范和欧洲EC8规范也是采用与美国类似的方法。　　（二）“强剪弱弯”措施　　用剪力增大系数增大梁端，柱端，剪力墙端，剪力墙洞口连梁端以及梁柱节点中的组合剪力值，并用增大后的剪力设计值进行受剪截面控制条件验算和受剪承载力设计，以避免在结构出现脆性的剪切破坏。　　钢筋混凝土的抗剪能力由混凝土自身的抗剪能力、裂缝界面的骨料咬合力、纵筋销栓力和箍筋的拉力4部分构成，而通过对框架梁在强震下的抗剪分析可知，混凝土的梁端抗剪能力在形成塑性铰后会比非抗震时有所下降，主要原因有以下几个：　　1．由结构力学和材料力学的分析可知，梁端总是正剪力大于负剪力，如果发

8、生剪切破坏时，剪压区一般都在梁的下部，而此时混凝土保护层已经剥落，且梁下端又没有现浇板，所以混凝土剪压区的抗剪能力会比非抗震时偏低。　　2．由于在强震下剪切破坏要发生在塑性铰充分