混凝土结构延性设计

混凝土结构延性设计

李良玉

（河北科技师范学院土木工程0901 秦皇岛市河北大街360号 066000）

摘要：针对延性和耗能能力对结构抗震有非常重要的作用，但在设计中却远没有达到对结构承载能力和刚度问题的重视程度，在介绍延性设计的概念的基础上，提出了对框架及剪力墙的基本延性设计思路，并介绍了在设计中常用的一些保证结构或构件延性和耗能能力的方法，供大家在设计中参考。

关键词：混凝土结构；延性；耗能能力；框架；剪力墙

Concrete ductility design of structure

LiLiangyu

(City Construction College ofcivil engineeringin Hebei Normal University of Science and Technology 0901Qinhuangdao,360 HeBei

street 066000)

Abstract:Ductility and energy dissipation capacity for to structure seismic have very important role, but in design but far from reach bearing capacity of structure.And the attention of rigidity, introduces the concept of the ductility design, this paper puts forward the framework and shear wall basic ductility design train of thought.And introduce the design of the commonly used in some guarantee structure or component ductility and energy dissipation capacity method, for everybody in the design of reference.

Key words:Concrete structure; Ductility; Energy dissipation capacity; Framework; Shear wall.

1 引言

我们在地震区进行结构设计时，为达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防要求，通过计算，往往使结构要具备足够大的承载能力，足够大的刚度以及应具备足够大的延性和耗能能力。承载能力是最重要的，它是结构可靠度的保证。同样，结构必须具有足够大的侧移刚度和扭转刚度。在同一地震作用下，刚度小的结构破坏程度大，变形小的结构破坏程度小。结构、构件的刚度与承载能力是相关的，一般来说，刚度大承载能力也大，刚度小承载能力也小。我们在设计计算中很重视上述两项，但对结构应具备足够大的延性和耗能能力并没有引起重视。经济、合理的按能力设计法设计的抗震结构应当是：在大震作用下，部分结构构件破坏，通过延性耗散地震能量，避免结构倒塌。

2试验研究

2.1 结构延性的概念

延性包括材料、截面、构件和结构的延性。延性是指屈服后，强度和承载能力没有显著降

低时的塑性变形能力。延性大，说明塑性变形能力大，强度或承载力的降低缓慢，从而有足够大的能力吸收和耗散地震能量，避免结构倒塌；延性小，说明达到最大承载能力后承载力迅速降低，变形能力小，呈现脆性破坏，引起结构倒塌。

结构延性可以来自材料延性、截面曲率延性、构件位移延性和结构位移延性。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。我国规范没有对结构、构件的延性系数和耗能能力做定量的规定，只规定了罕遇地震作用下各结

构体系的弹塑性层问位移角限值。例如，钢筋混凝土框架结构的屈服层间位移角为1／200左右，规范规定其弹塑性层间位移角限值为1／50。

钢筋混凝土结构都应该设计成延性结构。“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则，也就是要做到在设防烈度地震作用下，允许部分构件出现塑性铰，这种状态是“中震可修”状态；合理控制塑性铰部位、构件又具备足够的延性，可做到在大震作用下结构不倒塌的状态。

延性结构的塑性变形可以耗散地震能量，虽然结构变形会加大，但内力不会很大，对构件的承载能力要求不会很高。也就是说，延性结构是用它的变形能力，而不是承载力抵抗强烈的地震作用。因此，对于地震发生概率极少的抗震结构，延性结构是一种经济合理和安全的设计方向。

2.2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。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，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。具体措施可采用如图l所示增加梁端的纵向钢筋，或如图2所示增加梁端高度，提高梁端受弯及受剪承载力。一般将屈服的位置移至图1，图2中的控制截面，控制截面与柱面之间的距离不小于500 mm和梁高，塑性铰的起始截面距控制截面250 mm或1／2梁高，塑性铰长度为2倍梁高，该范围内箍筋应予加密。

2.3 延性框架柱

柱是框架的竖向结构，地震时柱破坏和丧失承载力比梁破坏和丧失承载力更容易引起框架倒塌。影响柱的延性和耗能的主要因素有：剪跨比，轴压比，纵筋配筋率和塑性铰区箍筋的配置。现行规范对这几方面已作了详细的要求，这里不再赘述。我们只需遵循以下基本设计概念，即采用大剪跨比柱，避免小剪跨比柱，限制轴压比，提高纵筋配筋率，保证约束塑性铰区混凝土的箍筋等。

其中，当由于为保证限制轴压比而采用了较大截面柱时，势必造成较小的柱剪跨比，这是不利的。我们常采用如图3所示的分体柱措施来避免形成短柱或极短柱。分体柱是用隔板将柱分为等截面的单元柱，一般为4个单元柱，截面的内力设计值由各单元柱均担，按现行规范对单元柱承载力验算，在柱的上下端留有整截面过渡区，过渡区内配置复合箍。分体柱