地震作用下混凝土结构的性能

周数 0 5 10 15 20
25
26
三、钢筋混凝土构件的抗震性能
3. 钢筋混凝土梁-柱节点
N 千斤顶施加竖向荷载
申克机施加反复荷载
轴承板
试件
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三、钢筋混凝土构件的抗震性能
4. 钢筋混凝土墙体
28
四、基于承载力的构件抗震设计
强柱弱梁
强剪弱弯
29
五、钢筋混凝土结构延性分析
1. 延性的基本概念
*1995年阪－神地震后，据西宫、民 崎、伊丹和宝家市的调查，在34栋 倒塌、严重破坏的钢筋混凝土结构 中，有30栋是底层破坏。
8
二、地震作用下混凝土结构的破坏特征
结构体系－－中间层破坏
*对有刚度突变、结构布置不合理、 有软弱层的结构，会发生这种破坏。 *对刚度和质量分布较均匀的结构， 在高阶振型的作用下也会发生此种 破坏。 *阪－神大地震时，神户市中央区三 宫附近至少有10幢房屋属这种破坏， 这些房屋多为写字楼,6～10层，破 坏的层次为3～6层，且各层均具有 相同的平面形状。1990年菲律宾吕 宋岛地震时很多房屋也出现过类似 的破坏。
33
五、钢筋混凝土结构延性分析
2. 框架结构的延性
梁柱截面的弯曲延性
M M
c
Ass
c

N
y u
Ass
s
截面的极 限曲率
＝ u/ y
截面的屈 服曲率
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五、钢筋混凝土结构延性分析
2. 框架结构的延性
A s 35 As 500 35
材料强度、配筋对梁柱截面的弯曲延性的影响
150
-30
-20
-10
-30 -50
10
20
30 (10-2rad) -30
-20
-10
10
20
30 (10-2rad)
-50 -80
25
三、钢筋混凝土构件的抗震性能
2. 钢筋混凝土柱
不同配箍形式钢筋混凝土短柱承载力退化情况
a 恢复力(%) 100 80 60 40 20
b
c
d
d
b c a
921
比例（％）
4.73
7.63
10.58
20.42
56.64
2
一、地震对混凝土结构的危害
2008年5月12日汶川地震后什邡市部分钢筋混凝土 房屋震害调查结果（城区84幢＋乡镇21幢）
总数 84 基本完好 轻微损坏 中等破坏 严重破坏 29 43 10 2 倒塌 0
百分比
34.5%
51.2%
11.9%
20
三、钢筋混凝土构件的抗震性能
2. 钢筋混凝土柱
不同加载路径—菱形
BD向 AC向 BD向 AC向 BD向 AC向 位移 3周 3周 3周 时间
21
三、钢筋混凝土构件的抗震性能
2. 钢筋混凝土柱
不同加载路径—等幅循环荷载
BD向 AC向 BD向 AC向 BD向 AC向 位移 3周 3周 3周 时间
250
30
25 20
μ
30
ρ s'/ρ s=1.00 0.75 0.50 1.00
μ
15 10 5
μ
15 10 5 0 0 0.01 0.02 ρs 0.03
fc=15Mpa fy=fy' =240Mpa
25 20
ρ 's/ ρ s=1.00 0.75
25
fc=19Mpa fy=fy' =240Mpa
R
1 R
0.2 5.0 13.0
0.4 2.5 3.6
0.6 1.7 1.9
0.8 1.3 1.3
1.0 1.0 1.0


1 R2 2R 2
目前大多数国家的设计规范考虑到混凝土结构的塑性性能，其 水平地震作用的标准值都小于弹性水平地震作用的反应值。根 据二者的比值R可以估算出结构所需的延性系数，一般地取＝ 3－ 5
μ
16 14 12 10 8 6 4 2 0 0
20
20
ρ s'/ ρ s=1.00
μ
10 5 0
μ
fc=15Mpa fy=fy' =340Mpa
15
ρ s'/ρ s=1.00
fc=19Mpa fy=fy' =340Mpa 0.75 0.25
15 10 5 0 0 0.01
ρ s'/ ρ s=1.00 0.75
5
二、地震作用下混凝土结构的破坏特征
结构构件－－受剪破坏
*汶川5.12地震震害
6
二、地震作用下混凝土结构的破坏特征
结构构件－－节点破坏
*汶川5.12地震震害
7
二ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ地震作用下混凝土结构的破坏特征
结构体系－－底层破坏
*较普遍的破坏形式。对底层大空间 的高层建筑，由于底层相对较弱； 对于多层建筑，由于底层承受的地 震剪力最大，一般均发生此类破坏。
ρ s'/ ρ s=1.00
20 15 10 5
fc=23Mpa fy=fy' =240Mpa 0.75 0.25
0.50 0.00
0.00
0 0.01 0.02 ρs
0.50
0.25
0.04
0 0 0.01 0.02 ρs 0.03
0.25
0.04
0 0.03
0.04
16 14 12 10 8 6 4 2 0 0
1. 钢筋混凝土梁
荷 载 分 配梁 P
受弯剪时
试 验 梁
外加荷 载
数据采集 系统
l/3 l P(kN) 800 400
位 移 计
l/3
-80 -60
-40
-20 400 800
0
20 40
60 80
(mm)
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三、钢筋混凝土构件的抗震性能
2. 钢筋混凝土柱
带定向 滑轮的 千斤顶 P
300 D 6@ 80 300 1214 720
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二、地震作用下混凝土结构的破坏特征
结构体系－－中间层破坏
*汶川5.12地震震害
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二、地震作用下混凝土结构的破坏特征
结构体系－－叠饼式的坍塌
* 柱子或墙体较弱，破坏后各层楼 板重叠坍塌。 *当柱子的截面尺寸沿房屋高逐渐减 小时，结构很容易发生叠饼式的坍 塌。1985年墨西哥地震和1995年阪 －神地震时出现过多起这种破坏形 式。
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二、地震作用下混凝土结构的破坏特征
结构体系－－整体坍塌
*框架结构产生足够的梁铰后，形成的侧移机构而引起的倒塌。
*虽然这种破坏的破坏程度较重，但是，结构坍塌以前要经历较大的 塑性变形，结构具有良好的延性性能和耗能能力。结构设计时一般都 希望结构出现此类破坏。
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三、钢筋混凝土构件的抗震性能
1. 钢筋混凝土梁
高等混凝土结构原理
地震作用下混凝土结构的性能
同济大学土木工程学院 顾祥林
gxl@
一、地震对混凝土结构的危害
1995年日本阪-神大地震的震害统计结果（1626幢钢筋
混凝土结构房屋）
破坏程度 倒 塌 严重破坏 中等破坏 轻微破坏 基本完好
房屋数量 (幢)
77
124
172
332
fc=23Mpa fy=fy' =340Mpa
1.00
0.25
0.50
0.75
1.00
0 0.01
0.50
0.02 ρs
1.00
0.02 ρs
0.50
*配置受压钢筋可以提高截面的延性
0.25
0.03 0.04
0.01
0.02 ρs
0.03
0.04
0.03
0.04
*受拉钢筋的含量越高，截面的延性越差，但当截面受拉钢筋的配筋率大于0.02 时，截面延性减小的速度趋于平缓
20 15 10 5
fc=23Mpa fy=fy' =240Mpa 0.75 0.25
0.50 0.00
0.00
0 0.01 0.02 ρs
0.50
0.25
0.04
0 0 0.01 0.02 ρs 0.03
0.25
0.04
0 0.03
0.04
*混凝土的强度越高，梁截面的延 性越好；钢筋的强度越高，梁截面 的延性越差
弹塑性水平地 震作用与弹性 水平地震作用 的比值 OB y 1 R OA u
认为两个结构体系达最大 挠度时所储存的变形势能 相同
R
1 2 1
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五、钢筋混凝土结构延性分析
1. 延性的基本概念
抗震设计时对延性系数的要求
两点认识： 11) 结构设计时，若地震作用的取值 小于弹性水平地震作用，就要求有 足够大的延性系数与之对应； 22) 若地震作用相同，结构的延性系 数越大，安全储备亦越大。
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二、地震作用下混凝土结构的破坏特征
结构体系－－叠饼式的坍塌
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二、地震作用下混凝土结构的破坏特征
结构体系－－底层或中间层破坏引起的整体倒塌
*由于底层或中间某些重要构件破坏 而使上部结构倒塌。
*1990年菲律宾棉吕宋岛地震时，该 岛碧瑶的一宾馆（Hyatt Terrace Hotel in Baguio）整体倒塌[13-2]。 1976年唐山地震时，天津碱厂蒸吸 塔工程13层高的钢筋混凝土框架结 构7层以上全部倒塌。
20
20
ρ s'/ ρ s=1.00
μ
μ
10 5 0
μ
fc=15Mpa fy=fy' =340Mpa