延性设计

延性的一个重要参数
，定义为
n
N Ac fc
3．箍筋配筋率λv
v
v
f yv fc
框架柱的箍筋有三个作用：抵抗剪力，对混凝土提供约束 ，防止纵筋压屈。
改善构件延性的途径
1.控制构件的破坏形态
结构延性和耗能的大小，决定于构件的破坏形态及其塑化过程。 弯曲构件的延性远远大于剪切构件的延性。 ２. 减小杆件轴压比 就框架体系而论，柱的延性对于耗散输入的地震能量，防止框架 的倒塌，起着十分重要的作用，而轴压比又是影响钢筋混凝土柱 延性的一个关键性因素。所以，在结构设计中，确定柱、墙肢等 轴压和压弯构件的截面尺寸时，应该控制其轴压比值。 ３.高强混凝土的应用
+ 能力保护设计原则的基本思想在于:通过设计，使 结构体系中的延性构件和能力保护构件形成强度 等级差异，确保结构构件不发生脆性的破坏模式。
+ 1)在概念设计阶段，选择合理的结构布局； + 2)确定地震中预期出现的弯曲塑性铰的合理位置，并保证结构能形成
一个适当的塑性耗能机制； + 3)对潜在塑性铰区域，通过计算分析或估算建立截面“弯矩一转角”
+ 地震之所以造成结构损坏甚至倒塌，在于 它激起的地震惯性力超过了结构的强度。 如果纯粹依靠强度来抵抗地震作用，无疑 会造成材料的巨大浪费。因此，在工程抗 震中，一般都希望利用结构和构件的延性 抗震，即利用塑性铰减小地震力，并耗散 能量。
+ 从变形的角度看，地震造成结构损坏的原因，在 于它激起的变形超出了结构的弹性极限变形；同
在结构抗震设计中，“结构延性”这个术语实际上有以下４ 层含义：
① 结构总体延性：一般用结构的“顶点侧移比”或结构的“平均 层间侧移比”来表达；
② 结构楼层延性：以一个楼层的层间侧移比来表达；
③ 构件延性：指整个结构中某一构件（一榀框架或一片墙体）的 延性；
④ 杆件延性：指一个构件中某一杆件（框架中的梁或柱，墙片中 的连梁或墙肢）的延性。
*在正常配筋的条件下，梁截面的曲率延性系数一般均小于30 *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
*配置受压钢筋可以提高截面的延性
*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
圆箍或螺旋箍筋对柱截面的弯曲延性的影响
一般而言，在结构抗震设计中，对结构中重要构件的延性 要求，高于对结构总体的延性要求；对构件中关键杆件或部 位的延性要求，又高于对整个构件的延性要求 。
要使建筑物在遭遇强烈地震时具有很强的抗倒塌能力，最 理想的是使结构中的所有构件及构件中的所有杆件均具有较 高的延性，然而，实际工程中很难完全做到这一点。比较经 济有效的办法是，有选择地重点提高结构中的重要构件以及 某些构件中关键杆件或关键部位的延性。
+ 必须指出的是，延性抗震在经济上的优势是以结 构出现一定程度的损坏为代价的。这也是延性抗 震设计的一个主要缺陷。
+ 要保证延性结构在大震下以延性的形式反应，能 够充分发挥延性构件的延性能力，就必须确保不 发生脆性的破坏模式(如剪切破坏)，以及防止脆性 构件和不希望发生非弹性变形的构件发生破坏。 要达到这一目的，就要采用能力设计方法进行延 性抗震设计。这一方法，目前正逐渐为世界各国 的规范所接受。
设计中应该注意，采用高强混凝土时，还应适当降低剪压比。 4 .钢纤维混凝土的应用 5 .型钢混凝土的应用
M
延
反映截面、构件、结构钢 Mu
性
筋屈服以后的变形能力
My
以截面为例：用延性系数表示截面 的延性
O
y
u y
பைடு நூலகம் u
As1 As2
u1 u2 y1 y2
cu
1
u1 y1
2
u 2
y2
u1 As1
延性结构的要求和分析
1．要保证框架结构有一定的延性，梁、柱构件需要具有足够的延性，钢筋混 凝土构件的剪切破坏是脆性的，或者延性很小。因此，构件不能过早剪坏； 2．框架结构中，塑性铰出现在梁上比较有利，如图所示： 3．塑性铰出现在柱中的时候，很容易形成破坏机构，如图所示： 4．延性框架，不仅要保证梁、 柱构件必须具有延性外，还必须保证各构件的 连接部分—节点区不出现脆性剪切破坏，同时还要保证支座连接和锚固不发 生破坏。
（ 3 ）对于具有多道抗震防线的抗侧力体系，应着重提高第 一道防线中构件的延性。
（ 4 ）在同一构件中，应着重提高关键杆件的延性。
（ 5 ）在同一杆件中，重点提高延性的部位应该是预期该构 件地震时首先屈服的部位。
延性框架的概念
在罕遇地震作用下要求结构处于弹性状态是不必要，也是不经济的。通常是 在中等烈度的地震作用下允许结构某些构件屈服，出现塑性铰，使结构刚度 降低，塑性变形加大。当塑性铰达到一定数量后，结构会出现屈服现象，即 承受的地震作用力不增加或增加很少，而结构变形迅速增加。
框架顶点水平位移是由各个杆件的变形形成的。当各杆件都处于弹性阶段 时，结构变形是弹性的。当杆件屈服后，结构就出现塑性变形。框架中，塑性 铰可能出现在梁上，也可能出现在柱上，因此，梁、柱构件都应由良好的延性 。构件的延性以构件的变形或塑性铰转动能力来衡量，称为构件位移延性比 μf
＝fu /fy 或截面曲率延性比 μφ＝φu /φy 。
约束混凝土 土
fcc
fc0 O
非约束混凝土 Ec
Esec
c0 2c0 sp cc
环箍断裂
cu
M (kN-m) 900 750 600 450 300 150
0
矩形柱
圆柱2
圆柱1
构件 截 面
纵筋
矩形柱 600700 圆柱1 D＝731
820 820
圆柱2 D＝731 820
N=2413kN, fc=19.5Mpa
+ 研143 周华
+ 延性的定义
通常定义为在初始强度没有明显退化情况下的非弹 性变形能力。它包括两个方面的能力，一是承受 较大的非弹性变形，同时强度没有明显下降的能 力；二是利用滞回特性吸收能量的能力。
+ 从延性的本质来看，它反映了一种非弹性变形的 能力，即结构从屈服到破坏的后期变形能力，这 种能力能保证强度不会因为发生非弹性变形而急 剧下降。
其原则是： （１）在结构的竖向，应该重点提高楼房中可能出现塑性变形
集中的相对柔弱楼层的构件延性。
提高延性的重点楼层 （a）大底盘建筑；（b）框托墙结构体系
（ 2 ）在平面位置上，应该着重提高房屋周边转角处、平面 突变处以及复杂平面各翼相接处的构件延性。对于偏 心结构，应加大房屋周边特别是刚度较弱一端构件的延 性。
左图为延性结构的荷载－位 延性结构的荷载－位移曲线 移曲线，延性结构即是能维
持承载能力而又具有较大塑 性变形能力的结构。
结构延性能力通常用顶点水 平位移延性比来衡量。
延性比定义：
μ＝Δu/Δy
其中：Δy——结构屈服时的 顶点位移；
Δu——能维持承载能 力的最大顶点位移。
延性结构在结果中等烈度的地震作用后，加以修复任可以重新使用，在罕 遇地震下也不至于倒塌。符合抗震设计的“三水准”要求，因此在地震区都应 该设计延性结构。经过合理设计，钢筋混凝土框架可以达到较大的延性，称为 延性框架结构。
注意：上述抗震措施要点，不仅适用于延性框架，也适用于其它钢筋混凝土 延性结构。
影响框架柱延性的主要因素
1．剪跨比λ 影响钢筋混凝土柱破坏形态的主要因素是剪跨比。剪跨比λ是反映
柱截面承受的弯矩和剪力相对大小的一个参数，表示为λ＝M/Vhc
M H0
Vhc 2hc
2．轴压比µn
轴压比也是影响钢筋
混凝土柱破坏形态和
u2 As2
cu
y1 As1 As2
y2
结构的 延性
取决于
构件的 延性
取决于
截面的 延性
y
y
取决于
配筋量
位移延性系数
结构的极 限位移
＝ u / y
结构的屈 服位移
梁柱截面的弯曲延性
M M
N
y
u
截面的极
限曲率
＝ u/ y
c Ass c
Ass s
截面的屈 服曲率
材料强度、配筋对梁柱截面的弯曲延性的影响
1．强柱弱梁 要控制梁、柱的相对强度，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免和减少柱子 中的塑性铰；
2．强剪弱弯 对于梁、柱构件，要保证构件出现塑性铰而不过早剪坏，因此，要使构件抗 剪承载力大于塑性铰抗弯承载力，为此要提高构件的抗剪承载力；
3．强节点、强锚固、弱构件 要保证节点区和钢筋锚固不过早破坏，不在梁、柱塑性铰充分发挥作用前破 坏。
小震不坏；中震可修；大震不倒
由于地震作用与结构本身的特性密切相关且由于钢 筋混凝土结构的弹塑性性能，单纯提高结构的强度 以保证大震不倒是不经济也是不科学的，应该在保 证结构具有足够强度的同时，使其在超过弹性后具 有足够的变形能力来吸收和耗散地震能
结构（或构件）超过弹性后的变形能力即为结构（或构件）的延性
箍筋 8@200
8@200
10@80
5 10 15 20 25 30
(10-6)
谢谢
样，地震造成结构倒塌的原因，在于它激起的反
复的弹塑性变形，超出了结构的滞回延性。因此，
如果通过设计，使结构具有能够适应大震弹塑性
变形的滞回延性，则结构在遭遇大地震时，尽管 可能严重损坏，但结构抗震设防的最低目标—— 免于倒塌破坏，却始终能得到保证。这种思想即 为延性抗震设计的基本思想。
+ 从能量的观点看，结构延性抗震设计的基本原理， 是将结构部分构件设计成具有较好的滞回延性， 在预期的地震动作用下，通过延性构件发生的反 复弹塑性变形循环耗散掉大量的地震输入能量， 从而保证结构的抗震安全。
之间的对应关系；然后利用这些关系确定结构的位移延性和塑性铰区 截面的预期抗弯强度； + 4)对选定的塑性耗能构件，进行抗弯设计； + 5)估算塑性铰区截面在发生设计预期的最大延性范围内的变形时，其 可能达到的最大抗弯强度； + 6)按塑性铰区截面的弯曲超强强度，进行塑性耗能构件的抗剪设计以 及能力保护构件的强度设计； + 7)对塑性铰区域进行细致的构造设计，以确保潜在塑性铰区截面的延 性能力。 + 8）对于脆性构件或不希望出现塑性变形的构件，确保其强度安全等 级高于包含塑性铰的构件