9-第四章-钢结构的延性设计PPT课件
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第四章 钢结构延性设计 Ductile Design of Steel Structures
结构延性设计的若干基本概念
钢结构延性设计的基本概念
一、结构抗震设计的三准则
1 小震不坏
刚度准则
2 中震可修
强度准则
3 3 大震不倒
延性准则
钢结构延性设计的基本概念
一、结构抗震设计的三准则
1 小震不坏
刚度准则
当时的设计方法和 条文目前仍在沿用
American Institute of Steel Construction Canada Institute of Steel Construction
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性设计的起源和发展
在20世纪的60s以前，塑性设计并无抗震内容
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性设计的起源和发展
在20世纪的50s和60s，是这一领域相关研究的鼎盛时期
其中以美国和英国的学者最为活跃，他们集合了其它国 家学者的成果，给出了塑性设计与分析的工具，以替代 当时的容许应力法（allowable stress method)
此后，进一步的分析和实验研究则不仅针对构件的极限 承载力，也开始针对整个结构体系。
定义“延性”为金属产生塑性变形而不产生裂缝的能 力
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性概念的发展
材料的角度：
与“延性”相对应，“脆性” 则为
“brittleness” as “the quality of a material that leads to crack propagation without plastic deformations
在地震动荷载下总的结 构反应必须是弹性的
钢结构延性设计的基本概念
一、结构抗震设计的三准则
3 大震不倒
延性准则
设计者要保证在使用期限内不会由于罕遇地震 （最大地震力）而倒塌，允许有极大的经济损失。
结构必须具有相当大 的非弹性变形能力
钢结构延性设计的基本概念
二、抗震设计的目标
1 可行的能量耗散机构
塑性变形耗能
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性设计的起源和发展
1860s，Luder在实验中发现受拉试件超过弹性极限时 会在其表面出现塑性铰线；
1868，Tresca 1870s，Saint－Venant
发现了同样的现象
1886，Bauschinger进行了生铁试件的非弹性循环实验 随后，其与Tetmajer一起进行了生铁柱在塑性范围内
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性概念的发展
根据上述概念，过去的观点一直认为：
钢材是目前建筑材料延性最好的，因此，在钢结构设
计中，想当然地利用了钢材的塑性变形能力； 材料的延性 结构的延性
但是，事实表明：仅仅材料的良好延性并不能保证结 构获得应具备的延性。
Material ductility alone is not a guarantee of ductile structural when steel components and connections can fail in brittle manner
I ：建立希望出现的塑性铰次序；
II： 依据I，给予每个构件适当的强度，以保证 结构的塑性铰旨在选择的位置出现。
钢结构延性设计的基本概念
二、抗震设计的目标
2 抗震设计概念
抗震设计基本原理的核心： 在不可预见的激烈的地面运动中，在结构内选
择一个特定的耗能方式构，造即要求设计能够保证
在发生大震时一个建筑物一定会怎样反应
延性 iii：反常的原因，结构通过了非弹性变形吸震和耗能
钢Leabharlann Baidu构延性设计的基本概念
三、结构的延性
1 基本概念
所谓一个结构具有延性行为是指它能够 承受较大的非弹性变形，而强度并不显 著降低，故不至引起结构的失稳和倒塌
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性概念的发展
材料的角度：
材料能够抵抗较大的非弹性变形而不降低其强度的能力
而非 通过抗震分析，估计一个建筑物可能会怎样反应
钢结构延性设计的基本概念
二、抗震设计的目标
3 能量耗散机构的选择
不同的结构体系的适宜能量耗散机构可能有所不同。 举例：多层框架结构
塑性铰必须强产柱生弱在所梁有的梁上 但 柱应比梁强多少，规范未定??
钢结构延性设计的基本概念
二、抗震设计的目标
3 能量耗散机构的选择
设计者必须保证当地发生十年至十五年出 现一次的小地震时，建筑物应无任何破坏。
如何防止较脆的且只能承受有 限变形的非结构构件产生破坏
必须限制结构的弹性位移， 如层间位移等
钢结构延性设计的基本概念
一、结构抗震设计的三准则
2 中震可修
强度准则
对于不常发生的中等地震，允 许有一些非结构构件受到损坏。
但必须避免结构的某些不为由于大的非弹性 变形而损坏，以免昂贵而又困难的修复工作
当抗震成为人们关注的热点后，研究方向主要朝两个方向发展：
一、建立更加完善的构件模型，把精力主要放在 构件与结构的稳定性上，当支撑设置适当，失稳 与塑性可能同时发生。
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性概念的发展
材料的角度：
1964年, ASM（the Metal Handbook of the American Society for Metals)
“Ductility” as “the ability of a material to deform plastically without fracture
的屈曲实验，提出了在当时欧洲广泛应用的柱
强度经验公式
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性设计的起源和发展
在20世纪的上半叶，学者们开始关注钢材与钢构件截 面上的塑性性能；
1914年，有一些相关的实验报告出来，这些研究活动 主要集中在德国
例如：
现在被广泛采用的Von-Mises (Huber-Hency-Mises) 屈服准则就是源于1904，1913，1925年的研究成果
通常做法： I ：先选择一些构件，使之耗能；
II： 其它构件则被予以足够强度，以保证已 经确定的耗能方式。
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
0 延性概念的引入
i ：动力分析表明:理论分析的弹性反应惯性力要比设 计规范对地震荷载下建议的侧向力大很多，差值几 乎无法用安全系数调和；
ii：但按规范设计的结构大多数经受住了地震的考验
结构延性设计的若干基本概念
钢结构延性设计的基本概念
一、结构抗震设计的三准则
1 小震不坏
刚度准则
2 中震可修
强度准则
3 3 大震不倒
延性准则
钢结构延性设计的基本概念
一、结构抗震设计的三准则
1 小震不坏
刚度准则
当时的设计方法和 条文目前仍在沿用
American Institute of Steel Construction Canada Institute of Steel Construction
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性设计的起源和发展
在20世纪的60s以前，塑性设计并无抗震内容
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性设计的起源和发展
在20世纪的50s和60s，是这一领域相关研究的鼎盛时期
其中以美国和英国的学者最为活跃，他们集合了其它国 家学者的成果，给出了塑性设计与分析的工具，以替代 当时的容许应力法（allowable stress method)
此后，进一步的分析和实验研究则不仅针对构件的极限 承载力，也开始针对整个结构体系。
定义“延性”为金属产生塑性变形而不产生裂缝的能 力
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性概念的发展
材料的角度：
与“延性”相对应，“脆性” 则为
“brittleness” as “the quality of a material that leads to crack propagation without plastic deformations
在地震动荷载下总的结 构反应必须是弹性的
钢结构延性设计的基本概念
一、结构抗震设计的三准则
3 大震不倒
延性准则
设计者要保证在使用期限内不会由于罕遇地震 （最大地震力）而倒塌，允许有极大的经济损失。
结构必须具有相当大 的非弹性变形能力
钢结构延性设计的基本概念
二、抗震设计的目标
1 可行的能量耗散机构
塑性变形耗能
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性设计的起源和发展
1860s，Luder在实验中发现受拉试件超过弹性极限时 会在其表面出现塑性铰线；
1868，Tresca 1870s，Saint－Venant
发现了同样的现象
1886，Bauschinger进行了生铁试件的非弹性循环实验 随后，其与Tetmajer一起进行了生铁柱在塑性范围内
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性概念的发展
根据上述概念，过去的观点一直认为：
钢材是目前建筑材料延性最好的，因此，在钢结构设
计中，想当然地利用了钢材的塑性变形能力； 材料的延性 结构的延性
但是，事实表明：仅仅材料的良好延性并不能保证结 构获得应具备的延性。
Material ductility alone is not a guarantee of ductile structural when steel components and connections can fail in brittle manner
I ：建立希望出现的塑性铰次序；
II： 依据I，给予每个构件适当的强度，以保证 结构的塑性铰旨在选择的位置出现。
钢结构延性设计的基本概念
二、抗震设计的目标
2 抗震设计概念
抗震设计基本原理的核心： 在不可预见的激烈的地面运动中，在结构内选
择一个特定的耗能方式构，造即要求设计能够保证
在发生大震时一个建筑物一定会怎样反应
延性 iii：反常的原因，结构通过了非弹性变形吸震和耗能
钢Leabharlann Baidu构延性设计的基本概念
三、结构的延性
1 基本概念
所谓一个结构具有延性行为是指它能够 承受较大的非弹性变形，而强度并不显 著降低，故不至引起结构的失稳和倒塌
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性概念的发展
材料的角度：
材料能够抵抗较大的非弹性变形而不降低其强度的能力
而非 通过抗震分析，估计一个建筑物可能会怎样反应
钢结构延性设计的基本概念
二、抗震设计的目标
3 能量耗散机构的选择
不同的结构体系的适宜能量耗散机构可能有所不同。 举例：多层框架结构
塑性铰必须强产柱生弱在所梁有的梁上 但 柱应比梁强多少，规范未定??
钢结构延性设计的基本概念
二、抗震设计的目标
3 能量耗散机构的选择
设计者必须保证当地发生十年至十五年出 现一次的小地震时，建筑物应无任何破坏。
如何防止较脆的且只能承受有 限变形的非结构构件产生破坏
必须限制结构的弹性位移， 如层间位移等
钢结构延性设计的基本概念
一、结构抗震设计的三准则
2 中震可修
强度准则
对于不常发生的中等地震，允 许有一些非结构构件受到损坏。
但必须避免结构的某些不为由于大的非弹性 变形而损坏，以免昂贵而又困难的修复工作
当抗震成为人们关注的热点后，研究方向主要朝两个方向发展：
一、建立更加完善的构件模型，把精力主要放在 构件与结构的稳定性上，当支撑设置适当，失稳 与塑性可能同时发生。
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性概念的发展
材料的角度：
1964年, ASM（the Metal Handbook of the American Society for Metals)
“Ductility” as “the ability of a material to deform plastically without fracture
的屈曲实验，提出了在当时欧洲广泛应用的柱
强度经验公式
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
* 延性设计的起源和发展
在20世纪的上半叶，学者们开始关注钢材与钢构件截 面上的塑性性能；
1914年，有一些相关的实验报告出来，这些研究活动 主要集中在德国
例如：
现在被广泛采用的Von-Mises (Huber-Hency-Mises) 屈服准则就是源于1904，1913，1925年的研究成果
通常做法： I ：先选择一些构件，使之耗能；
II： 其它构件则被予以足够强度，以保证已 经确定的耗能方式。
钢结构延性设计的基本概念
三、结构的延性
0 延性概念的引入
i ：动力分析表明:理论分析的弹性反应惯性力要比设 计规范对地震荷载下建议的侧向力大很多，差值几 乎无法用安全系数调和；
ii：但按规范设计的结构大多数经受住了地震的考验