钢筋混凝土结构抗震延性设计分析

发表时间:2020/8/13   来源:《建筑实践》2020年39卷8期   作者:张旭
[导读] 我国幅员辽阔,地震灾害发生频率相对较高,抗震设计是任何建筑结构
        摘要:我国幅员辽阔,地震灾害发生频率相对较高,抗震设计是任何建筑结构设计时必须重视的问题。基于钢筋混凝土结构的应用广泛性,本文主要围绕此展开具体分析,首先明确了延性的概念及其在钢筋混凝土结构设计中的重要性,然后就钢筋混凝土结构延性的几点影响因素进行了简要介绍,最后就钢筋混凝土结构抗震延性设计要点展开分析,以期可供参考。
        关键词:钢筋混凝土结构;?抗震措施;?延性设计;
       
        根据钢筋混凝土结构的实际使用情况分析可知,其抗震能力不仅受到构件承载力的影响,在一定程度上也受到其变形能力、动力响应的影响,简单而言,建筑结构消耗、吸收地震能量的能力越强,则在地震作用下的安全性越好,避免出现全面倒塌事故。由此,在进行钢筋混凝土结构抗震设计时,延性的合理控制是十分关键的,通过有效提高结构与构件的塑性变形能力,可确保结构出现损坏后依旧可以承受较大变形,最大限度地减小地震灾害造成的损失。
        1 钢筋混凝土结构的延性问题分析
        根据我国建筑调查情况分析可知,钢筋混凝土结构的应用是最为普遍的,其需具有足够的强度、延性、整体性,方可具备良好的抗震能力。根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)要求,建筑结构在地震作用下,需具备足够的抵抗力、保持足够的延性要求,方可实现“小震不坏,中震可修,大震不倒”。
        所谓延性,指的是结构构件、截面等受力超过弹性阶段后,承载力无显著变化时的后期变形能力,即:构件破坏前的经受非弹性变形能力,相关延性系数包括:材料延性、截面曲率延性、构件的位移延性、结构位移延性等。钢筋混凝土结构的抗震能力,在一定程度上可以看作是其变形能力、耗能能力,由此,加强结构延性设计,可有效依靠结构的弹塑性变形,消耗、吸收地震能力,令屈服部分发生延性破坏,避免结构出现整体倒塌的情况。由此,在钢筋混凝土结构抗震设计中,必须将“延性问题”纳入重点考虑,合理把控结构塑性变形能力,保证结构安全。
        2 钢筋混凝土结构延性影响因素
        根据实践分析可知,钢筋混凝土结构抗震设计中,合理控制材料强度、轴压比等,可获得较好的延性参数,下文主要对影响延性的几方面因素进行分析。
        (1)材料强度:混凝土的强度直接关系到结构的抗剪承载力,尤其是对于节点核心区而言,若是混凝土出现强度不够的情况,则将直接出现开裂的情况,同时若是混凝土的强度过高,梁、柱截面尺寸减小,混凝土抗剪截面缩小,有可能出现抗震不利的情况;钢筋变形能力直接关系到结构延性,因此选择延伸性好的钢筋材料十分重要。
        (2)轴压比:钢筋混凝土结构抗震设计时,柱的轴压比控制在限值以内十分重要,轴压比增大,柱的延性会相应减小,其直接关系到地震作用下结构是否会发生大偏压破坏的问题。
        (3)箍筋构造:沿梁设置封闭箍筋可有效约束受压区混凝土,提高其极限压应变能力,箍筋越密构件延性越大,但是抗震设计时还需考虑施工可行性、经济性问题。
        (4)剪跨比:剪跨比直接关系到梁、柱极限变形能力,剪跨比>2为长柱,多为延性较好弯曲破坏;剪跨比≤2为短柱,延性较差,多为脆性破坏。
        3 钢筋混凝土结构抗震延性设计要点
        3.1 设计要点分析
        在进行钢筋混凝土结构抗震延性设计时,需着重把控好以下几点。
        3.1.1 强“柱”弱“梁”
        根据钢筋混凝土结构震害发生情况来看,塑性铰的分布直接影响结构延性,即:框架梁先出现梁铰结构,塑性铰分布较为均匀,抗震延性好;框架柱先出现柱铰结构,则抗震延性较弱,由此在进行抗震延性设计时,强“柱”弱“梁”是一大关键点。

基于强“柱”弱“梁”设计下,柱端抗弯能力需强于梁端,确保地震出现时,钢筋混凝土结构的框架梁先形成塑性铰,有效消耗更多的地震能量,维护整个结构的安全性,防止出现倒塌破坏。
        3.1.2 强“剪”弱“弯”
        对于钢筋混凝土结构而言,一旦发生震害,结构会根据构件实际承受能力进行内力的重新分配,因此在进行抗震设计时,为防止框架节点、结构构件出现脆性破坏的情况,做好强“剪”弱“弯”设计十分重要,即:结构构件受剪承载力高于构件屈服时的剪力。
        钢筋混凝土结构强“剪”弱“弯设计要点包括:抗剪承载力计算、设计剪力计算以及构造措施确定。根据实践可知,不同建筑物需根据区域抗震设防烈度、结构安全等级、场地类别等参数,合理确定抗震等级与性能目标,由此选择相应的抗剪承载力的计算公式,确保计算结果与实际情况相符,结构延性设计结果满足要求。
        3.1.3 强“节点”强“锚固”
        在进行钢筋混凝土结构抗震设计时,框架节点是延性设计的关键点,不得出现早期破坏。框架节点承受着剪力、压力的双重作用,需规范进行强度设计、设置足够的箍筋,保证其强度、延性均满足要求;同时合理增加抗震附加锚固长度,提高纵筋锚固强度。
        3.2 钢筋混凝土结构的延性保证
        钢筋混凝土结构中对其结构延展性有影响的因素有以下几种:钢筋的塑形变形性能、混凝土的弹塑性、钢筋与混凝土的粘接锚固性能。构成钢筋混凝土结构的原材料的性能都会对其结构的延性有影响作用。为了确保所建设的钢筋混凝土结构具有良好的延展性,在钢筋混凝土结构建造的过程中所使用的构件应当选用延伸率较大、与混凝土黏结性较好的抗震性能钢筋。而一些延伸率较低的钢筋,如冷拉钢筋和钢绞线一般适用于预应力钢筋混凝土结构中的构造钢筋。在配置热轧非预应力钢筋时不仅需要确保所选择的钢筋参数在合理的范围内,而且还需要选择适当的构造,从而确保所构建的钢筋混凝土结构的延展性能够满足建筑物抗震的需求。
        3.3 结构延性含义
        结构延性指的是建筑结构的某个横截面从开始承受力到承受最大的荷载过程中发生明显变形,而承载力没有显著下降的能力。因为我国有一部分的地区处于太平洋地震带,所以发生地震自然灾害的频率较高,自从我国发生了几次重大地震之后,抗震和防震已经成为建筑物行业的焦点。对地震发生原理进行分析可以得出,在地震发生的情况下,地震作用产生一种低周期、不断循环的力作用于建筑物结构。然而,建筑结构的延展性可以允许这部分力可以不断地转化,通过部分构件所承受的地震作用以能量的形式消耗,这样可以大幅度的降低建筑物在地震状况下发生的倒塌的概率。
        4 结语
        综上所述,在进行钢筋混凝土结构抗震设计时,延性设计是一大关键点,其直接关系到结构、构件能否具备较好的变形能力,从而有效消耗、吸收地震能量,真正实现建筑结构在地震作用下不出现倒塌的情况,最大限度地保证人员安全。在进行抗震延性设计时,强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固是基本设计要点,具体需进一步加强结构与变形能力、构件之间的关系,科学开展相关计算分析工作,合理选取梁柱规格、配筋率、箍筋间距等参数,切实保证结构安全可靠的同时,也具有较好的经济性。总而言之,在钢筋混凝土结构抗震设计的过程中加入延性设计是十分有必要的,这样不仅可以帮助建筑物结构在地震的条件下将动能不断地进行输出和转化,同时也能够大幅度的降低建筑物在地震情况下发生倒塌的概率。除此之外,钢筋混凝土结构抗震性能的设计可以为广大人民群众的生命安全带来更加可靠的安全保障。
        参考文献
        [1]魏文晖,杜凌,甘肃.高强钢筋高强混凝土结构抗震性能试验研究及有限元分析[J].武汉理工大学学报,2017(3):53~58.
        [2]张沛洲,欧进萍.低延性钢筋混凝土框架结构抗震性能分析与评估[J].建筑结构学报,2013(12):11~18.
        [3]张继文,蒋朝文.细晶高强钢筋混凝土梁柱组合体抗震性能试验研究[J].工业建筑,2009(11):33~39.
[4]易伟建,李浩等.钢筋混凝土柱的"强剪弱弯"可靠性区间分析[J].工程力学,2007(9):72~79.
投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: