短信预约提醒成功
三、保证结构延性能力的抗震措施
合理选择了结构的屈服水准和延性要求后，就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性能力，从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标。系统的抗震措施包括以下几个方面内容：
1.“强柱弱梁”：人为增大柱相对于梁的抗弯能力，使钢筋混凝土框架在大震下，梁端塑性铰出现较早，在达到最大非线性位移时塑性转动较大;而柱端塑性铰出现较晚，在达到最大非线性位移时塑性转动较小，甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。
2.“强剪弱弯”：剪切破坏基本上没有延性，一旦某部位发生剪切破坏，该部位就将彻底退出结构抗震能力，对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值，使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。
3.抗震构造措施：通过抗震构造措施来保证形成塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力，同时保证结构的整体性。
这一系统的抗震措施理念已被世界各国所接受，但是对于耗能机构却出现了以新西兰和美国为代表的两种不完全相同的思路。首先，这两种思路都是以优先引导梁端出塑性铰为前提。
新西兰的抗震研究者认为耗能机构宜采用符合塑性力学中的“理想梁铰机构”，即梁端全部形成塑性铰，同时底层柱底也都形成塑性铰的“全结构塑性机构”。其具体做法是通过结构分析得到各构件组合内力值后，对梁端截面就按组合弯矩进行截面设计;而对除底层柱底以外的柱截面，则用人为增大了以后的组合弯矩和组合轴力进行设计;对底层柱底截面则用增大幅度较小的组合弯矩和组合轴力进行截面设计。通过这一做法实现在大震下的较大塑性变形中，梁端塑性铰形成的较为普遍，底层柱底塑性铰出现迟于梁端塑性铰，而其余所有的柱截面不出现塑性铰，最终形成“理想梁铰机构”。为此，这种方法就必须取足够大的柱端弯矩增强系数。
美国抗震界则认为新西兰取的柱弯矩增强系数过大，根据经验取了较小的柱弯矩增强系数，这一做法使结构在大震引起的非弹性变形过程中，梁端塑性铰形成较早，柱端塑性铰形成的相对较迟，梁端塑性铰形成的较普遍，柱端塑性铰形成的相对少一些，从而形成“梁柱塑性铰机构”。
新西兰抗震措施的好处在于“理想梁铰机构”完全利用了延性和塑性耗能能力较好的梁端塑性铰来实现框架延性和耗散地震能量，同时因为除底层柱底外的其它柱端不出现塑性铰，也就不必再对这些柱端加更多的箍筋。但是这种思路过于受塑性力学形成理想机构概念的制约，总认为底层柱底应该形成塑性铰，这样就对底层柱底提出了较严格的轴压比要求，同时还要用足够多的箍筋来使柱底截面具有所需的延性，此外，底层柱底如果延性不够发生破坏很容易导致结构整体倒塌。这些不利因素使该方法丧失了很大的优势。
因此很多研究者认为不需要被塑性力学的机构概念所限制，只要能在大震下实现以下的塑性耗能机构，就能保证抗震设计的基本要求：
1.以梁端塑性铰耗能为主;
2.不限制柱端塑性铰出现(包括底层柱底)，但是通过适当增强柱端抗弯能力的方法使它在大震下的塑性转动离其塑性转动能力有足够裕量;
3.同层各柱上下端不同时处于塑性变形状态。
我国的抗震措施中对耗能机构的考虑也基本遵循了这一思路，采用了“梁柱塑性铰机构”模式，而放弃了新西兰的基于塑性力学的“理想梁铰机构”模式。
抗震设计中我们为了避免没有延性的剪切破坏的发生，采取了“强剪弱弯”的措施来处理构件受弯能力与受剪能力的关系问题。值得注意的是，与非抗震抗剪破坏相比，地震作用下的剪切破坏是不同的。以梁构件为例，在较大地震作用下，梁端形成交叉斜裂缝区，该区混凝土受斜裂缝分割，形成若干个菱形块体，而且破碎会随着延性增长而加剧。由于交叉斜裂缝与塑性铰区基本重合，垂直和斜裂缝宽度都会随延性而增大。抗震下根据梁端的受力特征，正剪力总是大于负剪力，正剪力作用下的剪压区一般位于梁下部，但由于地震的往复作用，梁底的混凝土保护层可能已经剥落，从而削弱了混凝土剪压区的抗剪能力;交叉斜裂缝宽度比非抗震情况大，以及斜裂缝反复开闭，混凝土破碎更严重，从而使斜裂缝界面中的骨料咬合效应退化;混凝土保护层剥落和裂缝的加宽又会使纵筋的销栓作用有一定退化。可见，地震作用下，混凝土抗剪能力严重退化，但是试验发现箍筋的抗剪能力仍可以维持。
当地震作用越来越小时，梁端可能不出现双向斜裂缝，而出现单向斜裂缝，裂缝宽度发育也从大于非抗震情况到接近非抗震情况，抗剪环境越来越有利。此外，抗震抗剪要求结构构件应在大震下预计达到的非弹性变形状态之前不发生剪切破坏。因为框架剪切破坏总是发生在梁端塑性铰区，这就不仅要求在梁端形成塑性铰前不发生剪切破坏，而且抗剪能力还要维持到塑性铰的塑性转动达到大震所要求的程度，这就需要更多的箍筋。同时，在梁端塑性变形过程中作用剪力并没有明显增大，也进一步说明这里增加的箍筋不是用来增大抗剪强度，而是为了提高构件在发生剪切破坏时所达的延性。
综上所述，与非抗震抗剪相比，抗震抗剪性能是不同的，其性能与剪力作用环境，塑性区延性要求大小有关。我们可以采取以下公式来考虑抗震抗剪的强度公式：其中为混凝土抗剪能力，为箍筋抗剪能力，为由于地震作用导致的混凝土抗剪能力下降的折减系数，且随着剪力作用环境、延性要求而改变。我国的抗震抗剪强度公式也以上面公式为基础的，但是为设计方便，不同的烈度区取用了相同的公式，均取为0.6，与上面提到的混凝土抗剪能力随地震作用变化而不同的规律不一致，较为粗略。
延性对抗震来说是极其重要的一个性质，我们要想通过抗震措施来保证结构的延性，那么就必须清楚影响延性的因素。对于梁柱等构件，延性的影响因素最终可归纳为最根本的两点：混凝土极限压应变，破坏时的受压区高度。影响延性的其他因素实质都是这两个根本因素的延伸。如受拉钢筋配筋率越大，混凝土受压区高度就越大，延性越差;受压钢筋越多，混凝土受压区高度越小，延性越好;混凝土强度越高，受压区高度越低，延性越好(但如果混凝土强度过高可能会减小混凝土极限压应变从而降低延性);对柱子这类偏压构件，轴压力的存在会增大混凝土受压区高度，减小延性;箍筋可以提高混凝土极限压应变，从而提高延性，但对于高强度混凝土，受压时，其横向变形系数较一般混凝土明显偏小，箍筋的约束作用不能充分发挥，所以对于高强度混凝土，不适于用加箍筋的方法来改善其延性。此外，箍筋还有约束纵向钢筋，避免其发生局部压屈失稳，提高构件抗剪能力的作用，因此箍筋对提高结构抗震性能具有相当重要的作用。根据以上规律，在抗震设计中为保证结构的延性，常常采用以下措施：控制受拉钢筋配筋率，保证一定数量受压钢筋，通过加箍筋保证纵筋不局部压屈失稳以及约束受压混凝土，对柱子限制轴压比等。
更多内容访问>> 注册土木工程师(岩土)考试频道 注册土木工程师(岩土)考试论坛 岩土工程师课程试听
·2010年注册土木工程师（岩土）考试辅导招生简章
·岩土工程师辅导现在报名任意专业知识赠送专业知识习题班
·老师辅导每天24小时不限时间随时反复学习……