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来源：职称驿站所属分类：材料科学论文 发布时间：2012-08-17浏览：62次
摘要：本文主要对钢筋混凝土结构和构件延性进行了分析，介绍了影响钢筋混凝土结构和构件延性的因素，但是在具体工程的设计中，因为地震的发生具有很大的不确性，所以对框架结构抗震来说不能仅靠计算解决，概念设计比计算设计还要重要。钢筋混凝土框架结构的各类构件应具有必要的强度和刚度，并具有良好的延性性能，避免构件的脆性破坏。
关键词：钢筋混凝土、延性、影响因素。
1、 延性作用概述。
混凝土结构或构件的破坏可分为脆性破坏和延性破坏两种，脆性破坏是指结构或构件达到最大承载力后突然丧失承载能力，在没有预兆的情况下发生的破坏，延性破坏是指结构或构件承载力没有显著降低的情况下，经历很大的非线性变形后所发生的破坏，在破坏前给人以警示。延性好的结构抗震性能也好，在大震下即使结构构件达到屈服，仍然可以通过屈服截面的塑性变形来消耗地震能，避免发生脆性破坏。在大震后的余震发生时，因为塑性铰的出现，结构的刚度明显变小，周期变长，所受地震力会明显减小，震害减轻。地震过后结构的修复也较容易。因此在地震区结构必须具备一定的延性，并且设防烈度越高、结构高度越大，对延性的要求也越高。
2、 影响结构延性的主要因素
框架结构是由梁、板、柱以及节点这四部分组成的，其中梁、柱以及节点的延性决定了整个框架结构的延性，因此只要保证梁、柱和节点的延性也就保证了框架结构的延性，从而也就保证了框架结构的抗震能力。
（1） 影响梁延性的主要因素：
梁是框架结构中的主要受力构件之一，在抗震设计中要求塑性铰首先出现在梁端且又不能发生剪切破坏，同时还要防止由于梁筋屈服渗入节点而影响节点核芯区的性能。因此要注重强柱弱梁的设计原则，强柱弱梁设计原则实质是控制塑性铰在框架中出现的位置，塑性铰出现在梁端可以使结构在破坏前有较大的变形，吸收和耗散较多的地震能量，因而具有较好的抗震性能。同样还要注重强剪弱弯的设计原则，强剪弱弯设计原则实质是控制梁的破坏形态，使其发生延性较好的弯曲破坏，避免脆性的剪切破坏。设计中对梁的截面宽度有一定的要求，在地震作用下，梁端塑性铰区混凝土保护层容易剥落，故梁截面宽度过小则截面损失比例较大，所以一般框架梁宽度不宜小于200mm，同时为了提高节点剪力，避免梁侧向失稳及梁塑性铰区发展范围，分别要求梁宽不宜小于柱宽的1/2，梁的高宽比不宜大于4。另外，梁的延性对梁的配筋也有一定的要求，因为一定的受压钢筋可以减小混凝土受压区高度，且在地震作用下梁端可能会出现正弯矩，如果梁底面钢筋过少，梁下部破坏严重会影响梁的承载力和变形能力。因此，梁端截面上纵向受压钢筋与纵向受拉钢盘保持一定比例，对梁的延性有很大的影响。当梁的配筋率较低时，弯矩达到最大值后，弯矩———曲率曲线能保持相长的水平段，因而大大提高了梁的延性和耗散能量的能力。在梁端预期塑性铰区段加密箍筋可以约束混凝土，提高其变形能力，从而获得较高的梁截面转动能力，增强其延性。
（2） 影响柱延性的主要因素：
柱是框架结构中主要的受力构件，在抗震规范中对框架柱的设计提出了很多要求。并且还应遵循强柱弱梁的设计原则，若柱中出现塑性铰，不易修复而且容易引起结构倒塌。框架柱的截面形状和尺寸直接影响框架柱界限破坏时钢筋和混凝土内应力应变的分布，还将影响混凝土受压边缘的极限压应变，为了保证框架柱有足够的延性，框架柱截面尺寸在两个主轴方向的刚度相差不宜太大。设计中一般首先通过轴压比来确定柱的截面，轴压比是指框架柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积的比值，通过限制框架柱轴压比保证框架柱有足够的变形能力，轴压比的大小，与柱的破坏形态和变形能力是密切相关的，随着轴压比不同，柱将产生两种破坏形态。受拉钢筋首先屈服的大偏心受压破坏和破坏时受拉钢筋并不屈服的小偏心受压破坏。而且，轴压比是影响柱的延性的重要因素之一，柱的变形能力承受轴压比增大而急剧降低，尤其在高轴压比下，增加箍筋对改善柱变形能力的作用并不明显。所以，抗震设计中应限制柱的轴压比不能太大，其实质就是希望框架柱在地震作用下，仍能实现大偏心受压下的弯曲破坏，使柱具有延性性质，不至于发生脆性破坏，从而保证框架柱“坏而不倒”。同样剪跨比能反映出截面上弯曲正应力和剪应力的比例关系，是决定框架柱是延性破坏还是脆性破坏的主导因素，钢筋混凝土框架柱剪跨比越大延性越好。比如，柱的剪跨比λ＝M/V•ho，（M为计算截面上与剪力设计值V相应的弯矩设计值，ho为柱截面高度）。剪跨比λ≥2的柱属于长柱，只要构造合理，通常发生延性好的弯曲破坏；剪跨比1.5≤λ＜2的柱为短柱，柱子将发生以剪切为主的破坏，当提高混凝土强度等级或配有足够的箍筋时，也可能发生具有一定延性的剪压破坏，但混凝土强度过高，其极限压应变变小，变形能力变差，对柱子的延性将产生极为不利的影响；剪跨比λ＜1.5的柱为极短柱，柱子的破坏形态是脆性的剪切斜拉破坏，几乎没有延性，设计中应当避免。另外，从实际工程设计中可以得知，增大纵向钢筋朽筋率对框架柱本身有利，在一定程度上能提高截面的延性，但是，当纵向配筋量达到一定值时，对框架柱变形能力的提高就不明显了，而且如果纵向钢筋量过大，容易使柱子产生剪切破坏，使延性变差。为了避免地震作用下框架柱过早地进入屈服阶段，增大屈服时柱的变形能力，提高柱的延性和耗能能力，全部纵向钢筋的配筋率也不应过小。
由于箍筋能改善混凝土的受力性能，特别能有效提高混凝土受压区边缘的最大应变，因此能提高柱子的延性。在柱中配置足够的箍筋，可约束核芯混凝土，显著提高柱子的混凝土极限应变值，提高抗压强度，防止斜裂缝的开展，从而可充分发挥柱子的变形和耗能能力，提高柱子的延性。而且箍筋作为纵向钢盘的侧向支承，能起到阻止纵向钢筋压屈的作用，使纵向钢筋充分发挥抗压强度。所以规范规定框架柱端箍筋应加密。此外，框架柱的延性与箍筋形式有关。在条件相同的情况下，采用连续矩形复合螺旋箍筋比一般复合箍筋可提高柱的极限变形角25%，所以矩形截面柱采用连续矩形复合螺旋箍可大大提高其延性。
3、 影响节点延性的主要因素：
节点是框架梁与柱构件的公共部分，节点的失效就意味着与之相连的梁与柱同时失效，所以对节点应予以足够的重视。由于节点区的受力状况非常复杂，所以在结构设计时只有保证各节点不出现脆性剪切破坏，才能使梁、柱充分发挥其承载力和变形能力。即在梁、柱塑性铰顺序出现完成之前，节点区不能过早破坏。影响节点延性的主要因素有以下几点：①剪压比，为了防止框架节点核心区出现斜拉或斜压的脆性破坏，必须控制剪压比，限制配箍率，避免框架节点核心区混凝土的破坏先于箍筋的屈服，保证节点有一定的延性。②轴压比，由于柱轴压力的作用，当轴压比超过某一临界值时，框架节点受压区混凝土产生徽裂缝，使混凝土压碎，抗剪承载力下降，因此要限制轴压比在一定的范围之内，以确保其延性。③箍筋，在框架节点内配置水平封闭箍筋，一方面对框架节点核芯区混凝土产生有利约束，增强传递轴向荷载的能力，另一方面承担部分水平剪力，提高框架节点的抗剪承载力，混凝土与箍筋同时充分发挥作用，使节点核芯区受剪承载力在破坏时达到最大。
4、 结束语。
在框架结构抗震设计时应遵循“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的原则，使其具有多道防线，从而实现我国抗震规范提出的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三个水准设防目标。
参考文献：
1、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
2、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）
3、黄世敏《建筑震害与设计对策》
《论延性钢筋混凝土框架结构的设计要点》
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文章名称： 论延性钢筋混凝土框架结构的设计要点
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