尚 溫 擴(kuò)

(山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院,山西 太原 030045)

混凝土結(jié)構(gòu)基于位移的抗震能力設(shè)計(jì)

尚 溫 擴(kuò)

(山西省煤炭規(guī)劃設(shè)計(jì)院,山西 太原 030045)

分析了基于位移的抗震能力設(shè)計(jì)方法之中控制延性抗震能力設(shè)計(jì)方法以及能力譜設(shè)計(jì)方法，以期能夠?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)的抗震能力設(shè)計(jì)工作提供一定參考。

混凝土結(jié)構(gòu),位移,抗震設(shè)計(jì)

1 概述

我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程進(jìn)一步深化，城市的規(guī)模也不斷擴(kuò)張，而由于遭受地震災(zāi)害導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失也非常嚴(yán)重，同時(shí)地震災(zāi)害也會(huì)嚴(yán)重威脅人們的生命安全。根據(jù)財(cái)新網(wǎng)所公布的數(shù)據(jù)情況來看，在2008年我國(guó)發(fā)生的汶川地震中，造成直接經(jīng)濟(jì)損失約8 450億元，在2010年我國(guó)發(fā)生的玉樹地震中，直接經(jīng)濟(jì)損失約610億元。由此可見，地震災(zāi)害所帶來的危害是非常大的，也要求我們應(yīng)當(dāng)全面分析地震災(zāi)害中混凝土結(jié)構(gòu)受力以及位移情況，了解應(yīng)當(dāng)采用何種方式確?；炷两Y(jié)構(gòu)的安全性，保障混凝土結(jié)構(gòu)在遭遇地震災(zāi)害時(shí)能夠達(dá)到預(yù)設(shè)的抗震效果。不過，現(xiàn)階段在混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中，采用承載力設(shè)計(jì)方法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)有著一定的缺陷，在20世紀(jì)90年代美國(guó)工程技術(shù)人員首次應(yīng)用了基于性能抗震設(shè)計(jì)方法，此種方法是依據(jù)各個(gè)抗震水準(zhǔn)以及混凝土結(jié)構(gòu)具體情況，確定適宜的性能指標(biāo)，然后采取科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，保證混凝土結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到抗震要求。

2 基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法

此種設(shè)計(jì)方法是在遵循投資與效益的準(zhǔn)則之下，并且充分的考慮混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)共性要求以及個(gè)性要求，選擇適宜的設(shè)防目標(biāo)，確保所設(shè)計(jì)方案不僅可以滿足設(shè)防目標(biāo)的相關(guān)要求，同時(shí)還能達(dá)到經(jīng)濟(jì)與可靠的要求?；谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)方法是依照混凝土結(jié)構(gòu)重要性以及混凝土結(jié)構(gòu)具體功能來選擇不同的水準(zhǔn)，例如，生命安全水準(zhǔn)、避免坍塌水準(zhǔn)等等，再依照各個(gè)水準(zhǔn)要求而采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，以保證混凝土結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)功能。依照各種性能因素的區(qū)別，基于性能的抗震能力設(shè)計(jì)方法又可以劃分成基于位移的抗震能力設(shè)計(jì)方法、基于損傷的抗震能力設(shè)計(jì)方法以及基于可靠度的抗震能力設(shè)計(jì)方法等，而其中較為便捷的方法便是基于位移的抗震能力設(shè)計(jì)方法。

3 基于位移的抗震能力設(shè)計(jì)方法

此種方法就是在各個(gè)強(qiáng)度的地震作用情況之下，將混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的位移相當(dāng)成是設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的抗震能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，確?；炷两Y(jié)構(gòu)能夠達(dá)到預(yù)設(shè)的性能要求。采用此方法進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)依照混凝土結(jié)構(gòu)具體性能要求，明確目標(biāo)側(cè)移曲線，并且對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)基底剪力加以計(jì)算，然后再計(jì)算不同質(zhì)點(diǎn)位置的水平地震效應(yīng)情況，依照相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)截面承載性能加以確定?；谖灰频目拐鹉芰υO(shè)計(jì)方法其本質(zhì)是依照混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到特定要求時(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變形的需求，針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的截面開展變形能力設(shè)計(jì)工作，確?；炷两Y(jié)構(gòu)可以滿足結(jié)構(gòu)變形的要求。此種方法擁有下列優(yōu)點(diǎn)：

1)在對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，基于的是目標(biāo)位移情況，所以，能夠較為準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)混凝土結(jié)構(gòu)受到地震破壞作用下具體變形狀態(tài)。

2)能夠采取線性系統(tǒng)來代替之前混凝土結(jié)構(gòu)，處在彈性情況之下，可以直接的采用構(gòu)件設(shè)計(jì)方法，無需考慮構(gòu)件的非線性性質(zhì)。

3)能夠依照具體性能要求，設(shè)計(jì)出各種要求條件之下混凝土結(jié)構(gòu)的剛度以及強(qiáng)度值，也就是可以很好的滿足不同層次混凝土結(jié)構(gòu)抗震要求。

4)根據(jù)以往地震災(zāi)害混凝土結(jié)構(gòu)破壞情況來看，混凝土結(jié)構(gòu)受到地震破壞不是內(nèi)力所決定的，主要是受到了加速度以及結(jié)構(gòu)形變的影響。另外，混凝土結(jié)構(gòu)即使在遭遇較大地震災(zāi)害情況下能夠不發(fā)生倒塌，不過，因?yàn)樵诎l(fā)生較小地震災(zāi)害情況下混凝土結(jié)構(gòu)形變量相對(duì)大，依舊能夠?qū)е禄炷两Y(jié)構(gòu)的正常使用功能被破壞，從而造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。但是，采用基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法能夠有效的解決這一問題。

5)以往進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，基本上都是事先將截面設(shè)定好，然后進(jìn)行驗(yàn)算，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)是否能夠達(dá)到抗震性能要求。但是，在采用基于位移的抗震能力設(shè)計(jì)過程中，則能夠直接得到混凝土結(jié)構(gòu)抗震要求下截面相關(guān)參數(shù)值。

因?yàn)榛谖灰频目拐鹉芰υO(shè)計(jì)方法擁有上述各種優(yōu)點(diǎn)，使得此種設(shè)計(jì)方法被越來越廣泛的應(yīng)用。基于位移的抗震能力設(shè)計(jì)方法又包含有直接基于位移的抗震能力設(shè)計(jì)方法、控制延性的抗震能力設(shè)計(jì)方法以及能力譜設(shè)計(jì)方法。其中直接基于位移的抗震能力設(shè)計(jì)方法便是將混凝土結(jié)構(gòu)受到地震作用情況下的位移當(dāng)成是相應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)，依照要求的設(shè)防水準(zhǔn)，設(shè)計(jì)具體的目標(biāo)位移，然后采用適宜的方案，確保混凝土結(jié)構(gòu)的地震行為能夠得以有效控制。關(guān)于此方法的研究相對(duì)較多，在此不再贅述，本文主要分析控制延性的抗震能力設(shè)計(jì)方法以及能力譜設(shè)計(jì)方法。

3.1 控制延性的抗震能力設(shè)計(jì)方法

所謂延性指的是相應(yīng)的混凝土結(jié)構(gòu)以及建筑構(gòu)件等，其中某一截面自發(fā)生屈服以后，直到達(dá)到了最大承載能力之后，其自身的承載性能未發(fā)生顯著降低，這一階段的變形能力便被稱為是延性。混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震能力設(shè)計(jì)過程中，采取控制延性這種方式，便是對(duì)建筑構(gòu)件達(dá)到屈服狀態(tài)之后相應(yīng)的延性變化計(jì)算。此種方法本質(zhì)便是構(gòu)建混凝土結(jié)構(gòu)位移以及截面曲率延性和塑性鉸區(qū)混凝土極限壓應(yīng)變之間存在的關(guān)系，使用塑性鉸區(qū)之中定量的約束箍筋以確保混凝土結(jié)構(gòu)可以滿足相應(yīng)的極限壓應(yīng)變要求，以保證混凝土結(jié)構(gòu)延性性能能夠滿足水準(zhǔn)要求。此種設(shè)計(jì)方法主要的流程為：

1)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)遭遇較小地震災(zāi)害情況下承載性能加以計(jì)算，同時(shí)得出結(jié)構(gòu)的截面內(nèi)力大小以及相應(yīng)的配筋參數(shù)。

2)依照大震發(fā)生情況以及強(qiáng)度驗(yàn)算情況而設(shè)定的截面以及配筋，計(jì)算出混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際強(qiáng)度大小，然后計(jì)算得到混凝土結(jié)構(gòu)整體所需位移的延性系數(shù)值μΔ。

3)依照混凝土結(jié)構(gòu)的位移延性系數(shù)值μΔ以及混凝土結(jié)構(gòu)的塑性變形機(jī)制，進(jìn)一步明確混凝土構(gòu)件具體的延性需求，并且計(jì)算臨界截面要求達(dá)到的曲率延性系數(shù)值μφ。

4)在確定了塑性鉸區(qū)混凝土極限壓應(yīng)變關(guān)系之后，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的箍筋進(jìn)行計(jì)算，最后完成截面延性設(shè)計(jì)工作。

3.2 能力譜設(shè)計(jì)方法

此種設(shè)計(jì)方法便是把靜力彈性分析以及靜力塑性分析之后獲得的力以及位移關(guān)系曲線，采取一定方法將其轉(zhuǎn)變成為等效單自由度體系下加速度與位移之間關(guān)系的能力譜，同時(shí)依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)在特定設(shè)防水準(zhǔn)之下延性要求情況，把設(shè)計(jì)出反應(yīng)譜進(jìn)行折減處理之后得到加速度與位移之間關(guān)系的需求譜，再將能力譜和需求譜在相同的坐標(biāo)系之中完成比對(duì)工作，從而有效的對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能加以評(píng)估。此種設(shè)計(jì)方法重要的內(nèi)容便是把能力譜和需求譜放在相同的坐標(biāo)系之中完成比對(duì)工作，要是得出的能力曲線和所有需求曲線均不存在焦點(diǎn)，則說明了設(shè)計(jì)的混凝土結(jié)構(gòu)未達(dá)到相應(yīng)抗震要求，也就是混凝土結(jié)構(gòu)能力要低于其抗震要求。而要是能力曲線和需求曲線之間存在交點(diǎn)，則能夠采取插值圖解方式對(duì)相應(yīng)的交點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)一步的得出混凝土結(jié)構(gòu)延性。

4 結(jié)語

基于位移的混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力設(shè)計(jì)，首先應(yīng)當(dāng)完成混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的分析工作，此種設(shè)計(jì)方法具有較大的優(yōu)勢(shì)，并且被越來越廣泛的應(yīng)用到了混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力設(shè)計(jì)之中。通過應(yīng)用基于位移的抗震能力設(shè)計(jì)方法，能夠更好的發(fā)揮出設(shè)計(jì)人員能動(dòng)作用，依照建筑工程具體情況以及建設(shè)方的具體需求，設(shè)計(jì)人員可以自主的選用目標(biāo)水準(zhǔn)，從而確保建筑工程在達(dá)到目標(biāo)水準(zhǔn)要求的前提下，滿足各種功能的需求。

[1] 尹國(guó)華,張翠霞.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法研究[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化,2017(16):180-181.

[2] 劉忠華,李幗昌,楊志堅(jiān),等.基于位移的屈曲約束支撐混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法[J].工業(yè)建筑,2017,47(3):18-24.

[3] 張浩博,寇佳亮,梁興文,等.纖維增強(qiáng)混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2016,46(4):85-90.

Displacementbasedseismiccapacitydesignofconcretestructures

ShangWenkuo

(ShanxiCoalPlanningandDesignInstitute,Taiyuan030045,China)

The seismic ductility design method and capacity spectrum design method based on displacement seismic capacity design method are analyzed, in order to provide some reference for the seismic capacity design of concrete structures.

concrete structure, displacement, seismic design

2017-10-02

尚溫?cái)U(kuò)(1984- )，男，工程師

1009-6825(2017)35-0035-02

TU352.1

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