1、第第16章章 抗震性能抗震性能16.1 结构抗震性能的特点结构抗震性能的特点1. 结构承载力及其变形性能结构承载力及其变形性能2. 屈服后的工作阶段及其性能屈服后的工作阶段及其性能3. 荷载低周反复作用性能荷载低周反复作用性能4. 非弹性阶段的二阶效应非弹性阶段的二阶效应DFDyFyDuFmax延性延性脆性脆性16.2 单调荷载下的延性单调荷载下的延性16.1.1 延性的概念和表达延性的概念和表达uDyDD延性比延性比有曲率延性比、挠度（位移）延性比、转角延性比等。有曲率延性比、挠度（位移）延性比、转角延性比等。关于关于Dy及及Du至今尚无统一认可定值方法。现有方法有：至今尚无统一认可定值方法
2、。现有方法有：1. Dy 点：点：(1). 能量等值法能量等值法SOAB=SBYUDyDFOABYU(2). 几何作图法几何作图法DFODy2. Du 点：点：(1). 取最大承载力下降取最大承载力下降15%对对 应的应的Du。(2). 取混凝土达极限压应变取混凝土达极限压应变 e ecu= (34) 10-3 对应的对应的Du。DFFmaxDu0.15Fmax16.2.2 计算方法计算方法 复杂结构和特殊构件的延性比一般要进行专门的试验加以复杂结构和特殊构件的延性比一般要进行专门的试验加以测定，常用的简单梁、柱等构件可以采用经过试验验证的方测定，常用的简单梁、柱等构件可以采用经过试验验证的方
3、法计算延性比。法计算延性比。 sAsN c sAsxe0e eye ec e eyxue ecu1 1/r/ru0011yyyysyfhxE her01cucuuuuxheer1/1ycusuyEfre曲率延性比曲率延性比 y、 u 可由截面分析求得可由截面分析求得 1. 理论分析理论分析 ：极限状态时按矩形应力图形计算；极限状态时按矩形应力图形计算；e eu=(4.2-1.6 ) 10-3 2. 试验回归试验回归 清华大学沈聚敏等根据试验数据给出清华大学沈聚敏等根据试验数据给出300.452.110yyher010.535600uuher 32.7100.51.2ue 00.20.40.62
4、.01.50.51.0 (h0/r/r y e ey /10-300.40.81.22015510 (h0/r/r u e eu /10-300.40.81.2161248 (1/r r)00.20.40.8161248 w0.6曲率延性比曲率延性比挠度、转角延性比挠度、转角延性比1/10.80.44r 10.50.45 1.75 1.10.5 3. 影响构件延性比的主要因素影响构件延性比的主要因素 上述试验与理论分析结果均表明，上述试验与理论分析结果均表明， 是影响构件延性比的是影响构件延性比的主要因素；主要因素； 增大构件延性降低；故增大构件延性降低；故(1). 受拉钢筋配筋率受拉钢筋配筋
5、率 r r 增大，构件延性下降；增大，构件延性下降；(2). 轴压比轴压比 n (n = N / fcA)增大，构件延性下降；增大，构件延性下降；(3). 受拉钢筋强度受拉钢筋强度 fy 提高，构件延性下降；提高，构件延性下降；(4). 受压钢筋配筋率受压钢筋配筋率 r r 增大，构件延性提高。增大，构件延性提高。(5). 构件内加密箍筋，可以形成约束混凝土，构件内加密箍筋，可以形成约束混凝土，增大混凝土的极限应变，有利于提高结构延性。增大混凝土的极限应变，有利于提高结构延性。16.2.3 塑性区转动塑性区转动1. 塑性转角塑性转角 p、极限塑性转角、极限塑性转角 uMMyMMcrMMcrMM
6、yMMcrMMyM M 图图1 1/r /r 图图W WpW WpW Wplplplplp11/r/r y11/r/r y11/r/r y p = W Wp跨中和中间支座跨中和中间支座 p = 2lp / r r固定支座固定支座 p = lp / r r极限塑性转角极限塑性转角 u跨中和中间支座跨中和中间支座 u = 2lp / r ru固定支座固定支座 u = lp / r ru 清华大学沈聚敏等根据试验数据给出清华大学沈聚敏等根据试验数据给出00.20.40.6161248 u /10-31 0.565 1000u 2. 塑性角区长度塑性角区长度 lpMMyMMcrMMcrMMyMMcrM
7、MyM M 图图1 1/r /r 图图W WpW WpW Wplplplplp11/r/r y11/r/r y11/r/r ylp = (0.20.5)h0(1). 我国转试验结果统计我国转试验结果统计平均值约为平均值约为 lp = h0 / 3(2). 国外研究者建议国外研究者建议00Corley 0.50.2pzlhh0Mattock 0.50.05plhz0Sawyer 0.250.075plhzz16.3 低周反复荷载下的滞回特性低周反复荷载下的滞回特性16.3.1 滞回曲线的一般特点滞回曲线的一般特点D DP1. 菱形：理想弹塑性材料菱形：理想弹塑性材料2. Bauschinger：
8、卸载直线，：卸载直线，梭形梭形再加载凸形曲线的丰满再加载凸形曲线的丰满3. 梭形：卸载与再加载均为梭形：卸载与再加载均为凸形曲线的丰满梭形凸形曲线的丰满梭形4. 捏拢形：再加载曲线出现拐点，形成捏拢现象，而且捏拢捏拢形：再加载曲线出现拐点，形成捏拢现象，而且捏拢程度逐次增大。程度逐次增大。钢筋混凝土构件的滞回环为梭形或捏拢形钢筋混凝土构件的滞回环为梭形或捏拢形试验表明，构件反复荷载试验的骨架线与单调加载曲线相比：试验表明，构件反复荷载试验的骨架线与单调加载曲线相比：(1). 曲线形状相似；曲线形状相似；(2). 最大承载力降低，一般不超过最大承载力降低，一般不超过10%；(3). 截面曲率截面
9、曲率(1/r r)y、(1/r r)u 有较大增长；有较大增长；(4). 曲率延性比曲率延性比 (1/r r)稍有增大；稍有增大；(5). 位移延性比位移延性比 D D略高；略高；(6). 转角延性比转角延性比 小于位移延性比小于位移延性比 D D；(7). 极限塑性转角极限塑性转角 u 明显增大。明显增大。 上述差别显然是由于混凝土和钢筋应力拉压多次交替变化，上述差别显然是由于混凝土和钢筋应力拉压多次交替变化，促使粘结位移增大，残余变形不断累积的结果。促使粘结位移增大，残余变形不断累积的结果。梭形说明滞回曲线的形状非常饱满，反映出整个结构或构件的塑性变形能力很强，具有很好的抗震性能和耗能能力
10、。例如受弯、偏压、压弯以及不发生剪切破坏的弯剪构件，具有良好塑性变形能力的钢框架结构或构件的P一滞回曲线即呈梭形。 弓形具有“捏缩”效应，显示出滞回曲线受到了一定的滑移影响。滞回曲线的形状比较饱满，但饱满程度比梭形要低，反映出整个结构或构件的塑性变形能力比较强，节点低周反复荷载试验研究性能较好，能较好地吸收地震能量。例如剪跨比较大，剪力较小并配有一定箍筋的弯剪构件和压弯剪构件，一般的钢筋混凝土结构，其滞回曲线均属此类。 反S形反映了更多的滑移影响，滞回曲线的形状不饱满，说明该结构或构件延性和吸收地震能量的能力较差。例如一般框架、梁柱节点和剪力墙等的滞回曲线均属此类。Z形反映出滞回曲线受到了大量
11、的滑移影响，具有滑移性质。例如小剪跨而斜裂缝又可以充分发展的构件以及锚固钢筋有较大滑移的构件等，其滞回曲线均属此类16.3.2 多种受力状态的滞回曲线多种受力状态的滞回曲线1. 配筋率配筋率 r r ：对称配筋时，提高：对称配筋时，提高 r r 对构件滞回特性和延性有对构件滞回特性和延性有明显改善，捏拢缓解、耗能增强、刚度增大，均有利于结明显改善，捏拢缓解、耗能增强、刚度增大，均有利于结构抗震。构抗震。2. 轴压比轴压比 n ：提高轴压比，滞回环出现严重的捏拢现象，骨：提高轴压比，滞回环出现严重的捏拢现象，骨线在峰值后迅速下降，延性较差。线在峰值后迅速下降，延性较差。3. 短柱剪切：滞回环的捏
12、拢现短柱剪切：滞回环的捏拢现反复作用下形成反复作用下形成X形裂缝。形裂缝。象严重，延性很差。在荷载象严重，延性很差。在荷载4. 剪力墙：随剪跨比剪力墙：随剪跨比 l l=M / Vhw 的增大，滞回特性和延性有的增大，滞回特性和延性有明显改善。可分矮墙、中墙、高墙。明显改善。可分矮墙、中墙、高墙。5. 钢筋与混凝土的粘钢筋与混凝土的粘能在荷载反复作用能在荷载反复作用捏拢现象更严重，捏拢现象更严重，结结-滑移：滞回环的滑移：滞回环的延性更差。粘结性延性更差。粘结性下显著退化。下显著退化。6. 梁柱节点：梁柱节点：拢现象严重拢现象严重延性差。延性差。滞回曲线捏滞回曲线捏16.3.3 恢复力模型（恢复力模型（Clough模型）模型）Kr(1/r r r1/r rM(1/r r y(1/r r uK0MuMyMcrK0Kr当当 M My Kr = K0当当 My M Mu01/ 1/yrrKKrr试验表明：试验表明： =0.8 1.8，可取，可取 = 1.15
