摘要：結(jié)構(gòu)主要靠延性來抵抗較大地震作用下的非彈性變形,因此,地震作用下,結(jié)構(gòu)的延性與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度具有同等重要的意義。地震力降低系數(shù)對設(shè)防烈度地震作用的整體降低實際上決定了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)和對結(jié)構(gòu)延性需求的大小。目前,能力設(shè)計法已為各國普遍接受,通過能力設(shè)計法,形成合理的耗能機(jī)制,使塑性鉸出現(xiàn)在延性易于保證的部位;確保結(jié)構(gòu)在未達(dá)到所需要的延性前不至于發(fā)生剪切失效;并通過細(xì)部構(gòu)造措施來保證延性的充分發(fā)揮。 

關(guān)鍵詞：地震 強(qiáng)度 延性 地震力降低系數(shù) 

地震災(zāi)害是人類面臨的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一。地震具有突發(fā)性的特點,至今可預(yù)報性仍然很低。強(qiáng)烈地震常造成人身和財產(chǎn)的巨大損失。我國屬地震多發(fā)國家,需要考慮抗震設(shè)防的地域遼闊,因此研究結(jié)構(gòu)的抗震性能在我國具有充分的必要性。
我國的現(xiàn)代抗震設(shè)計理論是從五十年代開始,在國際抗震理論的推動下發(fā)展起來的,并逐漸形成了自己的特色。在積累了相當(dāng)?shù)难芯砍晒�和實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,相繼制定了74 、78 、89 規(guī)范和新修訂的2001抗震設(shè)計規(guī)范(GB5001122001)按2001 年規(guī)范設(shè)計的建筑物的抗震能力較89 規(guī)范可提高10 %～15 % ,其技術(shù)含量達(dá)到國際先進(jìn)水平。但由于受國家經(jīng)濟(jì)實力的限制,安全可靠度的設(shè)置仍低于美國等發(fā)達(dá)國家。
要想更好的執(zhí)行規(guī)范就必須明確抗震規(guī)范制定的基本思想,明確抗震設(shè)計的基本原則。下面著重從以下幾個方面做以闡述。
1 　在地震作用下, 一味地追求結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度并不可取,結(jié)構(gòu)的延性是非常重要的
地震分為小震、中震和大震。所謂小震指的是常遇地震,50 年出現(xiàn)的概率大約為63 % ,重現(xiàn)期為50 年。中震是指50 年出現(xiàn)的概率約為10 % ,重現(xiàn)期為475 年。而大震指的是罕遇地震,50 年出現(xiàn)的概率為2 %～3 % ,重現(xiàn)期為1641～2475 年。對于偶然性和隨機(jī)性很大的地震荷載,要想使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度一定大于結(jié)構(gòu)反應(yīng),幾乎是不可能的,而且是十分不經(jīng)濟(jì)的。受社會承受犧牲的能力和經(jīng)濟(jì)制約的因素,我們只能從概率的角度出發(fā),使結(jié)構(gòu)在一定的概率保證下能安全正常地發(fā)揮作用。這就決定了抗震設(shè)計的基本原則,在我國即通常所說的“小震不壞,中震可修,大震不倒”。
在“小震”作用下,要求結(jié)構(gòu)不受損傷或不需修理仍可繼續(xù)使用。從結(jié)構(gòu)抗震分析角度來說,就是要求結(jié)構(gòu)在“小震”作用下保持準(zhǔn)彈性反應(yīng)狀態(tài),而不進(jìn)入使建筑物中斷使用和產(chǎn)生非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞的非彈性反應(yīng)狀態(tài);同時結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形應(yīng)控制在合理的限制范圍以內(nèi),目的是使結(jié)構(gòu)具有足夠的抗側(cè)向力剛度。
中震大概相當(dāng)于我們的設(shè)防烈度地震,當(dāng)遭遇到中震作用時,結(jié)構(gòu)可以有一定程度的損壞,經(jīng)修復(fù)或不經(jīng)修復(fù)仍可繼續(xù)使用。從經(jīng)濟(jì)角度來說,維修費用不能太高。
對發(fā)生概率極小的罕遇大震(“大震”的烈度比設(shè)防烈度約高一度左右) 。要求當(dāng)結(jié)構(gòu)在遭遇“大震”作用時,不應(yīng)倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。
這樣一個抗震設(shè)防目標(biāo)是非常經(jīng)濟(jì)合理的。因為地震的發(fā)生太偶然,倘使我們一味地追求結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以保證中震甚至是大震作用下結(jié)構(gòu)不壞,這將會使極大量的材料在絕大部分時間里,甚至在整個壽命期內(nèi)都處于不能充分發(fā)揮作用的狀態(tài),這樣做是不明智的。
在上述設(shè)計原則指導(dǎo)下,就要求結(jié)構(gòu)處于這樣一種狀況:當(dāng)小震來臨,應(yīng)確保所有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件在抵抗地震作用力時,具有足夠的強(qiáng)度,使其基本上處于彈性狀態(tài)。并通過驗算小震作用下的彈性位移共同來保證結(jié)構(gòu)不壞。處于這個階段的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不會發(fā)生明顯的非線性變形,也不必需要采取特殊的構(gòu)造措施。在中震作用下,結(jié)構(gòu)的某些關(guān)鍵部位超過彈性強(qiáng)度,進(jìn)入屈服,發(fā)生較大變形,達(dá)到非線形階段,這時,我們就特別提出延性要求(延性指當(dāng)?shù)卣鹌仁菇Y(jié)構(gòu)發(fā)生較大的非線性變形時,結(jié)構(gòu)仍能維持其初始強(qiáng)度的能力,是結(jié)構(gòu)超過彈性階段的變形能力,它是結(jié)構(gòu)抗震能力強(qiáng)弱的標(biāo)志。它包括承受極大變形的能力和靠滯回特性吸收能量的能力,它是抗震設(shè)計當(dāng)中一個非常重要的特性) 。當(dāng)中震來臨的時候,因為結(jié)構(gòu)具有非彈性特征,某些關(guān)鍵部位超過其彈
性強(qiáng)度,進(jìn)入塑性狀態(tài)。由于它有一定的延性,它的非線性能夠承擔(dān)塑性變形,使它在變形中能夠耗費
和吸收地震能量。代價是可能導(dǎo)致較寬的裂縫,混凝土表皮起殼、脫落,可能有一定的殘余變形,但不至于導(dǎo)致安全失效,以達(dá)到中震可修的設(shè)防目標(biāo)。處于這個階段的結(jié)構(gòu),對延性就會提出相應(yīng)的要求,而延性就要靠精心設(shè)計的細(xì)部構(gòu)造措施來保證。當(dāng)大震來臨的時候,結(jié)構(gòu)的非線性變形非常大,也可能發(fā)生不可修復(fù)的破壞。處于這個階段的結(jié)構(gòu)就需要通過計算它的彈塑性變形來保證結(jié)構(gòu)不致倒塌。
所以,通常我們只需要按小震作用效應(yīng)和其它荷載效應(yīng)的基本組合,驗算構(gòu)件截面抗震承載力及結(jié)構(gòu)的彈性變形。而中震作用效應(yīng)則需要結(jié)構(gòu)靠一定的塑性變形能力(即延性) 來抵抗。所以結(jié)構(gòu)延性對建筑抗震是極其重要的。
2 　地震力降低系數(shù)的大小決定了設(shè)計地震力取值的大小,從而決定了對延性要求的大小
由上所述,用于承載力設(shè)計的地震作用可以取到小震水平,當(dāng)更大的地震來臨的時候,則靠結(jié)構(gòu)的延性去抵抗。所以,我們并不取用設(shè)防烈度地震作用力來進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計,而需要把設(shè)防烈度地震力降低一個系數(shù),稱為地震力降低系數(shù)。
地震力降低系數(shù)取得越大,設(shè)計地震作用就取得越小;地震力降低系數(shù)取得越小,設(shè)計地震作用就取得越大。在同一個設(shè)防烈度下,地震力降低系數(shù)取得越大,地震作用就越小,那么按此小的地震作用設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)就越低,意味著結(jié)構(gòu)在相應(yīng)強(qiáng)烈程度地震下形成的非彈性變形就越大,這就要求結(jié)構(gòu)具有較大的延性來保證它較大的非彈性變形的實現(xiàn),因而對延性提出的要求就更高。這一延性等級的結(jié)構(gòu)即為較低設(shè)計地震力取值2較高延性要求的“高延性等級”結(jié)構(gòu)。地震力降低系數(shù)取得
越小,地震作用就越大,那么按此大的地震作用設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)就越高,意味著結(jié)構(gòu)在相應(yīng)強(qiáng)烈程度地震下形成的非彈性變形就越小,這就只需要要求結(jié)構(gòu)具有較小的延性來保證它較小的非彈性變形的實現(xiàn),因而對延性提出的要求就越低。這一延性等級的結(jié)構(gòu)即為較高設(shè)計地震力取值2較低延性要求的“低延性等級”結(jié)構(gòu)。同理,在同一個設(shè)防烈度下,地震力降低系數(shù)取為中等,地震作用也為中等,因而對延性提出的要求也為中等。這一延性等級的結(jié)構(gòu)即為中等設(shè)計地震力取值2中等延性要求的“中等延性等級”結(jié)構(gòu)。這樣,地震力降低系數(shù)的大小實際上就決定了設(shè)計地震力取值的大小,從而決定了對延性要求的大小。
中國規(guī)范規(guī)定把設(shè)防烈度地震作用降低約3 倍來進(jìn)行承載力設(shè)計,即設(shè)防烈度地震作用反應(yīng)譜除以地震承載力降低系數(shù)3 ,而得到設(shè)計所用的反應(yīng)譜。并且中國規(guī)范按設(shè)防烈度從大到小對結(jié)構(gòu)延性提出了從高到低的要求,具體是用抗震等級來表示,共分為一級、二級、三級、四級四個等級。