混凝土結構基于位移的抗震能力設計

尚 溫 擴

(山西省煤炭規劃設計院,山西 太原 030045)

混凝土結構基于位移的抗震能力設計

尚 溫 擴

(山西省煤炭規劃設計院,山西 太原 030045)

分析了基于位移的抗震能力設計方法之中控制延性抗震能力設計方法以及能力譜設計方法，以期能夠為混凝土結構的抗震能力設計工作提供一定參考。

混凝土結構,位移,抗震設計

1 概述

我國社會與經濟不斷的發展，城鎮化建設進程進一步深化，城市的規模也不斷擴張，而由于遭受地震災害導致的經濟損失也非常嚴重，同時地震災害也會嚴重威脅人們的生命安全。根據財新網所公布的數據情況來看，在2008年我國發生的汶川地震中，造成直接經濟損失約8 450億元，在2010年我國發生的玉樹地震中，直接經濟損失約610億元。由此可見，地震災害所帶來的危害是非常大的，也要求我們應當全面分析地震災害中混凝土結構受力以及位移情況，了解應當采用何種方式確保混凝土結構的安全性，保障混凝土結構在遭遇地震災害時能夠達到預設的抗震效果。不過，現階段在混凝土結構抗震設計過程中，采用承載力設計方法進行抗震設計有著一定的缺陷，在20世紀90年代美國工程技術人員首次應用了基于性能抗震設計方法，此種方法是依據各個抗震水準以及混凝土結構具體情況，確定適宜的性能指標，然后采取科學的設計方案，保證混凝土結構能夠達到抗震要求。

2 基于性能的抗震設計方法

此種設計方法是在遵循投資與效益的準則之下，并且充分的考慮混凝土結構抗震設計共性要求以及個性要求，選擇適宜的設防目標，確保所設計方案不僅可以滿足設防目標的相關要求，同時還能達到經濟與可靠的要求。基于性能的抗震設計方法是依照混凝土結構重要性以及混凝土結構具體功能來選擇不同的水準，例如，生命安全水準、避免坍塌水準等等，再依照各個水準要求而采取相應的設計方案，以保證混凝土結構能夠實現設計功能。依照各種性能因素的區別，基于性能的抗震能力設計方法又可以劃分成基于位移的抗震能力設計方法、基于損傷的抗震能力設計方法以及基于可靠度的抗震能力設計方法等，而其中較為便捷的方法便是基于位移的抗震能力設計方法。

3 基于位移的抗震能力設計方法

此種方法就是在各個強度的地震作用情況之下，將混凝土結構出現的位移相當成是設計目標，對混凝土結構的抗震能力進行設計，確保混凝土結構能夠達到預設的性能要求。采用此方法進行設計過程中，應當依照混凝土結構具體性能要求，明確目標側移曲線，并且對混凝土結構基底剪力加以計算，然后再計算不同質點位置的水平地震效應情況，依照相應的計算結果對結構截面承載性能加以確定。基于位移的抗震能力設計方法其本質是依照混凝土結構達到特定要求時結構發生變形的需求，針對混凝土結構的截面開展變形能力設計工作，確保混凝土結構可以滿足結構變形的要求。此種方法擁有下列優點：

1)在對混凝土結構進行設計過程中，基于的是目標位移情況，所以，能夠較為準確的認識混凝土結構受到地震破壞作用下具體變形狀態。

2)能夠采取線性系統來代替之前混凝土結構，處在彈性情況之下，可以直接的采用構件設計方法，無需考慮構件的非線性性質。

3)能夠依照具體性能要求，設計出各種要求條件之下混凝土結構的剛度以及強度值，也就是可以很好的滿足不同層次混凝土結構抗震要求。

4)根據以往地震災害混凝土結構破壞情況來看，混凝土結構受到地震破壞不是內力所決定的，主要是受到了加速度以及結構形變的影響。另外，混凝土結構即使在遭遇較大地震災害情況下能夠不發生倒塌，不過，因為在發生較小地震災害情況下混凝土結構形變量相對大，依舊能夠導致混凝土結構的正常使用功能被破壞，從而造成更大的經濟損失。但是，采用基于位移的抗震設計方法能夠有效的解決這一問題。

5)以往進行混凝土結構抗震設計時，基本上都是事先將截面設定好，然后進行驗算，檢驗結構是否能夠達到抗震性能要求。但是，在采用基于位移的抗震能力設計過程中，則能夠直接得到混凝土結構抗震要求下截面相關參數值。

因為基于位移的抗震能力設計方法擁有上述各種優點，使得此種設計方法被越來越廣泛的應用。基于位移的抗震能力設計方法又包含有直接基于位移的抗震能力設計方法、控制延性的抗震能力設計方法以及能力譜設計方法。其中直接基于位移的抗震能力設計方法便是將混凝土結構受到地震作用情況下的位移當成是相應設計參數，依照要求的設防水準，設計具體的目標位移，然后采用適宜的方案，確保混凝土結構的地震行為能夠得以有效控制。關于此方法的研究相對較多，在此不再贅述，本文主要分析控制延性的抗震能力設計方法以及能力譜設計方法。

3.1 控制延性的抗震能力設計方法

所謂延性指的是相應的混凝土結構以及建筑構件等，其中某一截面自發生屈服以后，直到達到了最大承載能力之后，其自身的承載性能未發生顯著降低，這一階段的變形能力便被稱為是延性。混凝土結構進行抗震能力設計過程中，采取控制延性這種方式，便是對建筑構件達到屈服狀態之后相應的延性變化計算。此種方法本質便是構建混凝土結構位移以及截面曲率延性和塑性鉸區混凝土極限壓應變之間存在的關系，使用塑性鉸區之中定量的約束箍筋以確保混凝土結構可以滿足相應的極限壓應變要求，以保證混凝土結構延性性能能夠滿足水準要求。此種設計方法主要的流程為：

1)對混凝土結構遭遇較小地震災害情況下承載性能加以計算，同時得出結構的截面內力大小以及相應的配筋參數。

2)依照大震發生情況以及強度驗算情況而設定的截面以及配筋，計算出混凝土結構實際強度大小，然后計算得到混凝土結構整體所需位移的延性系數值μΔ。

3)依照混凝土結構的位移延性系數值μΔ以及混凝土結構的塑性變形機制，進一步明確混凝土構件具體的延性需求，并且計算臨界截面要求達到的曲率延性系數值μφ。

4)在確定了塑性鉸區混凝土極限壓應變關系之后，對混凝土結構的箍筋進行計算，最后完成截面延性設計工作。

3.2 能力譜設計方法

此種設計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系曲線，采取一定方法將其轉變成為等效單自由度體系下加速度與位移之間關系的能力譜，同時依據建筑結構在特定設防水準之下延性要求情況，把設計出反應譜進行折減處理之后得到加速度與位移之間關系的需求譜，再將能力譜和需求譜在相同的坐標系之中完成比對工作，從而有效的對混凝土結構抗震性能加以評估。此種設計方法重要的內容便是把能力譜和需求譜放在相同的坐標系之中完成比對工作，要是得出的能力曲線和所有需求曲線均不存在焦點，則說明了設計的混凝土結構未達到相應抗震要求，也就是混凝土結構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，則能夠采取插值圖解方式對相應的交點進行計算，進一步的得出混凝土結構延性。

4 結語

基于位移的混凝土結構抗震能力設計，首先應當完成混凝土結構抗震性能的分析工作，此種設計方法具有較大的優勢，并且被越來越廣泛的應用到了混凝土結構抗震能力設計之中。通過應用基于位移的抗震能力設計方法，能夠更好的發揮出設計人員能動作用，依照建筑工程具體情況以及建設方的具體需求，設計人員可以自主的選用目標水準，從而確保建筑工程在達到目標水準要求的前提下，滿足各種功能的需求。

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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

尚溫擴(1984- )，男，工程師

1009-6825(2017)35-0035-02

TU352.1

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