混凝土结构基于位移的抗震能力设计

尚 温 扩

(山西省煤炭规划设计院,山西 太原 030045)

混凝土结构基于位移的抗震能力设计

尚 温 扩

(山西省煤炭规划设计院,山西 太原 030045)

分析了基于位移的抗震能力设计方法之中控制延性抗震能力设计方法以及能力谱设计方法，以期能够为混凝土结构的抗震能力设计工作提供一定参考。

混凝土结构,位移,抗震设计

1 概述

我国社会与经济不断的发展，城镇化建设进程进一步深化，城市的规模也不断扩张，而由于遭受地震灾害导致的经济损失也非常严重，同时地震灾害也会严重威胁人们的生命安全。根据财新网所公布的数据情况来看，在2008年我国发生的汶川地震中，造成直接经济损失约8 450亿元，在2010年我国发生的玉树地震中，直接经济损失约610亿元。由此可见，地震灾害所带来的危害是非常大的，也要求我们应当全面分析地震灾害中混凝土结构受力以及位移情况，了解应当采用何种方式确保混凝土结构的安全性，保障混凝土结构在遭遇地震灾害时能够达到预设的抗震效果。不过，现阶段在混凝土结构抗震设计过程中，采用承载力设计方法进行抗震设计有着一定的缺陷，在20世纪90年代美国工程技术人员首次应用了基于性能抗震设计方法，此种方法是依据各个抗震水准以及混凝土结构具体情况，确定适宜的性能指标，然后采取科学的设计方案，保证混凝土结构能够达到抗震要求。

2 基于性能的抗震设计方法

此种设计方法是在遵循投资与效益的准则之下，并且充分的考虑混凝土结构抗震设计共性要求以及个性要求，选择适宜的设防目标，确保所设计方案不仅可以满足设防目标的相关要求，同时还能达到经济与可靠的要求。基于性能的抗震设计方法是依照混凝土结构重要性以及混凝土结构具体功能来选择不同的水准，例如，生命安全水准、避免坍塌水准等等，再依照各个水准要求而采取相应的设计方案，以保证混凝土结构能够实现设计功能。依照各种性能因素的区别，基于性能的抗震能力设计方法又可以划分成基于位移的抗震能力设计方法、基于损伤的抗震能力设计方法以及基于可靠度的抗震能力设计方法等，而其中较为便捷的方法便是基于位移的抗震能力设计方法。

3 基于位移的抗震能力设计方法

此种方法就是在各个强度的地震作用情况之下，将混凝土结构出现的位移相当成是设计目标，对混凝土结构的抗震能力进行设计，确保混凝土结构能够达到预设的性能要求。采用此方法进行设计过程中，应当依照混凝土结构具体性能要求，明确目标侧移曲线，并且对混凝土结构基底剪力加以计算，然后再计算不同质点位置的水平地震效应情况，依照相应的计算结果对结构截面承载性能加以确定。基于位移的抗震能力设计方法其本质是依照混凝土结构达到特定要求时结构发生变形的需求，针对混凝土结构的截面开展变形能力设计工作，确保混凝土结构可以满足结构变形的要求。此种方法拥有下列优点：

1)在对混凝土结构进行设计过程中，基于的是目标位移情况，所以，能够较为准确的认识混凝土结构受到地震破坏作用下具体变形状态。

2)能够采取线性系统来代替之前混凝土结构，处在弹性情况之下，可以直接的采用构件设计方法，无需考虑构件的非线性性质。

3)能够依照具体性能要求，设计出各种要求条件之下混凝土结构的刚度以及强度值，也就是可以很好的满足不同层次混凝土结构抗震要求。

4)根据以往地震灾害混凝土结构破坏情况来看，混凝土结构受到地震破坏不是内力所决定的，主要是受到了加速度以及结构形变的影响。另外，混凝土结构即使在遭遇较大地震灾害情况下能够不发生倒塌，不过，因为在发生较小地震灾害情况下混凝土结构形变量相对大，依旧能够导致混凝土结构的正常使用功能被破坏，从而造成更大的经济损失。但是，采用基于位移的抗震设计方法能够有效的解决这一问题。

5)以往进行混凝土结构抗震设计时，基本上都是事先将截面设定好，然后进行验算，检验结构是否能够达到抗震性能要求。但是，在采用基于位移的抗震能力设计过程中，则能够直接得到混凝土结构抗震要求下截面相关参数值。

因为基于位移的抗震能力设计方法拥有上述各种优点，使得此种设计方法被越来越广泛的应用。基于位移的抗震能力设计方法又包含有直接基于位移的抗震能力设计方法、控制延性的抗震能力设计方法以及能力谱设计方法。其中直接基于位移的抗震能力设计方法便是将混凝土结构受到地震作用情况下的位移当成是相应设计参数，依照要求的设防水准，设计具体的目标位移，然后采用适宜的方案，确保混凝土结构的地震行为能够得以有效控制。关于此方法的研究相对较多，在此不再赘述，本文主要分析控制延性的抗震能力设计方法以及能力谱设计方法。

3.1 控制延性的抗震能力设计方法

所谓延性指的是相应的混凝土结构以及建筑构件等，其中某一截面自发生屈服以后，直到达到了最大承载能力之后，其自身的承载性能未发生显著降低，这一阶段的变形能力便被称为是延性。混凝土结构进行抗震能力设计过程中，采取控制延性这种方式，便是对建筑构件达到屈服状态之后相应的延性变化计算。此种方法本质便是构建混凝土结构位移以及截面曲率延性和塑性铰区混凝土极限压应变之间存在的关系，使用塑性铰区之中定量的约束箍筋以确保混凝土结构可以满足相应的极限压应变要求，以保证混凝土结构延性性能能够满足水准要求。此种设计方法主要的流程为：

1)对混凝土结构遭遇较小地震灾害情况下承载性能加以计算，同时得出结构的截面内力大小以及相应的配筋参数。

2)依照大震发生情况以及强度验算情况而设定的截面以及配筋，计算出混凝土结构实际强度大小，然后计算得到混凝土结构整体所需位移的延性系数值μΔ。

3)依照混凝土结构的位移延性系数值μΔ以及混凝土结构的塑性变形机制，进一步明确混凝土构件具体的延性需求，并且计算临界截面要求达到的曲率延性系数值μφ。

4)在确定了塑性铰区混凝土极限压应变关系之后，对混凝土结构的箍筋进行计算，最后完成截面延性设计工作。

3.2 能力谱设计方法

此种设计方法便是把静力弹性分析以及静力塑性分析之后获得的力以及位移关系曲线，采取一定方法将其转变成为等效单自由度体系下加速度与位移之间关系的能力谱，同时依据建筑结构在特定设防水准之下延性要求情况，把设计出反应谱进行折减处理之后得到加速度与位移之间关系的需求谱，再将能力谱和需求谱在相同的坐标系之中完成比对工作，从而有效的对混凝土结构抗震性能加以评估。此种设计方法重要的内容便是把能力谱和需求谱放在相同的坐标系之中完成比对工作，要是得出的能力曲线和所有需求曲线均不存在焦点，则说明了设计的混凝土结构未达到相应抗震要求，也就是混凝土结构能力要低于其抗震要求。而要是能力曲线和需求曲线之间存在交点，则能够采取插值图解方式对相应的交点进行计算，进一步的得出混凝土结构延性。

4 结语

基于位移的混凝土结构抗震能力设计，首先应当完成混凝土结构抗震性能的分析工作，此种设计方法具有较大的优势，并且被越来越广泛的应用到了混凝土结构抗震能力设计之中。通过应用基于位移的抗震能力设计方法，能够更好的发挥出设计人员能动作用，依照建筑工程具体情况以及建设方的具体需求，设计人员可以自主的选用目标水准，从而确保建筑工程在达到目标水准要求的前提下，满足各种功能的需求。

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[3] 张浩博,寇佳亮,梁兴文,等.纤维增强混凝土剪力墙结构基于位移的抗震设计方法研究[J].建筑结构,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

尚温扩(1984- )，男，工程师

1009-6825(2017)35-0035-02

TU352.1

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