抗震相关的概念

1、钢筋混凝土的抗震性能设计目录1.地震的发震机制32.地震危险性评价（采用危险性评估概率方法）33，地面运动记录的特征（P白14）34.输入地震波的选取方法35.弹性反应谱的概念46.弹性反应谱的影响因素47.我国标准设计反应谱48.用较小的弹性地震作用参与组合所设计出的结构能够抵抗中等或大震作用的原因59.什么是R，什么是，什么是R-T关系510.单自由度体系与多次超静定多自由度体系非弹性特征的区别611.什么是多次超静定结构的体系超强？体系超强对结构带来的影响612.考虑结构非弹性性能的抗震设计总体思路（PPT总结）613.钢筋的受压屈曲，对钢筋混凝土构件的受力性能影响614.什么是钢筋的包

2、兴格效应？钢筋的包兴格效应对构件抗震性能的影响715.混凝土的裂面在接触效应716.粘结滑移滞回规律特征817.循环受力下，钢筋粘结性能的影响因素（联系4-4节点钢筋粘结性能）818.钢筋混凝土柱的非弹性滞回反应特征（对柱滞回反应的影响因素）919.增加轴压比，滞回捏拢现象减轻的原因920.钢筋混凝土梁的非弹性滞回反应特征921.梁中纵筋屈服前与屈服后，构件非弹性特征（塑性变形）增大的原因1022.钢筋的屈服区长度随着结构地震反应的增大和地震作用的反复而逐步增大的原因（屈服渗透）1023.影响剪力墙抗震性能的因素（抗震构造措施原则，待完善）1124.梁的抗震构造措施中控制纵向受拉纵筋的最小配筋

3、率的原因1125.柱的抗震构造措施中控制纵筋最小配筋率的原因1126.剪力墙抗震措施中控制纵筋最小配筋率的原因1227.剪力墙和筒体结构墙肢底部约束边缘构件中纵向钢筋最低数量的原因1228.混凝土剪力墙的抗震能力设计方法1229.混凝土框架结构抗震能力设计方法1330.中间层中间节点滞回性能（抗震性能）影响的因素13附：一些基本概念151.滞回概念152.斜弯效应153.钢筋的内力偶154.屈服渗透，塑性铰区，塑性铰，塑性铰等效长度155.捏拢现象166.Capacity Desige 能力设计161.地震的发震机制（1） 活动断裂带是易发生地震的部位（2） 现在广为接受的地震的发生的断层破裂

4、机制是基于弹性回跳原理。2.地震危险性评价（采用危险性评估概率方法）（1） 根据地震活动性，地震地质条件，确定各地区的潜在震源及其最大地震强度。（2） 确切了解各发震活动断裂带，确定各活动断裂带或震源区的发震概率特征。（3） 确定分别适用于不同传播环境的各震源与场地之间的地面运动峰值加速度或反应谱值得衰减规律。（4） 对每个场地，根据分段泊松分布模型和全概率理论，计算N个地震带对场点的地震危险性贡献。3，地面运动记录的特征（P白14）地面运动记录的特征主要是三个，即，幅值，频谱特性，持续时间。4.输入地震波的选取方法（1） 应首先考虑震源和传播的途径来选取地震波。再兼顾考虑场地因素，根据反应谱

5、来选拨。选波时的依据是，选出的波用于计算反应后，差异不大，在可接受的范围。（2） 峰值的调整：地震波的峰值一定程度上反映了地震波的强度，因此要求输入结构的地震波峰值应于设防烈度要求的多遇地震或罕遇地震的峰值相当。（3） 频谱特性：所输入的地震波的卓越周期应尽可能与拟建场地的特征周期一致，所输入的地震波的震中距应尽可能与拟建场地的震中距一致。（4） 地震动的持时：地震记录最强烈的部分应包含在所选持续时间内，若仅对结构进行弹性最大地震反应分析，持续时间可以取短一些，如果对结构进行弹塑性分析或耗能过程分析，持续时间应该长些。（5） 地震波数量：输入地震波数量太少，不足以保证时辰分析的合理性，地震波太

6、多，工作量太大。（6） 中国抗震规范选择地震波的方法：设计规范标准反应谱法。通过地震分组和场地类别，考虑了震级，震中距，场地条件对频谱特征的影响。（7） 美国选择地震波的方法：地震危险性的解聚处理。对所考虑的结构的主要振型的自振周期的地震风险，找到对应的地震事件，并找到地震事件对应的震级和震中距，最后找到符合条件的台站处，获得地面运动的记录，作为非弹性动力反应分析的输入。5.弹性反应谱的概念（1） 弹性反应谱即为在给定阻尼比下的弹性单自由度体系在某一地震地面运动激励下最大反应随体系自振周期变化的规律。（2） 弹性反应谱包括：最大位移反应谱，最大速度反应谱，最大加速度反应谱。（3） 反映了不同自

7、振周期单自由度体系的最大反应的差异，展示了这条地震输入中不同频率的震动分量携带能量的多少。（4） 最常用的是加速度反应谱。（5） （一条地震输入，多个自振周期不同的单自由度体系，得到一个弹性反应谱）6.弹性反应谱的影响因素（1） 地震动幅值仅对地震反应谱的大小有影响（2） 地震动的频谱组成特征对地震反应谱的形状有明显影响。场地条件越硬，震中距越近，震级越高，反应谱最大值越大。（3） 阻尼可减小地震反应，持续时间对弹性反应谱影响不大。7.我国标准设计反应谱由上一问知，震级，震源矩，场地条件三者将会影响设计用的标准反应谱取值（走向）。查询规范时，震级和震源距用“设计地震分组”来考虑，场地条件用“场

8、地类别”来考虑。 8.用较小的弹性地震作用参与组合所设计出的结构能够抵抗中等或大震作用的原因因为结构在屈服后，具有保持承担竖向和水平荷载能力前提下的塑性变形能力，结构在屈服后通过塑性变形耗散掉一部分地震强迫震动输入结构的能量，从而使结构在强地震地面作用过程中保持不倒。（由于设计时采用了材料及荷载的分项系数，引入承载力抗震调整系数荷载进行组合及取最不利内力组合抗震措施带来的内力调整，如强柱弱梁，强剪弱弯，强节点，角柱内力调整等截面的配筋抗震构造措施设计人员的主观超配多自由度体系的体系超强结构进入塑性后，刚度下降，自振周期增大，导致地震作用减小。这些原因都将对结构抵抗中震和大震提供有利帮助）9.什

9、么是R，什么是，什么是R-T关系（1） R即为：“非线性反应的地震力降低系数”或者“单自由度体系屈服水准调整系数”。是一种地震输入下最大弹性反应对应的剪力与每种屈服水准下的剪力的比值。（2） 为非线性反应的位移延性系数。（3） 对于单自由度体系的R-T关系，即：对于不同自振周期的单自由度体系，其在抗震设计中选用的屈服水准（R），与屈服水准对应的在罕遇地震下所需具备的延性能力（）之间的关系。（4） 对于长周期的结构，对应适用等位移原理，即弹性体系与弹塑性体系的最大位移反应总是基本相同的。延性要求相对容易满足。（5） 对于短周期的结构，对应适用等能量原理。对延性的需求高。（6） 对于更短周期的结构

10、，则只能形成弹性反应，此类结构的强度很重要，应尽量提高结构的承载能力，避免在强震下进入屈服，不能依靠延性。（7） 若R的取值大，将变大，即若设计的结构的屈服水准低，在相同的强震下，结构的非弹性变形需求将变大。反之亦然。若R值不变，值也基本不变，即在相同的强震下结构的非弹性变形需求也可基本相同。10.单自由度体系与多次超静定多自由度体系非弹性特征的区别（1） 单自由度体系的塑性铰只有一个，体系屈服点的定义是唯一并且是确定的，即R-关系是明确唯一的（2） 多自由度体系由于在地震作用下，逐步形成塑性铰，且不是单一的，导致R关系不像单自由度体系一样明确。（3） 单自由度体系在塑性铰形成后，在更大的地面

11、运动输入时，体系抵抗水平地震力的相对裕量不大。（4） 多自由度体系，多自由度体系，当地面运动使其达到屈服水准后，通常只在很少几个塑性区进入屈服后状态，在更大的地面运动输入后，其余多数塑性铰是在结构更大的侧向变形过程中陆续形成的，抗水平力能力随侧向位移的增加而增长，体系抵抗水平地震力的相对裕量大。11.什么是多次超静定结构的体系超强？体系超强对结构带来的影响（1） 多次超静定体系多自由度体系在抗水平力逐步增大的过程中，把抗竖向荷载的能力维持到整体延性能力所及的或者相对更大的塑性变形状态。这一现象叫做体系超强。 （2） 体系超强的影响：带来影响：对于单自由度体系结构来说，从纵筋屈服到体系失效，抗力

12、增大幅度有限，而且只能形成一个塑性铰，失效过程相对较快；而多自由度体系结构由于存在体系超强，构件首批次达到屈服时，考虑材料平均值等因素，基底剪力一般大于“小震”水平，且达到屈服的构件数量一般较少，在失效过程中塑性铰陆续出现，从而使得结构的侧移和抗力均有所增大，因此具有体系超强的结构具有更高的抵抗地震作用的承载力储备。体系的超强不仅影响体系的R值，也影响构件的值。12.考虑结构非弹性性能的抗震设计总体思路（PPT总结） 杨红PPT 4-2 P25 总结1、2更多的是“保障结构延性性能的能力设计”的设计过程。换一个问题问：“结构能表现出好的抗震能力的原因”答案可以由4-2P11满足三水准的原因+老

13、白讲义P78 13.钢筋的受压屈曲，对钢筋混凝土构件的受力性能影响（1） 对于钢筋本身来说：屈曲后纵筋的受压强度会降低。屈曲后纵筋的弯曲部位将形成很大的局部应变。屈曲后再重新受拉（地震下的反复受力），纵筋更容易拉断。屈曲 后会对相应位置的箍筋形成挤压，导致箍筋提早拉断。（2） 对于柱中的受压钢筋屈曲，则为受压区混凝土的提前压溃创造了条件。受压钢筋压屈，则把全部压力传给混凝土，从而造成混凝土的提前压溃。（3）14.什么是钢筋的包兴格效应？钢筋的包兴格效应对构件抗震性能的影响（1） 当钢筋第一次不论受压还是受拉进入屈服后状态之后，若卸去应力并反向加载时，则在应力未超过大约0.4屈服应力之前，钢筋任

14、为理想弹性，超过大约0.4倍屈服应力后，钢筋将表现出越来越明显的塑性，直到达到屈服应力，在钢筋屈服后应力应变关系仍与一次单调受力相同。这个现象叫做钢筋的包兴格效应。（2） 钢筋混凝土构件梁，柱，剪力墙中的钢筋，在地震反复作用下，受拉或者是受压屈服都将表现出包兴格效应。此时当钢筋受力超过0.4倍屈服应力时，钢筋的变形模量（刚度）会随着应力增加而显著降低。导致构件的刚度下降，构件的反应位移加大。（3） 对于柱中的纵筋，由于包兴格效应导致变形模量降低，在受压以及混凝土保护层脱落，箍筋间距不足时，容易发生局部失稳，最终导致混凝土的突然压溃。（4） 锚固段纵筋在循环加载下逐渐受拉屈服后，粘结滞回曲线的刚

15、度退化由于受到钢筋的包兴格效应影响而逐渐降低。15.混凝土的裂面在接触效应（1） 混凝土的裂面再接触效应，是混凝土在反复拉压受力下产生的。（2） 混凝土一向受拉开裂后，卸载，部分拉应变恢复。当反向加载时，由于剪力存在，裂缝两个界面有错动，裂缝再接触有一个过程，混凝土的刚度，随着裂面接触的程度加深而提高。（3） 混凝土的裂面再接触效应加上钢筋的内力偶关系，将会对梁，柱滞回性能产生捏缩影响。16.粘结滑移滞回规律特征（1） 钢筋与混凝土粘结性能在滞回受力下，捏缩现象严重，这是高粘结应力段在反复受力后产生的大滑移状态，此时加载刚度为零，形成对抗震性能非常不利的空滑现象。钢筋的包兴格效应导致加载段滞回

16、曲线的刚度退化。（2） 反复受力的最大粘结应力比一次受力时明显降低（抗震设计的锚固长度和搭接长度都比非抗震设计时偏长的原因）（3） 曲线正反循环所包围的面积小，粘结滑移耗能差。17.循环受力下，钢筋粘结性能的影响因素（联系4-4节点钢筋粘结性能）（1） 钢筋的表面形状：肋的几何形状，肋的间距，钢筋表面/体积比（2） 混凝土的保护层厚度：厚度约厚，粘结性能越好。（3） 混凝土的抗压抗拉性能（4） 钢筋的锚固长度，布置方式。（5） 剪力（剪切变形）：界面处混凝土破碎，混凝土的裂缝，剪切变形都将导致粘结性能的退化。（6） 加载方法和加载历程：粘结应力不超过比例极限的次数不多的反复加载下，粘结性能不会

17、退化，一旦应力较大，钢筋的粘结性能将明显退化。（7） 箍筋：箍筋可以约束混凝土斜裂缝的开展和加宽，从而间接提高钢筋的粘结性能。（8） 剪压比和轴力：轴压比小时，增加轴压力，可以提高节点区钢筋的平均粘结应力，轴压比过大时，粘结应力会降低。剪压比过大时，导致梁纵筋较多，从而锚固环境不利，平均粘结应力降低。（节点区域） 18.钢筋混凝土柱的非弹性滞回反应特征（对柱滞回反应的影响因素）（1） 轴压比：柱子随着轴压比的增大，位移延性逐步减小。柱子随着轴压比的增大，左右受拉区的裂缝宽度变小，滞回圈变得更加饱满，即曲线的再加载段的捏拢（刚度先小后逐步增大的现象）现象逐步减弱直至消失。对耗能有利随着轴压比的增

18、大，纵筋在受拉屈服后，柱的抗弯承载力随受压区应力图形变化会有较快的增长，即滞回骨架线在屈服后上升变快，但达到峰值后由于保护层混凝土剥落，随后混凝土压溃而迅速下降。随着轴压比的增加，斜弯效应影响降低，塑性铰区相对减短，对耗能不利。（2） 约束箍筋：约束箍筋可以提高混凝土的强度，提高混凝土的极限压应变，从而增加柱子的延性。箍筋间距，直径，类型对防止柱端受压纵筋起到关键作用。同时也要满足施工的需要。（3） 剪跨比，剪压比：当剪力相对较大时，斜裂缝发育充分，滞回曲线的捏拢现象会因为斜裂缝的张开闭合而加剧。（4） 柱端纵筋：纵筋直径越粗，可以推迟屈曲，根数越多，有助于增加对核心混凝土的约束。纵筋率越高，

19、减轻混凝土承担的压力，有利延性。19.增加轴压比，滞回捏拢现象减轻的原因轴压比偏小时，柱向左向右反复弯曲时受拉区裂缝在水平位移较大后发育较宽，某个方向的水平力卸载后，该方向弹性变形恢复，但受拉钢筋卸载后由于只恢复了弹性变形，塑性变形为恢复，而较小轴压力不足以使钢筋压短至裂缝闭合，故先只由钢筋承担压力，此时形成了钢筋内力偶。只有在反向水平力加大到一定程度时，裂缝才能逐渐闭合，使混凝土参与受压，截面刚度逐步提高,此时体现了混凝土的裂面再接触效应。20.钢筋混凝土梁的非弹性滞回反应特征（1） 纵筋的配筋率和上下纵筋的比例：受拉配筋率越高延性越差，受压钢筋配筋率越高，延性越好。上部钢筋越多，在滞回循环

20、中，上部裂缝越难闭合，上部钢筋应变一直在加大，而下部裂缝闭合交替，导致滞回曲线捏拢严重，对耗能不利。（2） 约束箍筋：梁端的约束箍筋越多，梁的延性越好，滞回曲线越饱满。但对于剪跨比小的短梁，梁端的约束箍筋作用不明显，应该全长加密。并且箍筋改善在变形较大的后期受力性能，减小剪切效应，减少剪切变形量。（3） 剪跨比：剪跨比越小，剪切变形量越大，剪切效应明显，剪切斜裂缝越宽且难以闭合，滞回曲线捏缩严重，滞回性能差，对耗能不利。（4） 板以及板筋：由于现浇板以及现浇板中的钢筋作用，使得在正弯矩下，梁的上部钢筋很难进入包兴格效应逐步屈服状态，导致上部裂缝很难闭合，上部混凝土无法受压，最终使得正弯矩下梁的

21、延性能力较好。最终破坏由下部钢筋失稳和下部混凝土的压碎控制（为什么正弯矩下梁端延性很好）。21.梁中纵筋屈服前与屈服后，构件非弹性特征（塑性变形）增大的原因（1） 纵筋屈服前：混凝土受拉承载力低，开裂后退出工作，致使钢筋应力重分布，截面抗弯刚度降低。混凝土的弹性模量随着应力的增大而降低。裂缝间的粘结退化，混凝土对截面的抗弯刚度贡献降低。，剪切效应和斜裂缝引起的剪切刚度退化。（2） 纵筋屈服后：受拉纵筋应力变化小，塑性伸长明显。弯曲裂缝明显加宽，斜裂缝明显发展。粘结退化加快，剪切效应更明显。22.钢筋的屈服区长度随着结构地震反应的增大和地震作用的反复而逐步增大的原因（屈服渗透）（1） 由于钢筋屈

22、服后的硬化效应，以及内力臂的增加，导致承载力有一定提高，弯矩增加（也叫钢筋强化引起的弯矩增加），使得钢筋的塑性变形区的长度会有进一步的增长。（2） 在地震正负弯矩的作用下，钢筋的粘结会进一步退化，失效，导致屈服区的进一步扩展。（3） 当剪力过大，形成斜裂缝后，由斜裂缝引起的纵筋内力重分布，将会导致钢筋的屈服区的进一步发展。23.影响剪力墙抗震性能的因素（抗震构造措施原则老白讲义P63） 以下部分见PPT 4-3 P42（1） 高宽比：高宽比越大，对曲率延性的需求越大。（2） 截面几何形状：比如T型截面，当翼缘受拉时，承载力提高但是延性降低。翼缘受压时，承载力降低但是延性提高。（3） 墙体厚度：

23、厚度足够大，避免失稳问题。（4） 底部加强部位（5） 轴压比：降低延性，提高抗剪和抗弯承载力。（6） 边缘构件并加强箍筋约束。（7） 分布钢筋：发生剪压型和斜压型剪切破坏时，水平分布钢筋起到抗剪作用；抵抗施工缝处可能出现的滑动剪切破坏24.梁的抗震构造措施中控制纵向受拉纵筋的最小配筋率的原因（1） 考虑地震的随机性，应使梁具有基本的抗震性能。（2） 不至于使梁开裂后刚度退化的过于严重。（3） 避免梁端只出现一条或极少的裂缝，使塑性变形过于集中。如果配筋率过小，将导致屈服区过短，当梁一端出现塑性转角时，因为屈服区过小，导致曲率快速增长，并最终使受拉钢筋拉断，所以抗震中的梁支座受拉纵筋最小配筋率比

24、非抗震的大。（4） 避免梁端纵筋在强震下过早拉断。（5） 保证梁端的塑性铰区能充分发挥其延性性能。25.柱的抗震构造措施中控制纵筋最小配筋率的原因（1） 防止柱开裂后刚度退化过快。（2） 柱控制截面内力经过强柱弱梁增大弯矩后，柱配筋任然较小时，最小配筋率相当于提高了强柱弱梁的实施力度。（3） 调高结构的整体抗震可靠性。对薄弱截面和构件进行补救。26.剪力墙抗震措施中控制纵筋最小配筋率的原因（1） 抵抗温度和混凝土收缩的影响（2） 防止开裂后刚度退化过快（3） 相对于连梁，提高剪力墙的承载力（4） 中等强度地震下，避免剪力墙结构性的损伤（5） 防止强烈地震下，墙体开裂后裂缝的迅速扩展，防止受压钢

25、筋屈曲，受拉钢筋拉断。27.剪力墙和筒体结构墙肢底部约束边缘构件中纵向钢筋最低数量的原因（1） 保证墙肢底部所需延性和塑性耗能能力。（2） 对墙肢底部的抗弯能力作出必要的加强，以便使塑性铰首先出现在各层洞口连梁，推迟形成墙肢底部的塑性铰。 28.混凝土剪力墙的抗震能力设计方法（1） 目的：保证知道罕遇烈度，剪力墙能形成以连梁耗能为主的塑性铰分布格局，从结构层次保证延性。（2） 途径：墙肢弱梁，对约束边缘构件内的纵向钢筋最低数量作出限制，促使塑性变形集中于各层的连梁，推迟墙肢底部出现塑性铰，并提高墙肢底部的抗弯能力。强剪弱弯：局部弯矩调整，对底部加强部位以上的墙肢组合弯矩进行增大，使塑性铰出现在

26、底部。（3） 影响因素：墙肢底部区域的弯曲超强。弯曲超强对剪力墙结构带来的影响是，使墙身其他部位在强震下可能出现明显非弹性变形，使控制塑性变形出现在墙肢底部的措施减弱；导致强剪弱弯调整措施减弱。弯曲超强的因素是：钢筋实际强度离散以及应变硬化混凝土由于约束，强度提高设计值与平均值的差异抗震构造大于设计值，设计人员的主管超配。非弹性动力放大效应。使墙肢底部发挥的强度提高，整个墙身弯矩均相应增加，强剪弱弯措施减弱。动力放大效应的因素是：振型中高阶振型的影响。（4） 延性设计步骤：PPT29.混凝土框架结构抗震能力设计方法（1） 目的：保证直到罕遇地震下，框架结构能形成合理的塑性铰分布格局，从结构的层

27、次保证延性。其次，避免梁柱的非延性剪切失效，从构件的层次保证延性的的实现。（2） 途径：强柱弱梁：避免强震下形成层位移，控制层间位移的塑性集中，降低强震对柱端塑性转动的需求，防止或推迟柱端混凝土压溃，纵筋屈曲。强剪弱弯：从平衡条件出发，基于小震组合剪力，乘以增大系数，人为增大地震效应对应的剪力，使构件在大震下非弹性弯曲变形足够大时，箍筋不屈服，从而避免非延性剪切破坏。（3） 主要影响因素：梁端实际承载力超强。承载力超强对结构带来的影响是，导致强柱弱梁措施和强剪弱弯措施减弱。承载力超强的因素：现浇板，构造措施，中间节点左右梁端负筋拉通，纵筋应变强化，人为超配。动力非弹性放大效应。双向地震作用。双

28、向地震作用对结构带来的影响是，降低柱的承载力。柱端承载力超强。对结构的影响是，使柱子的强剪弱弯措施效果减弱。非弹性循环受力。循环受力，骨料咬合力和销栓作用减弱，混凝土抗剪承载力逐步退化。 30.中间层中间节点滞回性能（抗震性能）影响的因素（1） 现浇板和正交梁：可约束或减小节点区混凝土反复开裂闭合的膨胀。可明显的提高节点的抗剪承载力。从四周对核心混凝土形成有效的约束，增大梁端负弯矩承载力。（2） 节点箍筋：在桁架传力的结构中，与竖向柱纵筋形成抵抗拉应力的钢筋网。约束机构中，限制和推迟核心混凝土斜裂缝的开展，约束斜压杆混凝土，提高强度和变形能力。提高纵筋的锚固性能。提高节点抗剪承载力，但剪压比过

29、大时，由斜压杆控制，增加箍筋对抗剪承载力基本没有影响。（3） 梁纵筋的粘结性能：柱受力方向尺寸相对梁纵筋直径的比值越小，粘结性能越差，捏缩现象越严重，耗能性越差，滞回性能降低。梁纵筋的粘结性能越差，随着纵筋的粘结退化，桁架机构作用减弱，主斜压杆混凝土压应力过大，梁端非线性转角加大。（4） 轴力：轴力对节点的抗剪承载力为综合影响。节点剪压比较小时，有利作用占优。因为增大的轴力可以减小滑移，缓解捏缩，且不会导致核心混凝土的压溃。节点剪压比中等时，有利作用大致抵消不利作用，增大轴力会加大核心混凝土的压力，但同时对纵筋的粘结滑移有好处。节点剪压比较大时，不利作用占优，增大的轴力使斜压杆压应力提高，加速混凝土的压溃。 附：一些基本概念1.滞回概念：2.斜弯效应：3.钢筋的内力偶正负弯矩作用下，柱两侧（梁上下）混凝土受拉开裂，钢筋受拉屈服后，反向承受压力时，由于裂缝未闭合，作用弯矩由左右两侧（上下两面）的钢筋形成的内力偶来承担的现象叫做钢筋的内力偶。当产生钢筋的内力偶现象时，伴随着裂缝的贯穿，以及此后可能出现的混凝土裂面再接触效应。外弯矩仅由钢筋内