钢结构的延性设计结构延性设计的若干基本概念

第四章钢结构延性设计DuctileDesignofSteelStructures结构延性设计的若干基本概念钢结构延性设计的基本概念一、结构抗震设计的三准则小震不坏中震可修3大震不倒刚度准则延性准则强度准则

钢结构延性设计的基本概念一、结构抗震设计的三准则小震不坏刚度准则

设计者必须保证当地发生十年至十五年出现一次的小地震时，建筑物应无任何破坏。如何防止较脆的且只能承受有限变形的非结构构件产生破坏必须限制结构的弹性位移，如层间位移等钢结构延性设计的基本概念一、结构抗震设计的三准则2中震可修强度准则

对于不常发生的中等地震，允许有一些非结构构件受到损坏。但必须避免结构的某些不为由于大的非弹性变形而损坏，以免昂贵而又困难的修复工作在地震动荷载下总的结构反应必须是弹性的钢结构延性设计的基本概念一、结构抗震设计的三准则3大震不倒延性准则

设计者要保证在使用期限内不会由于罕遇地震（最大地震力）而倒塌，允许有极大的经济损失。结构必须具有相当大的非弹性变形能力钢结构延性设计的基本概念二、抗震设计的目标1可行的能量耗散机构塑性变形耗能

I：建立希望出现的塑性铰次序；II：依据I，给予每个构件适当的强度，以保证结构的塑性铰旨在选择的位置出现。钢结构延性设计的基本概念二、抗震设计的目标2抗震设计概念抗震设计基本原理的核心：在不可预见的激烈的地面运动中，在结构内选择一个特定的耗能方式，即要求设计能够保证在发生大震时一个建筑物一定会怎样反应而非通过抗震分析，估计一个建筑物可能会怎样反应构造钢结构延性设计的基本概念二、抗震设计的目标3能量耗散机构的选择

不同的结构体系的适宜能量耗散机构可能有所不同。举例：多层框架结构塑性铰必须产生在所有的梁上强柱弱梁但柱应比梁强多少，规范未定??钢结构延性设计的基本概念二、抗震设计的目标3能量耗散机构的选择

通常做法：I：先选择一些构件，使之耗能；II：其它构件则被予以足够强度，以保证已经确定的耗能方式。钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性0延性概念的引入

i：动力分析表明:理论分析的弹性反应惯性力要比设计规范对地震荷载下建议的侧向力大很多，差值几乎无法用安全系数调和；ii：但按规范设计的结构大多数经受住了地震的考验iii：反常的原因，结构通过了非弹性变形吸震和耗能延性钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性1基本概念

所谓一个结构具有延性行为是指它能够承受较大的非弹性变形，而强度并不显著降低，故不至引起结构的失稳和倒塌

钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性概念的发展

材料的角度：

材料能够抵抗较大的非弹性变形而不降低其强度的能力钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性概念的发展材料的角度：

1964年,ASM（theMetalHandbookoftheAmericanSocietyforMetals)定义“延性”为金属产生塑性变形而不产生裂缝的能力“Ductility”as“theabilityofamaterialtodeformplasticallywithoutfracture钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性概念的发展材料的角度：

“brittleness”as“thequalityofamaterialthatleadstocrackpropagationwithoutplasticdeformations与“延性”相对应，“脆性”则为钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性概念的发展根据上述概念，过去的观点一直认为：钢材是目前建筑材料延性最好的，因此，在钢结构设计中，想当然地利用了钢材的塑性变形能力；但是，事实表明：仅仅材料的良好延性并不能保证结构获得应具备的延性。Materialductilityaloneisnotaguaranteeofductilestructuralwhensteelcomponentsandconnectionscanfailinbrittlemanner材料的延性结构的延性钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性设计的起源和发展1860s，Luder在实验中发现受拉试件超过弹性极限时会在其表面出现塑性铰线；1868，Tresca1870s，Saint－Venant发现了同样的现象1886，Bauschinger进行了生铁试件的非弹性循环实验随后，其与Tetmajer一起进行了生铁柱在塑性范围内的屈曲实验，提出了在当时欧洲广泛应用的柱强度经验公式钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性设计的起源和发展在20世纪的上半叶，学者们开始关注钢材与钢构件截面上的塑性性能；1914年，有一些相关的实验报告出来，这些研究活动主要集中在德国例如：现在被广泛采用的Von-Mises(Huber-Hency-Mises)屈服准则就是源于1904，1913，1925年的研究成果

钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性设计的起源和发展在20世纪的50s和60s，是这一领域相关研究的鼎盛时期其中以美国和英国的学者最为活跃，他们集合了其它国家学者的成果，给出了塑性设计与分析的工具，以替代当时的容许应力法（allowablestressmethod)此后，进一步的分析和实验研究则不仅针对构件的极限承载力，也开始针对整个结构体系。AmericanInstituteofSteelConstruction当时的设计方法和条文目前仍在沿用CanadaInstituteofSteelConstruction钢结构延性设计的基本概念三、结构的延性*延性设计的起源和发展在20世纪的60s以前，塑性设计并无抗震内容当抗震成为人们关注的热点后，研究方向主要朝两个方向发展：一、建立更加完善的构件模型，把精力主要放在构件与结构的稳定性上，当支撑设置适当，失稳与塑性可能同时发生。二、发展设计方法和构造措施，以使结构在地震荷载下发生循环非弹性变形和能保持稳定的塑性行为。需要构造措施保证在此之前不发生失稳破坏。延性十分重要钢结释构延防性设择计的禽基本桃概念三、捡结构陡的延械性*播延性搏设计络的起圣源和击发展一、建居立更加警完善的狸构件模屋型，把牛精力主其要放在泰构件与棚结构的扭稳定性鄙上，当该支撑设局置适当稼，失稳争与塑性旧可能同偿时发生拿。二、发峰展设计岁方法和低构造措犯施，以冻使结构逗在地震酷荷载下吸发生循袍环非弹粉性变形借和能保羞持稳定余的塑性仓行为。隆需要构凳造措施舅保证在功此之前背不发生狭失稳破桨坏。相互交饮融钢结建构延狂性设税计的岭基本委概念三、结劝构的延眯性2钢泉结构延牢性设计兼所包含卡的内容纠：材料层准次的延湖性截面与浴构件层羊次的延帅性结构层犹次的延盒性节点忙不屈这服十沈分重印要钢结构档延性设须计的基简本概念三、功结构渔的延插性3延红性的度硬量方式结构的盾延性一俘般通过位移勾延性泥系数来度宝量：开始屈步服的变夕位（弹皱性极限恭位移）非弹性怎末端的流变位（苗极限位条移）钢结脏构延拜性设批计的据基本测概念三、结米构的延新性加州邻结构竿工程窝师协治会推脊荐：3新延性倍的度叙量方扒式钢结垮构延俗性设截计的汽基本吧概念三、飞结构酒的延俭性构件根（以姐弯曲筋变形界为主波的构政件）扎的延燃性一般陆通过截面延株性系数沃（曲率顽延性系片数）来度量：截面开甜始屈服拾的曲率截面蛾非弹贷性末孝端的夫曲率3延到性的度刃量方式钢结忆构延役性设瞒计的崖基本冷概念三、腰结构坊的延恢性4延仅性设计俩方法框架结翁构的整若体位移宣延性系乏数构件截棍面的曲德率延性注系数控制必须强敲迫结构阶按预定盏次序和油位置出宽现塑性意铰以使过结构按蓄预定的鹿模式破扫坏钢结构较延性设习计的基坡本概念钢结构丢延性设铲计的基愚础截面盆、构闯件、乱结构档（包壁括节傻点）绣的塑弟性分耕析Du拖ct选il烧e震De贞si宣gn捆o艰f月St默ee赠l怕St反ru揭ct急ur姨esMic晌helBr回un友ea幻玉u1缝钢材2截面斤的塑承性行牺为3插塑性不分析燥的概嫂念4