一、結構在地震下的主要特點

　　地震以波的形式從震源（地麵上的相對位置稱震中）xiangzhouweikuaisuchuanbo，tongguoyantuhediji，shijianzhuwudejichuheshangbujiegouchanshengbuguizedewangfuzhendonghejiliedebianxing。jiegouzaidizhenshifashengdexiangyingyundongchengweidizhenfanying，baokuoweiyi

、速度、加速度。同時，結構內部發生很大的內力（應力）hebianxing，dangtamenchaoguolecailiaohegoujiandegexiangjixianzhihou，jiegoujiangchuxiangezhongbutongchengdudepohuaixianxiang，liruhunningtuliefeng

，gangjinqufu，xianzhudecanyubianxing，jubudeposun

，suikuaihuogoujianzhuiluo
，zhengtijiegouqingxie，shenzhidaotadengdeng。

　　在震中區附近，地麵運動的垂直方向振動激烈
，且頻率高
，水平方向振動較弱；距震中較遠處，垂直方向的振動衰減快，其加速度峰值約為水平方向加速度峰值的1／2～1／3.因此，對地震區的大部分建築而言，水平方向的振動是引起結構強烈反應和破壞的主要因素。鋼筋混凝土結構在地震作用下受力性能的主要特點有：

　　1、結構的抗震能力和安全性，不僅取決於構件的（靜）承載力

，還在很大程度上取決於其變形性能和動力響應。地震時結構上作用的“荷載”是(shi)結(jie)構(gou)反(fan)應(ying)加(jia)速(su)度(du)和(he)質(zhi)量(liang)引(yin)起(qi)的(de)慣(guan)性(xing)力(li)
，它(ta)不(bu)像(xiang)靜(jing)荷(he)載(zai)那(na)樣(yang)具(ju)有(you)確(que)定(ding)的(de)數(shu)值(zhi)。變(bian)形(xing)較(jiao)大(da)，延(yan)性(xing)好(hao)的(de)結(jie)構(gou)，能(neng)夠(gou)耗(hao)散(san)更(geng)多(duo)的(de)地(di)震(zhen)能(neng)量(liang)，地(di)震(zhen)的(de)反(fan)應(ying)就(jiu)減(jian)小(xiao)，“荷載”小，町能損傷輕而更為安全。相反
，靜承載力大的結構，可能因為剛度大、重量大
、延性差而招致更嚴重的破壞。

　　2、屈服後的工作階段――當發生的地震達到或超出設防烈度時
，按照我國現行規範的設計原則和方法
，鋼筋混凝土結構一般都將出現不同程度的損傷。構件和節點受力較大處普遍出現裂縫
，有些寬度較大；部分受拉鋼筋屈服
，有殘餘變形；構件表麵局部破損剝落等。但結構不致倒塌。

　　3、“荷載”低周的反複作用――地震時結構在水平方向的往複振動，使結構的內力（主要是彎矩和剪力，有時也有軸力）發生正負交變。由於地震的時間不長且結構具有阻尼，荷載交變的反複次數不多（即低周）。所以，必須研究鋼筋混凝土構件在低周交變荷載作用下的滯回特征。

　　4、變形大――地震時結構有很大變形。例如橋墩的側向位移等。一方麵對結構本身產生不利影響，如柱的二階（P―A）效應
，增大附加彎矩，甚至引起失穩或傾覆，構造縫相鄰結構的碰撞等；另一方麵造成非結構部件的破損
，橋梁上部結構的脫落等破壞。故抗震結構設計時要控製其總變形。

　　二、單調荷載下的延性

　　1、材料、構件或結構的延性通常定義為在初始強度沒有明顯退化情況下的非彈性變形的能力。它包括兩個方麵的能力：

　　（1）承受較大的非彈性變形
，同時強度沒有明顯下降的能力。

　　（2）利用滯回特性吸收能量的能力。

　　圖10-1的廣義力一變形（9―D）曲線可以概括地說明延性的概念。其中一條曲線在經過彈性變形、塑性應變之後在硬化充分發展後軟化；而另一條在達到其承載能力之後沒有或幾乎沒有硬化過程而直接軟化，有明顯的尖峰。前者稱為延性而後者稱為脆性。

　　在實際工程中判斷結構的脆性或延性有重大的意義
，可從延性結構的優越性加以說明：

　　（1）破壞前有明顯預兆，破壞過程緩慢，因而可采用偏小的計算安全可靠度。

　　（2）出現非預計荷載
，例如偶然超載，荷載反向，溫度升高或基礎沉降引起附加內力等情況下，有較強的承受和抗衡能力。

　　（3）有利於實現超靜定結構的內力充分重分布。

　　（4）在承受動力作用（如振動
、地震
、爆炸等）情況下

，能減小慣性力，吸收更大動能，減輕破壞程度，有利於修複。

　　（5）延性結構的後期變形能力，可以作為各種意外情況時的安全儲備。

　　2.延性指標

　　在利用延性特性設計抗震結構時
，首先必須確定度量延性的量化指標。衡量結構和材料的延性一般用延性係數
，其定義為：在保持結構或材料的基本承載能力的情況下，極限變形0u和初始屈服變形D，的比值
，即：

　　當廣義變形D定義為具體物理量時，就有相應的延性係數，如截麵曲率延性係數^／P＼構件或結構的位移延性係數B、轉角延性係數B等，則：

　　最常用的是曲率延性係數（也稱曲率延性比）和位移延性係數（也稱位移延性比）。曲率延性係數通常用於反映構件臨界截麵的相對延性，位移延性係數則用於反映構件局部或結構整體的相對延性。

　　一般認為鋼筋混凝土抗震結構要求的延性係數為B=3-4.

     　三、延性在抗震設計中的重要性及其作用

　　在我國現在的多高層建築中，鋼筋混凝土結構應用最為普遍，其中鋼筋混凝土框架結構是最常用的結構形式。因為其具有足夠的強度、良好的延性和較強的整體性，目前廣泛用於地震設防地區。鋼筋混凝土框架結構具有良好的抗震性能
，然而未經合理設計的框架結構會在地震作用下產生較嚴重的震害。結構抗震的本質就是延性， 延(yan)性(xing)是(shi)指(zhi)構(gou)件(jian)和(he)結(jie)構(gou)屈(qu)服(fu)後(hou)，在(zai)承(cheng)載(zai)能(neng)力(li)不(bu)降(jiang)低(di)或(huo)基(ji)本(ben)不(bu)降(jiang)低(di)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，具(ju)有(you)足(zu)夠(gou)塑(su)性(xing)變(bian)形(xing)能(neng)力(li)的(de)一(yi)種(zhong)性(xing)能(neng)，一(yi)般(ban)用(yong)延(yan)性(xing)比(bi)來(lai)表(biao)示(shi)。對(dui)於(yu)受(shou)彎(wan)構(gou)件(jian)來(lai)說(shuo)
，隨(sui)著(zhe)荷(he)載(zai)增(zeng)加(jia)，首(shou)先(xian)受(shou)拉(la)區(qu)混(hun)凝(ning)土(tu)出(chu)現(xian)裂(lie)縫(feng)，表(biao)現(xian)出(chu)非(fei)彈(dan)性(xing)變(bian)形(xing)。然(ran)後(hou)受(shou)拉(la)鋼(gang)筋(jin)屈(qu)服(fu)
，受(shou)壓(ya)區(qu)高(gao)度(du)減(jian)小(xiao)，受(shou)壓(ya)區(qu)混(hun)凝(ning)土(tu)壓(ya)碎(sui)
，構(gou)件(jian)最(zui)終(zhong)破(po)壞(huai)。從(cong)受(shou)拉(la)鋼(gang)筋(jin)屈(qu)服(fu)到(dao)壓(ya)區(qu)混(hun)凝(ning)土(tu)壓(ya)碎(sui)，是(shi)構(gou)件(jian)的(de)破(po)壞(huai)過(guo)程(cheng)。在(zai)這(zhe)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，構(gou)件(jian)的(de)承(cheng)載(zai)能(neng)力(li)沒(mei)有(you)多(duo)大(da)變(bian)化(hua)，但(dan)其(qi)變(bian)形(xing)的(de)大(da)小(xiao)卻(que)決(jue)定(ding)了(le)破(po)壞(huai)的(de)性(xing)質(zhi)。是(shi)鋼(gang)筋(jin)砼(tong)受(shou)彎(wan)構(gou)件(jian)的(de)M―Δ（Φ） 曲線，Δy 是屈服變形，Δu 是極限變形。提高延性可以增加結構抗震潛力，增強結構抗倒塌能力。延性結構通過塑性鉸區域的變形，能夠有效地吸收和耗散地震能量

；同tong時shi
，這zhe種zhong變bian形xing降jiang低di了le結jie構gou的de剛gang度du，致zhi使shi結jie構gou在zai地di震zhen作zuo用yong下xia的de反fan應ying減jian小xiao
，也ye就jiu是shi使shi地di震zhen對dui結jie構gou的de作zuo用yong力li減jian小xiao。當dang結jie構gou設she計ji成cheng為wei延yan性xing結jie構gou時shi
，由you於yu塑su性xing變bian形xing可ke以yi耗hao散san地di震zhen能neng量liang，結jie構gou變bian形xing雖sui然ran會hui加jia大da

，但dan結jie構gou承cheng受shou的de地di震zhen作zuo用yong不bu會hui很hen快kuai上shang升sheng，內nei力li也ye不bu會hui再zai加jia大da
，因yin此ci具ju有you延yan性xing的de結jie構gou可ke降jiang低di對dui結jie構gou的de承cheng載zai力li要yao求qiu，也ye可ke以yi說shuo，延yan性xing結jie構gou是shi用yong它ta的de變bian形xing能neng力li來lai抵di抗kang罕han遇yu地di震zhen作zuo用yong
；反之，如果結構的延性不好
，則必須有足夠大的承載力抵抗地震。後者會多用材料，對於地震發生概率極少的抗震結jie構gou
，延yan性xing結jie構gou是shi一yi種zhong經jing濟ji的de設she計ji對dui策ce。此ci外wai，延yan性xing可ke以yi使shi超chao靜jing定ding結jie構gou的de內nei力li得de以yi充chong分fen重zhong分fen布bu，采cai用yong塑su性xing內nei力li重zhong分fen布bu方fang法fa設she計ji時shi，同tong樣yang也ye可ke以yi節jie約yue鋼gang筋jin用yong量liang，取qu得de較jiao好hao的de經jing濟ji效xiao果guo。因yin此ci可ke以yi說shuo結jie構gou的de延yan性xing和he結jie構gou的de強qiang度du是shi同tong等deng重zhong要yao的de。延yan性xing好hao的de結jie構gou的de破po壞huai我wo們men稱cheng之zhi為wei塑su性xing破po壞huai
，延yan性xing差cha的de結jie構gou的de破po壞huai我wo們men稱cheng之zhi為wei脆cui性xing破po壞huai，塑su性xing破po壞huai能neng提ti前qian給gei人ren以yi預yu兆zhao
，是shi符fu合he結jie構gou設she計ji理li論lun的de。

　　結構延性在抗震中之所以如此重要
，是因為結構延性具有如下作用 .

　　①、防止脆性破壞

　　由於鋼筋混凝土結jie構gou或huo構gou件jian的de脆cui性xing破po壞huai是shi突tu發fa性xing的de，沒mei有you預yu兆zhao，所suo以yi為wei了le保bao障zhang人ren們men生sheng命ming財cai產chan安an全quan
，除chu了le對dui構gou件jian發fa生sheng脆cui性xing破po壞huai時shi的de可ke靠kao指zhi標biao有you較jiao高gao要yao求qiu以yi外wai

，還hai要yao保bao證zheng結jie構gou或huo構gou件jian在zai破po壞huai前qian有you足zu夠gou的de變bian形xing能neng力li。

　　②、承受某些偶然因素的作用

　　結構在使用過程中可能會承受設計中未考慮到的偶然因素的作用，比如說
，偶然的超載、基礎的不均勻沉降、溫wen度du變bian化hua和he收shou縮suo作zuo用yong引yin起qi的de體ti積ji變bian化hua等deng。這zhe些xie偶ou然ran因yin素su會hui在zai結jie構gou中zhong產chan生sheng內nei力li和he變bian形xing，而er延yan性xing結jie構gou的de變bian形xing能neng力li
，則ze可ke作zuo為wei發fa生sheng意yi外wai情qing況kuang時shi內nei力li和he變bian形xing的de安an全quan儲chu備bei。

　　③、實現塑性內力重分布

　　延性結構容許構件的某些臨界截麵有一定的轉動能力，形成塑性鉸區域
，產生內力重分布，從而使鋼筋混凝土超靜定結構能夠按塑性方法進行設計
，得到有利的彎矩分布，使配筋合理，節約材料
，而且便於施工。

　　④、有利於結構抗震

　　在zai地di震zhen作zuo用yong下xia，延yan性xing結jie構gou通tong過guo塑su性xing鉸jiao區qu域yu的de變bian形xing，能neng夠gou有you效xiao地di吸xi收shou和he耗hao散san地di震zhen能neng量liang
，同tong時shi，這zhe種zhong變bian形xing降jiang低di了le結jie構gou的de剛gang度du，致zhi使shi結jie構gou在zai地di震zhen作zuo用yong下xia的de反fan應ying減jian小xiao，也ye就jiu是shi使shi地di震zhen對dui結jie構gou的de作zuo用yong力li減jian小xiao
，因yin此ci，延yan性xing結jie構gou具ju有you較jiao強qiang的de抗震能力。

　　四、影響結構延性的主要因素

　　框架結構是由梁、板
、柱以及節點這四部分組成，其中梁
、柱以及節點的延性決定了整個框架結構的延性。因此
，隻要保證柱、梁和節點的延性也就保證的框架結構的延性
，從而也就確保了框架結構的抗震能力。

　　1、影響梁延性的主要因素：梁是框架結構中的主要受力構件之一，在抗震shejizhongyaoqiusuxingjiaoshouchuxianzailiangduanqieqiyoubunengfashengjianqiepohuai，tongshihaiyaofangzhiyouyuliangjinqufushenrujiedianeryingxiangjiedianhexinqudexingneng。shiyanhelilunfenxibiaoming，yingxiangliangjiemianyanxingdezhuyaoyinsuyou：

　　①、梁liang截jie麵mian尺chi寸cun。在zai地di震zhen作zuo用yong下xia，梁liang端duan塑su性xing鉸jiao區qu混hun凝ning土tu保bao護hu層ceng容rong易yi剝bo落luo
，故gu梁liang截jie麵mian寬kuan度du過guo小xiao則ze截jie麵mian損sun失shi比bi例li較jiao大da，所suo以yi一yi般ban框kuang架jia梁liang寬kuan度du不bu宜yi小xiao於yu200mm.同時為了提高節點剪力、避免梁側向失穩及確定梁塑性鉸區發展範圍
，分別要求梁寬不宜小於柱寬的1/2、梁的高寬比不宜大於4
、梁的跨高比不宜小於4.

　　②、梁縱筋配筋率。試驗表明
，當梁縱向受拉鋼筋配筋率很高時
，在彎矩達到最大值時，彎矩――曲率曲線很快出現下降

；當配筋率較低時，彎矩達到最大值後能保持相當長的水平段
，因而大大提高了梁的延性和耗散能量的能力。

　　國外一般有如下三種設計方案：（1）較高地震力――較低延性方案
；（2）中等地震力――中等延性方案；（3）較低地震力――較高延性方案。高地震力方案主要保證結構的承載力，低地震力方案主要保證結構的延性。實際震害表明，這三種方案
，從抗震效果和經濟性來看，都能達到設防目標。我國的抗震設計采用的是方案（3）即較低地震力――較(jiao)高(gao)延(yan)性(xing)方(fang)案(an)，即(ji)采(cai)用(yong)明(ming)顯(xian)小(xiao)於(yu)設(she)防(fang)烈(lie)度(du)的(de)小(xiao)震(zhen)地(di)麵(mian)運(yun)動(dong)加(jia)速(su)度(du)來(lai)確(que)定(ding)結(jie)構(gou)的(de)設(she)計(ji)地(di)震(zhen)作(zuo)用(yong)，並(bing)將(jiang)它(ta)與(yu)其(qi)他(ta)荷(he)載(zai)內(nei)力(li)進(jin)行(xing)組(zu)合(he)
，進(jin)行(xing)截(jie)麵(mian)設(she)計(ji)，通(tong)過(guo)鋼筋混凝土結構在屈服後的地震反應過程中形成較為有利的耗能機構
，使結構主要的耗能部位具有良好的屈服後變形能力來實現“大震不倒”的目標。當然，我們還要看到一點
，雖然這三個方案都能保證“大震不倒”
，但是在改善結構在中小地震下的性態方麵，方案（3）僅僅提高結構的延性水平而結構的屈服水準並沒有明顯提高是明顯不如方案（1）和（2）的。也就是說，在保證“小震不壞
，中震可修”方麵，方案（1）和（2）是優於方案（3）的。