土木吧丨規範為啥要求進行塑性計算?

2017/07/03

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我們知道,現行的結構抗震設計方法是基於多遇地震(也就是常說的小震)作用下的結構彈性計算,作為結構或構件強度設計的基礎,然後再驗算罕遇地震(也就是常說的大震)作用下結構的變形,判斷結構在大震作用下是否「不倒塌」,規範中還規定了一系列抗震措施來達到「強節點弱構件」、「強剪弱彎」、「強柱弱梁」等延性要求,最終實現結構的「小震不壞、中震可修、大震不倒」。

彈性計算是相對方便的,但對於某些結構,為啥規範還要求進行塑性計算呢?土木君今天和大家一起聊聊這個話題。

我們先看一個例子。簡單的一榀純框架結構,在一個較大的水平力(足以使框架出現塑性變形)作用下,它的彎矩圖是什麼樣的呢?如果不考慮結構進入塑性,采用彈性分析方法得到的結構彎矩分佈如圖一所示。如果考慮框架進入彈塑性,則結構彈塑性下的最終彎矩分佈如圖二所示。兩種情況下柱的截面彎矩差異非常大,所以,結構採用彈性計算或彈塑性計算產生的偏差對結構的影響不容忽視。

圖一

圖二

這是因為當結構進入彈塑性階段,隨著某些構件或部位先後進入屈服狀態,結構將發生內力重分配,這是規範要求採用塑性計算的原因之一。

比如外框架需要承擔比按彈性剛度分配更多的地震剪力,因為常規設計按小震計算,而設防烈度為中震,地震作用大得多。考慮在較大地震作用下,混凝土核心筒剛度可能退化,外框架承擔的地震力可能增加。

還有一個原因,一般地震作用是動態、隨機和複雜的,採用靜力的方式考慮地震作用具有一定的局限性。彈塑性時程分析方法是採用動力學計算方法,可以較準確地模擬結構在地震作用下的動力響應全過程,可以較真實地反映結

構的各種響應、結構進入塑性的先後次序和整體結構進入塑性的程度,也就是更容易發現結構的薄弱部位和薄弱構件

當然不是所有結果都要做大震彈塑性計算,只有那些不規則且具有明顯薄弱部位可能導致重大地震破壞的建築結構,應按規範要求進行彈塑性分析,對於減震、隔震、超高或非常重要的結構也應進行彈塑性分析。隨著計算機硬體和軟體技術的發展,規範也在逐漸增加彈塑性變形驗算的範圍。

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