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  • 结构抗震设计时,承载力抗震调整系数γRE为何小于1 ?

    结构抗震设计时,承载力抗震调整系数γRE为何小于1 ?

    结构构件的抗震设计原则。结构的抗震可靠度不完全同于静力载荷作用结构构件的可靠度问题。相对于50年设计基准期的建筑结构(对于桥梁等其它土木工程结构,设计基准期不尽相同)来说,地震作用的重现期较长。对应于多遇地震(Frequent earthquakes)、设防地震(Fortification earthquakes)和罕遇地震(Rare earthquakes)作用来说,其统计意义上的重现期分别大致为51年、475年和(1642-2475)年左右。如果按照非抗震设计那样要求构件无论在何种水平的地震作用下保持弹性工作状态,势必会造成经济上的过大浪费,显示不太现实,也没有必要。


    相应与此,我国现行建筑结构抗震设计方法遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则,具体采用两阶段的设计方法―小震下进行强度验算,大震下进行变形验算,中震可修的目标认为是构造措施可以保证。 因此,可以对结构构件在罕遇地震作用下的抗震可靠度可以适当进行降低,以反映这种设计思想。

     

    地震调整系数。我们知道,结构在罕遇地震作用下,通常会进入弹塑性工作阶段,结构构件的刚度将有所降低,结构构件抗力与变形之间的关系不再满足弹性关系,如果按照弹性分析,计算得到的作用于结构构件上的作用要大于实际的情况。


    从理论上来应当弹塑性分析,但是问题在于,弹塑性分析必须要求所有的截面设计、节点设计等都已知,而且分析方法和分析手段可靠,分析结果可信,而这些都属于结构验算内容,不属于结构设计内容。结构设计主要是根据弹性分析结果来进行截面设计、节点设计等。


    因此,引入了地震调整系数,该系数小于1,将其置于抗力的分母项,左侧荷载效应仍保持不变,可以仍然采用弹性分析的结果。这个系数主要考虑了两个方面的内容,一则对结构构件抗震可靠度水平的适当降低,二则考虑了进入弹塑性状态后作用在结构构件上作用的降低。 


    γRE小于1,主要是因为混凝土和钢筋在动荷载作用下的抗力高于静荷载下的抗力。比如混凝土加载实验,15min一加载所得的抗力小于5min一加载。而地震都是很快的加载,所以地震作用下对构件的受力是有利的。所以γRE小于1,相当于把材料性能提高了。


    我们想一下,对于同样的建筑,是地震时安全还是不地震时安全,考虑抗震时折减,如果说是考虑经济原因折减了,那不地震时更应该折减。地震时应该更加保守才对,而实际上根据规范,不仅不保守反而更加大胆的放大了地震作用。举例来说,让你长时间背 100公斤的沙袋你背不动,但只背10秒的话你却可以坚持住。但不能无限度的放大你的背负能力,所以调整系数其实是一个下限值,即不能过大的放大了构件在地震时的承载力。另外,地震时采取了箍筋加密等措施提高构件延性,提高了延性的构件在地震作用时需要消耗更多的能量才会破坏,能量是力对位移的积分,所以延性好能提供的抗力也大,故γRE小。

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