屈服荷載和能量耗散系數(shù)

1、延性分析結(jié)構(gòu)體系的延性對(duì)于建筑物的抗震有著至關(guān)重要的意義，通常用延性系數(shù)來表示這一特性。延性系數(shù)定義為結(jié)構(gòu)體系極限位移u與屈服位移y之比。屈服位移的確定對(duì)于荷載-位移骨架曲線上的拐點(diǎn)不明顯，沒有明顯的屈服狀態(tài)的構(gòu)件，延性系數(shù)不好確定。針對(duì)以上情況，不少學(xué)者提出了各種方法以確定y。（1） 條件屈服法根據(jù)試驗(yàn)過程中，結(jié)構(gòu)荷載、位移、裂縫等情況，經(jīng)綜合分析定出某一狀態(tài)為“屈服位移”狀態(tài)，并據(jù)此定出相應(yīng)的位移作為y。由于條件屈服狀態(tài)無統(tǒng)一規(guī)定，所以確定的數(shù)值離散性很大。（2） 通用屈服彎矩法、幾何作圖法（3） 等效彈塑性屈服法屈服位移取與實(shí)際結(jié)構(gòu)有相同剛度和極限強(qiáng)度的彈塑性系統(tǒng)的屈服位移。（4） 割線

2、剛度法取結(jié)構(gòu)在75%極限強(qiáng)度處的割線剛度的等效彈塑性系統(tǒng)的屈服位移。（5） ECCS法做第一圈滯回曲線的切線，斜率為E0，再以E0/10為斜率，繪出與滯回曲線包絡(luò)線相切的直線，過兩條切線的交點(diǎn)做垂線與骨架曲線相交，交點(diǎn)即為屈服位移和屈服荷載。（6） 能量等值法與實(shí)際結(jié)構(gòu)有相同耗能能力的等效彈塑性系統(tǒng)的屈服位移，S1=S2。（7） 雙直線法從結(jié)構(gòu)吸收的能量相等和雙直線與試驗(yàn)曲線偏離值之和為最小這兩個(gè)條件出發(fā)，從眾多直線中選取一條來代替試驗(yàn)曲線。首先要求外力對(duì)結(jié)構(gòu)所作的功即輸入結(jié)構(gòu)的能量保持不變，即實(shí)際曲線和雙直線與軸所包圍面積相等，S1+S3=S2；選擇的雙直線應(yīng)是最接近實(shí)際曲線的，即S1+ S

3、2+S3最小。該方法對(duì)于延性較大的結(jié)構(gòu)與實(shí)例中觀察現(xiàn)象比較吻合。對(duì)于延性較小的結(jié)構(gòu)，計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)。極限位移Du的確定對(duì)極限位移，不同學(xué)者的定義方法也是不同的。主要包括以下幾種方法：（1）混凝土達(dá)到規(guī)定的壓應(yīng)變限值時(shí)對(duì)應(yīng)的位移；（2）荷載-位移曲線荷載峰值對(duì)應(yīng)的位移；（3）荷載峰值以后承載力下降到一定比例時(shí)的位移；（4）縱筋或箍筋拉斷或者縱向鋼筋屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的位移。研究表明，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到峰值荷載后，其往往還具有一定的變形能力，應(yīng)該注意，延性的概念指的是進(jìn)入非線性狀態(tài)后的承載能力沒有顯著降低，因此通常取荷載過骨架曲線峰值后，下降到名義極限荷載時(shí)所對(duì)應(yīng)的位移作為極限位移。根據(jù)建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程（J

4、GJ101-96），當(dāng)進(jìn)行承載能力和破壞特征試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)加載至試體極限荷載下降段，對(duì)下降值應(yīng)控制到最大荷載的85% ，因此，極限位移取在骨架曲線下降范圍內(nèi)，取0.85Pmax所對(duì)應(yīng)的位移為極限位移。耗能性能能量耗散系數(shù)E低周反復(fù)荷載作用下，構(gòu)件的滯回環(huán)面積U的大小代表構(gòu)件的耗能能力。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出構(gòu)件在每一個(gè)加載循環(huán)內(nèi)累積耗能情況。構(gòu)件的能量耗散能力，應(yīng)以荷載變形滯回曲線所包圍的面積U來衡量，能量耗散系數(shù)E則按下式計(jì)算：就同一試件而言，不同階段，能量耗散系數(shù)E數(shù)值是不同的，表中列出了本次試驗(yàn)中各試件在荷載達(dá)到最大時(shí)的加載循環(huán)的E數(shù)值。累積耗能Esum結(jié)構(gòu)在某一階段的耗能是指其在變形的過程中所消耗的能量。在反復(fù)荷載作用下，載過程吸收能量，卸載過程釋放能量，二者之差為試件在一個(gè)循環(huán)中的能量耗散Ei，數(shù)值等于一個(gè)滯回環(huán)所包圍的面積。則試件的累積耗能Esum等于試件最終破壞前實(shí)測(cè)滯回曲線面積之和，體現(xiàn)著結(jié)構(gòu)的耗能能力。平均耗能比hE為便于比較，一般將累積耗能轉(zhuǎn)化成無量綱的量進(jìn)行對(duì)比，我國(guó)學(xué)者和國(guó)外學(xué)者提出的轉(zhuǎn)化形式不盡相同。這里，參照文獻(xiàn)將累積耗能無量綱化的方法，引入平均耗能指數(shù)的概念，平均耗能比定義為式中Ey為