工程结构的鲁棒性-清华叶列平课件.ppt

尼加拉瓜美洲银行 多重抗震结构体系 多重抗震结构体系就是具有两个以上的整体性关键构件的结构体系，当其中的一个整体性关键构件在罕遇地震下遭受一定程度的破坏，第二个整体性关键构件依然可以使得整个结构具备一定的抗震能力。 束筒结构、筒中筒结构、框架－剪力墙结构等都是具有多重抗震体系的结构。 结构体系与鲁棒性 ◆ 鲁棒性与冗余度 与结构鲁棒性相关的另一个概念是结构的冗余度 Redundancy 结构的冗余度，即结构的超静定次数。 但对结构鲁棒性来说，冗余度意味着具有备用传力路径，也即当意外事件造成结构中的某一构件或局部破坏而丧失其承载能力，其原有传力功能可转由结构其它未破坏部分传递，称为备用传力路径和备用传力能力。 冗余度大的结构，整体性好，备用传力路径多和备用传力能力大，其鲁棒性也高。 提纲 结构鲁棒性的概念和意义 结构破坏的定义 结构体系与鲁棒性 结构破坏模式与鲁棒性 结构的承载力和延性与鲁棒性 赘余构件与鲁棒性 结语 结构的破坏模式可以分为整体型破坏模式和局部型破坏模式。 具有整体破坏模式的结构有：强柱弱梁框架结构、剪力墙结构、筒体结构、束筒结构、巨型框架结构等； 而框支结构、积木式结构（砌体结构）则往往容易产生局部式破坏模式，也即结构局部的损坏即可能导致整体结构的严重破坏、并造成重大灾害。 只有对于具有整体式破坏模式的结构，提高结构鲁棒性的措施才具有实际意义。 结构破坏模式与鲁棒性 具有整体型破坏模式的结构，其结构体系中构件的重要性层次明确，即具有整体型关键构件、一般构件、次要构件和赘余构件，次要构件和赘余构件的破坏，乃至从结构去除，都不会对整体结构的安全性有重大影响。 从结构抵御意外事件角度来看，整体型破坏模式的结构可以使得更多的（次要或赘余）构件破坏，有利于耗散更多的能量。 结构破坏模式与鲁棒性 对于普通框架结构，尽管采取了“强柱弱梁”等抗震设计概念和措施，但柱底塑性铰是难以避免的，同时由于地震作用对结构影响的随机性，其它楼层框架柱上端出现塑性铰的可能性也难以避免，因此即使是“强柱弱梁”型框架结构，也难以避免会出现局部式破坏模式。 结构破坏模式与鲁棒性 对于普通框架结构，尽管采取了“强柱弱梁”等抗震设计概念和措施，但柱底塑性铰是难以避免的，同时由于地震作用对结构影响的随机性，其它楼层框架柱上端出现塑性铰的可能性也难以避免，因此即使是“强柱弱梁”型框架结构，也难以避免会出现局部式破坏模式。 相比而言，剪力墙结构的破坏具有更显著的整体型破坏模式特征，这是大量震害经验显示剪力墙结构抗震性能优于框架结构的重要原因之一，而两种结构的“刚柔”之争对地震作用大小的影响则相对是次要的。 同样，筒体结构、束筒结构、巨型框架结构等也是具有更显著的整体型破坏模式特征的结构。 。 结构破坏模式与鲁棒性 为了使得结构具有整体型破坏模式，可以将结构划分为不同的子结构。对于重要的子结构可提高其结构材料强度和承载力安全储备，并使得这些子结构对整体结构的破坏模式起到控制作用。 尼加拉瓜的美洲银行就是最典型的例子；上海东方珠电视台也是一个很好的例子。 结构破坏模式与鲁棒性 明确结构体系中不同构件的作用 除关键构件和次要构件外，其它结构构件属于一般构件。 一般构件的破坏对整体结构的承载力有一定影响，但不会导致整体结构的承载力产生急剧降低。 通常，一定数量的一般构件破坏后才会导致整体结构的严重破坏。 结构体系与鲁棒性 明确结构体系中不同构件的作用 正确区分结构中的关键构件、一般构件和次要构件是保证结构抗震设计具有足够鲁棒性的前提。 然而，目前我国各种结构设计规范，往往都是针对一般结构构件的设计计算（实际上是针对构件的截面承载力计算的），且所有结构构件的安全度基本都是相同，这种做法违背结构鲁棒性原则，因为目前计算出的可靠度并不能直接换算成结构的破坏概率，它与结构的整体倒塌更无可比性（陈瑞金、刘西拉，1989）。 结构体系与鲁棒性 明确结构体系中不同构件的作用 从结构的鲁棒性观点来看，构件的安全度与结构的安全度完全是两回事，这一点往往被我国结构设计人员所忽视，在我国各类结构设计规范中也强调得很少。 结构体系与鲁棒性 明确结构体系中不同构件的作用 基于结构鲁棒性原理，对于关键构件应增加其安全度，或者将关键构件设计成具有鲁棒性的构件 尽管这种区分和提高安全度要求的做法可能仅仅是概念性，然而这种原则规定对工程师在设计时是有重要提示的。 结构体系与鲁棒性 明确结构体系中不同构件的作用 基于结构鲁棒性原理，对于关键构件应增加其安全度，或者将关键构件设计成具有鲁棒性的构件。 《抗震规范》中对增加关键构件的安全度虽有所体