鋼結構的塑性設計和抗震設計

1  塑性設計的基本概念

    鋼材具有良好的延性，在保證結構構件不喪失局部穩定和側向穩定的情況下，可以在超靜定結構中的若干部位形成具有充分轉動能力的塑性鉸，引起結構內力的重分配，從而發揮結構各部分的潛能。這種以整個結構的極限承載力作為結構極限狀態的塑性設計( plastic design)方法具有如下的優點：

    (1)與通常的彈性設計方法相比，可以節約鋼材(10%~15%)和降低造價；

    (2)對整個結構的安全度有更直觀的估計。通常的彈性設計方法在彈性范圍內可以給出精確的內力和位移，但給不出整個結構的極限承載能力；

    (3)對連續梁和低層框架的內力分析較彈性方法簡便。

    1914年匈牙利建立了世界上第一座塑性設計的建筑物，隨后英、加、美等國均在本國建立了塑性設計的工程。英國在1948年第一個把塑性設計方法引進了BSS 499規范。隨后，以英國和美國為中心，迅速地普及塑性鋼結構工程設計�，F已公認，塑性設計簡單、合理，而且可以節約鋼材，所以英國和荷蘭的低層建筑幾乎全部采用塑性設計，美國和加拿大的大部分低層建筑也應用塑性設計，我國1988年的GB J17-1988《鋼結構設計規范》開始列入塑性設計，新修訂的GB 50017規

范又進行了局部修改。

2  簡單塑性分析方法

    1．塑性鉸的性質    本書§4.2和§7.2節分別介紹了受彎構件和壓彎構件全截面屈服的條件，當其截面滿足了屈服條件時，就認為在該截面形成了塑性鉸。實際的塑性鉸附近截面均發展了一定的塑性（見圖10.1.la），形成了一個塑性區域。為了簡化計算，認為塑性區僅集中在塑性鉸截面，桿件的其他部分都保持彈性。

    由圖10.1.lb可見，當在外荷載作用下，桿件的某一截面達到塑性彎矩肘，以后，該截面除可以傳遞該彎矩外，在力矩作用方向上允許有任意大小的轉動，但不能傳遞大于M，的彎矩。當荷載反向作用（或卸載）時，塑性鉸恢復彈性，可以傳遞反方向彎矩，但不能任意轉動，只有當反方向彎矩達到塑性彎矩時，才會形成反向的塑性鉸。