基于破坏准则的钢筋混凝土结构抗倒塌研究进展

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  【摘要】破坏准则强调的是给定岩石、土体破坏时,其应力状态需满足的条件,是基于相应的实验资料,再依照相对应的理论假设与于限定的某些条件下亦或是控制因素,从而提出关于岩石、土体破坏时呈现的应力张量需要满足的条件及其数学表达式。而随着我国社会经济水平的不断提升,钢筋混凝土建设规模亦随之加大,且目前我国多层钢筋混凝土框架结构占到我国建筑总量的30%,传统意义上表示其具备良好的抗震性能,不过随着破坏性地震的频频发生,许多地区的多层钢筋混凝土框架结构倒塌,这时就应不断探究钢筋混凝土结构抗倒塌,为钢筋混凝土结构抗倒塌水平提升提供参考依据。
  【关键词】破坏准则;钢筋混凝土结构;抗倒塌
  钢筋混凝土结构中存在诸多不确定因素,则结构设计时应全面考虑材料强度、几何尺寸、计算模型、作用效应等,这些均属于随机变量,再详细分析其分项系数,确保整个结构设计具备预期的可靠性。但许多工程事故均与偶然作用荷载量息息相关,本文探讨了基于破坏准则的钢筋混凝土结构抗倒塌,提出了实用性应用措施,对钢筋混凝土结构抗倒塌水平提升有着极大推动作用。
  一、结构抗倒塌研究
  (一)倒塌模式
  通常的倒塌模式是根据最终倒塌模式分类的,包括倾覆倒塌和竖向倒塌这两种,其间倾覆倒塌均是结构抗侧强度,亦或者是刚度退化后而产生的,而这主要是由于二阶效应导致的较大层变形而出现倒塌;且竖向倒塌多是由于结构上的承重构件失灵,这时就出现了倒塌,工程倒塌均具备此类特征。而根据其破坏的过程而言,可将其分为结构整体倒塌与结构连续性倒塌,但是此类结构整体倒塌多不会出现,因此其并不是研究重点;结构连续性倒塌则是结构部分构建破坏,而导致相邻构建失效,最终造成诸多构建被破坏,从而出现与初始触因不相符的大面积坍塌。
  (二)结构抗连续倒塌
  20世纪就已经开始研究结构康连续倒塌,Baker等学者对框架结构受力性能的影响进行了研究,其间强调炸弹等类武器爆炸而产生的动力效应;再者是1968年的英国Ronan Point 22层装配式结构公寓因为煤气爆炸而出现连续性倒塌,之后,该地点则被称为结构抗连续倒塌,至此,国内外对此进行了全面研究,且1995年的美国,在俄克拉荷马州城市联邦政府工作大楼出现了连续性倒塌,这时就推动了该项研究的进一步发展。
  1、试验研究。此项试验研究方式初期是拟动子结构试验,此类结构试验历经多年发展,目前已经发展为足尺振动台试验,之后许多此类研究成果亦被连续发展;再者是其间数值分析技术被快速推动,而加上专用分析程序被快速推广,且此类研究方式已发展为总结灾害经验及其数值分析共同研究。
  2、研究对象。此项研究所研究的对象早已产生了极大变化,目前其多适用于各种具体工程的开展,更形成了多自由度体系,且也有学者对填充墙进行了研究,但是现阶段多是研究框架结构,学者研究的重点为:其一,全方位研究抗连续倒塌规范条纹,并严格论证其可行性及其意义,同时亦对抗连续倒塌研究指出了方向;其二,如果研究结构早期被破坏之后,从而出现了倒塌机理;其三,深层研究各种防止结构连续倒塌;其四,全面研究结构物倒塌过程中实现模拟机试验及其验证等方面工作。
  3、设计规程。有国家对结构抗倒塌设计条款进行了规定,且大多是概念类的设计,ASCE 7是十分严格的结构抗连续倒塌设计及其相应的规范,其间提出了两种设计方法,包括直接设计法与间接设计法;间接设计严格规定了结构构件最小配筋率,再者是总体性及冗余度等类措施,以各种措施展开抗倒塌设计。
  二、结构抗地震倒塌研究
  (一)地震破坏机理
  结构抗地震倒塌研究的管家问题就是选择何种物理量,以正确表征地震导致的结构破坏,也就是抗震结构破坏准则应处理的问题。结构破坏形式均与施加结构作用和结构特性息息相关,这时则应全面掌握地震动特性及其结构特性,以便更充分的了解地震破坏。通常地震动特征主要是以振幅、频谱、持时来描述的,而无论是何种组合,均会导致结构破坏且产生不同形式,包括首次超越破坏及累积损伤破坏。
  (二)单参数破坏准则
  造成结构破坏的地震反应与结构动力特性亦是息息相关的,且相应的破坏准则可承受人们这两个方面的认识水平。静力阶段输进地震动则仅考虑历史地震预计地震最大加速度,这时的设计准则是静力强度准则;反应谱阶段是以反应谱来分析地震动振幅及频谱,且注重结构动力特性方面的影响,不过设计时大都是将地震惯性力当做是静力,这属于等效静力法,其设计准则亦是静力强度准则。
  三、抗地震倒塌破坏准则
  (一)变形破坏准则
  往往地震作用下会导致多层结构出现许多塑性变形,或是该类变形均是发生在薄弱层的,弹塑性变形及弹性变形稳定状态下,规范定义结构塑性变形则多是在反应层中出现形变,再对其形变大小进行严格的判定,而此类判定关系到倒塌破坏。且规范中面对强大地震作用力,其间结构抗震设计时应严格验算弹塑性变形,不过具体倒塌设计时,许多设计人员并未注重此类验算。
  (二)结构倒塌破坏准则
  结构倒塌破坏准则包括变形及延性准则,亦或者是能量准则及变形-能量双参数准则,还应注重强度与刚度的退化准则。而其间破坏准则定义强调的是构件及结构都出现破坏,构件层次中出现的破坏准则定义的是不利的截面极限状态,通常如果截面呈现为特定极限状态,这时就可以将其判断为构件破坏;结构层次中的破坏准则要全方位定义结构整体性,分析其最易失效组合倒塌破坏临界状态,而这时的结构性能退化是超过其极限状态的,之后则出现倒塌。而现阶段的结构倒塌破坏准则并不严格,相应的破坏准则使用时应分析合理性、唯一性、量化性。
  四、结束语
  随着生活水平的不断提高,人们更加注重建筑物体的安全性及其质量,而建筑物结构安全性为结构设计的重要内容。本文对结构抗倒塌研究及结构抗地震倒塌研究进行了探讨,对某工程实例进行分析,为钢筋混凝土结构抗倒塌水平提升提供参考依据。
  参考文献
  [1]潘元,刘伯权,邢国华,吴涛.基于破坏准则的钢筋混凝土结构抗倒塌研究进展[J].建筑科学与工程学报,2010(6).
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