關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能“三道防線”的探討

陳曉旭,唐小方,郭保生

(廣東白云學(xué)院建筑工程學(xué)院,廣州 510000 )

1 引言

地震是一種破壞能量巨大的一種自然災(zāi)害,而我國(guó)又是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家,為了減輕地震災(zāi)害,抗震是工程設(shè)計(jì)及建設(shè)中一項(xiàng)極為重要的考慮因素,而減輕地震災(zāi)害的最有效措施是對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理而又經(jīng)濟(jì)的抗震設(shè)防。本文主要針對(duì)房屋建筑工程結(jié)構(gòu)抗震性能的多道防線進(jìn)行探討

2 結(jié)構(gòu)抗震的第一道防線

一般情況下,結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)主要關(guān)注以下幾點(diǎn)：

(2)讓建筑物的豎向布置規(guī)則化和平面布置均勻化。結(jié)構(gòu)豎向布置規(guī)則化可以避免結(jié)構(gòu)豎向剛度、承載能力和傳力路徑有突變的狀況出現(xiàn),即控制了結(jié)構(gòu)薄弱部位或應(yīng)力集中部位的出現(xiàn),從而避免結(jié)構(gòu)過(guò)早的破壞；結(jié)構(gòu)平面布置均勻化則使結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布與結(jié)構(gòu)剛度分布協(xié)調(diào)、限制偏心,易于發(fā)揮結(jié)構(gòu)的耗能作用；

(3)結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力。結(jié)構(gòu)的抗震能力反映在結(jié)構(gòu)的承載力和結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下變形能力等方面,是結(jié)構(gòu)綜合能力的一種體現(xiàn)；剛度的確定,關(guān)系到結(jié)構(gòu)是否能抵抗地震作用和結(jié)構(gòu)是否有引起P—△效應(yīng)的過(guò)大變形等問(wèn)題。

(4)結(jié)構(gòu)的整體性；結(jié)構(gòu)的整體性體現(xiàn)在上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的可靠連接以及水平結(jié)構(gòu)體系與豎向結(jié)構(gòu)體系的可靠連接。

在基于概念設(shè)計(jì)而完成的建筑物中,在遭遇地震作用時(shí),完整的結(jié)構(gòu)就是建筑物抗震的第一道防線,且這道防線要滿足以下情況：

情況1.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有一定承載力,且剛度較大。此時(shí),這道防線要求建筑物有較高耗散地震能量的作用來(lái)抵抗地震作用,以保證結(jié)構(gòu)的整體性,滿足結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防“小震不壞,中震可修,大震不倒”的基本原則；

情況2.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有一定承載力,且延性較大。此時(shí),這道防線要求建筑物具有一定的變形性能來(lái)吸收較多的地震能量來(lái)抵御地震作用,這要求鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有足夠的變形能力,但同時(shí)要控制過(guò)大的變形引起的二階效應(yīng)的問(wèn)題。

3 結(jié)構(gòu)抗震的第二道防線

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的第一道防線是由整個(gè)結(jié)構(gòu)共同組成的,而結(jié)構(gòu)的第二道防線則是由結(jié)構(gòu)的部分構(gòu)件組成的,它們形成的是一個(gè)系統(tǒng)的子結(jié)構(gòu)。

當(dāng)遭遇地震作用時(shí),第一道防線首先起作用,當(dāng)?shù)谝坏婪谰€由于部分構(gòu)件的破壞而失效時(shí),由部分構(gòu)件組成的子結(jié)構(gòu)則成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的第二道防線來(lái)抵抗地震的作用。

由于地殼表層散發(fā)地震波是一個(gè)過(guò)程,需要比較長(zhǎng)的時(shí)間,所以每次地震的發(fā)生,都會(huì)伴隨有多個(gè)余震出現(xiàn),每一次余震對(duì)結(jié)構(gòu)破壞的累加也是巨大的,因此,在第一道防線的基礎(chǔ)上,建筑物需要第二道防線來(lái)抵抗地震作用。

民辦高校由于缺乏穩(wěn)定與有吸引力的報(bào)酬，教師相應(yīng)社會(huì)認(rèn)可度不高，教師成長(zhǎng)平臺(tái)有限，對(duì)學(xué)校缺乏認(rèn)同感和歸屬感，因此民辦高校教師隊(duì)伍不穩(wěn)定，青年教師占較大比例，師資力量無(wú)法保障。同時(shí)，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”對(duì)教師信息化教學(xué)能力有一定要求，教師需要運(yùn)用信息技術(shù)手段改進(jìn)教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)，教師還需要終身學(xué)習(xí)，不斷更新信息化教學(xué)手段，與時(shí)俱進(jìn)。

4 結(jié)構(gòu)抗震的第三道防線

考慮到塑性鉸對(duì)結(jié)構(gòu)耗能能力做出了重大貢獻(xiàn),設(shè)計(jì)中無(wú)節(jié)制的提高梁構(gòu)件中受力鋼筋的配比是不太合理的做法,但是在結(jié)構(gòu)抗震的第二道防線中,梁是首當(dāng)其沖的,一旦梁發(fā)生破壞,整個(gè)結(jié)構(gòu)將會(huì)失去整體性。所以嘗試提高梁的從屈服開(kāi)始至達(dá)到最大承載力或達(dá)到以后而承載力還沒(méi)有顯著下降期間的變形能力是研究的一個(gè)方向；實(shí)現(xiàn)梁破壞后不發(fā)生斷裂是另外一個(gè)方向,這將是結(jié)構(gòu)抗震的第三道防線,也是人民的生命線。本文將針對(duì)上述第二個(gè)方向進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

這些年,有比較多的學(xué)者在嘗試將各種短纖維摻進(jìn)混凝土中以達(dá)到控制構(gòu)件裂縫、提高構(gòu)件承載力的目的[1][2]；還有一部分學(xué)者嘗試將玻璃纖維、聚酯纖維等纖維材料以受力筋的形式加入到純受彎構(gòu)件中進(jìn)行承載力、應(yīng)力—應(yīng)變、撓度等方面研究。在這些研究中,將高強(qiáng)的聚酯纖維作為受力筋加入純受彎構(gòu)件的研究為結(jié)構(gòu)抗震提供了一個(gè)新思路。

將高強(qiáng)的聚酯纖維作為受力筋加入純受彎構(gòu)件和支座負(fù)彎矩的位置,對(duì)構(gòu)件承載力的提高有一定的幫助,但提供承載力的依然是以受壓區(qū)的混凝土和受拉區(qū)的縱向受力鋼筋為核心,高強(qiáng)的聚酯纖維對(duì)承載力提高的程度還是有上限的,對(duì)限制試驗(yàn)構(gòu)件純彎段下部以及支座承受負(fù)彎矩部分裂縫的發(fā)展均有一定的幫助。但是,加了高強(qiáng)聚酯纖維筋的實(shí)驗(yàn)構(gòu)件與同等配筋的普通鋼筋混凝土構(gòu)件有兩個(gè)很明顯的區(qū)別：

(1)高強(qiáng)聚酯纖維筋的實(shí)驗(yàn)構(gòu)件的縱向手里鋼筋結(jié)束強(qiáng)化階段進(jìn)入局部頸縮階段之后,雖然承載力有下降,但構(gòu)件不會(huì)完全失去承載力；

(2)高強(qiáng)聚酯纖維筋的實(shí)驗(yàn)構(gòu)件即使破壞(下部縱向受力鋼筋失效或者壓區(qū)混凝土被壓碎),也不會(huì)發(fā)生構(gòu)件斷裂之后掉落的現(xiàn)象。這些都來(lái)源于聚酯纖維是一種彈性材料,是一種大變形的材料；

這兩個(gè)變化在結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)下是沒(méi)有用處的,但是水平地震作用下,一旦結(jié)構(gòu)的第一和第二道防線被突破,這將作為一道新的防線為困境中的人們贏得一線生機(jī),即鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的第三道防線。

在上述混合配筋構(gòu)件的制作過(guò)程中,需要注意纖維筋的用量,要避免因?yàn)槔w維筋用量過(guò)大導(dǎo)致混凝土與受力鋼筋之間的粘結(jié)力受到影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

建筑結(jié)構(gòu)抗震性能“三道防線”分別通過(guò)結(jié)構(gòu)本身、結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件組成的子系統(tǒng)和構(gòu)件本身來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的抗震設(shè)防目標(biāo)。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,傳統(tǒng)的以保證人民生命安全為前提的抗震設(shè)防目標(biāo)“小震不壞,中震可修,大震不倒”已經(jīng)不能滿足當(dāng)今時(shí)代的需求,因?yàn)槌巳藛T傷亡之外,地震造成的其它方面的損失實(shí)在太大了,最直接的就是經(jīng)濟(jì)損失,所以,突破傳統(tǒng)抗震設(shè)防目標(biāo)的局限性,降低因建筑破壞所造成的經(jīng)濟(jì)損失成為了新一代工程設(shè)計(jì)人員的一個(gè)重要目標(biāo)。