銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能研究

肖志林

（天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300400）

1 引言

抗倒塌性能是銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，但抗倒塌性能并非一成不變，會(huì)受到外部因素的影響而發(fā)生變化。銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能一旦驟然降低，會(huì)發(fā)生坍塌事故，對(duì)周邊居民的生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。我國(guó)針對(duì)此方面的研究主要是通過實(shí)際測(cè)量的方法，得出銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能。但此方法所得結(jié)果與實(shí)際情況相比誤差較大，結(jié)合以往的分析表明，引起這一現(xiàn)象的主要原因是荷載與位移關(guān)系判斷錯(cuò)誤。因此，優(yōu)化銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，可通過相應(yīng)的理論分析得到準(zhǔn)確的研究結(jié)果，為進(jìn)一步提高鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的耐蝕性能提供研究依據(jù)。

2 銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)受力過程分析

在研究銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能前，考慮到其抗倒塌性能會(huì)隨著受力過程的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化。因此，需要預(yù)先分析框架結(jié)構(gòu)受力過程，本文針對(duì)其受力過程的三個(gè)階段展開分析，分別為：彈性階段、塑性階段和懸索階段。

2.1 彈性階段

銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在開始受力時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)出彈性階段，主要表現(xiàn)為框架各梁兩端彎曲程度幾乎相同，頂層框架之間存在一定的軸向壓力，導(dǎo)致框架底層的中柱承受壓力逐漸變大，到一定程度時(shí)，梁柱兩邊的節(jié)點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)大幅度橫向位移。由此可見，在銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的彈性階段，存在來自不同方向、且逐漸變化的力，導(dǎo)致在實(shí)際受力過程中，彈性的幅度不斷增加。

2.2 塑性階段

銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)受力后，在第一階段達(dá)到塑性鉸后，其應(yīng)力產(chǎn)生的內(nèi)部荷載會(huì)進(jìn)一步發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為：當(dāng)框架的抵抗彎矩達(dá)到一定受力值后，塑性鉸會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象，直至轉(zhuǎn)動(dòng)成為幾何結(jié)構(gòu)后停止，且該幾何結(jié)構(gòu)具有明顯的可變機(jī)制。上述情況，即為銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的塑性階段。

2.3 懸索階段

銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)經(jīng)歷塑性階段后，會(huì)達(dá)到其抗倒塌性能的最差階段，即為懸索階段。該階段銹蝕鋼筋混凝土的受力狀態(tài)已經(jīng)達(dá)到極限壓應(yīng)變狀態(tài)，框架的梁受到內(nèi)外兩種壓力的荷載，發(fā)生相應(yīng)的位移變化，致使抗倒塌性能大大降低。在變化過程中銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)符合靜力平衡條件，其在懸索作用下的受力如圖1所示。

圖1 框架結(jié)構(gòu)懸索作用下的受力示意圖

在圖1中，T是銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)能夠承受的最大總拉力；r是在銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)下的應(yīng)力調(diào)整系數(shù)；P是銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)懸索作用下的集中荷載。通過圖1可知，銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在懸索作用下會(huì)受到以上三方面應(yīng)力的不斷作用，致使其結(jié)構(gòu)抗倒塌性能發(fā)生改變，且呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。

3 銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能研究

通過實(shí)測(cè)，得到抗倒塌性能相關(guān)力學(xué)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值，以此作為依據(jù)計(jì)算銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)極限荷載，并通過相應(yīng)的數(shù)值變化，總結(jié)其結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能。

3.1 計(jì)算銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)極限荷載

在計(jì)算銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)極限荷載前，預(yù)先確定銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)指標(biāo)參數(shù)。本文采用實(shí)地測(cè)量的方式，得出其力學(xué)指標(biāo)參數(shù)，如表1所示。

表1 銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)參數(shù)

通過表1可知，在影響銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能的眾多參數(shù)中，其中最具有代表性的為該結(jié)構(gòu)的極限荷載。主要原因?yàn)樯鲜鰠?shù)的變化情況均與其極限荷載有著直接且密切的聯(lián)系。基于此，設(shè)PMAX為銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的極限荷載，則有公式（1）。

公式（1）中，M是銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)截面面積；L是銹蝕鋼筋混凝土框架的凈跨。通過公式（1），得出銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)極限荷載，數(shù)值越大，證明其抗倒塌性能越好。

3.2 總結(jié)銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能

以上文計(jì)算得出的銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)極限荷載為依據(jù)，總結(jié)其抗倒塌性能。在銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)受力過程中，能夠滿足靜力平衡條件。因此，可以通過改變一定靜力參數(shù)的方式，觀察其在倒塌過程中的變化情況。懸索階段一旦出現(xiàn)應(yīng)力分布不平均的現(xiàn)象，會(huì)嚴(yán)重影響其抗倒塌性能。由此可見，保證應(yīng)力均衡是提高銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能的有效手段。不僅如此，在銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)破壞倒塌的過程中，能明顯發(fā)現(xiàn)其變形能力大幅增加，而此種狀態(tài)下，銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在懸索機(jī)構(gòu)的承載力也得到一定程度的提高。由此可知，銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能會(huì)隨極限荷載承受限制的變化而改變，在靜力條件下，該結(jié)構(gòu)能夠承受的極限荷載越大，證明該結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能越好；反之，結(jié)構(gòu)能夠承受的極限荷載越小，證明該結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能越差。

4 結(jié)語

通過本文對(duì)銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能的研究，能夠解決傳統(tǒng)銹蝕鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能研究中存在的部分缺陷，為進(jìn)一步提高鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的耐蝕性能提供研究依據(jù)。