锈蚀钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能研究

2021-05-26肖志林

散装水泥 2021年2期

肖志林

（天津水泥工业设计研究院有限公司，天津 300400）

1 引言

抗倒塌性能是锈蚀钢筋混凝土框架结构的一项重要性能指标，但抗倒塌性能并非一成不变，会受到外部因素的影响而发生变化。锈蚀钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能一旦骤然降低，会发生坍塌事故，对周边居民的生命安全构成严重威胁。我国针对此方面的研究主要是通过实际测量的方法，得出锈蚀钢筋混凝土框架结构的抗倒塌性能。但此方法所得结果与实际情况相比误差较大，结合以往的分析表明，引起这一现象的主要原因是荷载与位移关系判断错误。因此，优化锈蚀钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能研究具有重要的现实意义，可通过相应的理论分析得到准确的研究结果，为进一步提高钢筋混凝土框架结构的耐蚀性能提供研究依据。

2 锈蚀钢筋混凝土框架结构受力过程分析

在研究锈蚀钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能前，考虑到其抗倒塌性能会随着受力过程的变化而发生相应的变化。因此，需要预先分析框架结构受力过程，本文针对其受力过程的三个阶段展开分析，分别为：弹性阶段、塑性阶段和悬索阶段。

2.1 弹性阶段

锈蚀钢筋混凝土框架结构在开始受力时，会呈现出弹性阶段，主要表现为框架各梁两端弯曲程度几乎相同，顶层框架之间存在一定的轴向压力，导致框架底层的中柱承受压力逐渐变大，到一定程度时，梁柱两边的节点会出现大幅度横向位移。由此可见，在锈蚀钢筋混凝土框架结构的弹性阶段，存在来自不同方向、且逐渐变化的力，导致在实际受力过程中，弹性的幅度不断增加。

2.2 塑性阶段

锈蚀钢筋混凝土框架结构受力后，在第一阶段达到塑性铰后，其应力产生的内部荷载会进一步发生变化，具体表现为：当框架的抵抗弯矩达到一定受力值后，塑性铰会出现转动的现象，直至转动成为几何结构后停止，且该几何结构具有明显的可变机制。上述情况，即为锈蚀钢筋混凝土框架结构的塑性阶段。

2.3 悬索阶段

锈蚀钢筋混凝土框架结构经历塑性阶段后，会达到其抗倒塌性能的最差阶段，即为悬索阶段。该阶段锈蚀钢筋混凝土的受力状态已经达到极限压应变状态，框架的梁受到内外两种压力的荷载，发生相应的位移变化，致使抗倒塌性能大大降低。在变化过程中锈蚀钢筋混凝土框架结构符合静力平衡条件，其在悬索作用下的受力如图1所示。

图1 框架结构悬索作用下的受力示意图

在图1中，T是锈蚀钢筋混凝土框架结构能够承受的最大总拉力；r是在锈蚀钢筋混凝土框架结构极限状态下的应力调整系数；P是锈蚀钢筋混凝土框架结构悬索作用下的集中荷载。通过图1可知，锈蚀钢筋混凝土框架结构在悬索作用下会受到以上三方面应力的不断作用，致使其结构抗倒塌性能发生改变，且呈现出降低的趋势。

3 锈蚀钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能研究

通过实测，得到抗倒塌性能相关力学指标的实测值，以此作为依据计算锈蚀钢筋混凝土框架结构极限荷载，并通过相应的数值变化，总结其结构的抗倒塌性能。

3.1 计算锈蚀钢筋混凝土框架结构极限荷载

在计算锈蚀钢筋混凝土框架结构极限荷载前，预先确定锈蚀钢筋混凝土框架结构的力学指标参数。本文采用实地测量的方式，得出其力学指标参数，如表1所示。

表1 锈蚀钢筋混凝土框架结构力学指标参数

通过表1可知，在影响锈蚀钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能的众多参数中，其中最具有代表性的为该结构的极限荷载。主要原因为上述参数的变化情况均与其极限荷载有着直接且密切的联系。基于此，设PMAX为锈蚀钢筋混凝土框架结构的极限荷载，则有公式（1）。

公式（1）中，M是锈蚀钢筋混凝土框架结构截面面积；L是锈蚀钢筋混凝土框架的净跨。通过公式（1），得出锈蚀钢筋混凝土框架结构极限荷载，数值越大，证明其抗倒塌性能越好。

3.2 总结锈蚀钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能

以上文计算得出的锈蚀钢筋混凝土框架结构极限荷载为依据，总结其抗倒塌性能。在锈蚀钢筋混凝土框架结构受力过程中，能够满足静力平衡条件。因此，可以通过改变一定静力参数的方式，观察其在倒塌过程中的变化情况。悬索阶段一旦出现应力分布不平均的现象，会严重影响其抗倒塌性能。由此可见，保证应力均衡是提高锈蚀钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能的有效手段。不仅如此，在锈蚀钢筋混凝土框架结构破坏倒塌的过程中，能明显发现其变形能力大幅增加，而此种状态下，锈蚀钢筋混凝土框架结构在悬索机构的承载力也得到一定程度的提高。由此可知，锈蚀钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能会随极限荷载承受限制的变化而改变，在静力条件下，该结构能够承受的极限荷载越大，证明该结构的抗倒塌性能越好；反之，结构能够承受的极限荷载越小，证明该结构的抗倒塌性能越差。