钢筋混凝土框架结构地震倒塌破坏研究

摘 要 在地震中倒塌是导致人员伤亡的直接与重要影响因素。受经济与社会发展现状、抗震理论研究现状以及倒塌破坏的复杂性等因素的制约，现阶段抗倒塌的相关研究还不够深入，因此需要对倒塌破坏临界状态定义与倒塌评价指标、结构倒塌破坏机理等展開深入探究，从而完善设计方案，降低结构倒塌的风险，最大程度上确保房屋内的人员安全。本文将从地震倒塌破坏与连续倒塌破坏、地震倒塌破坏特性、抗地震倒塌破坏准则、抗地震倒塌破坏策略等方面对钢筋混凝土框架结构地震倒塌破坏的研究现状展开综述。

关键词 地震;倒塌破坏;钢筋混凝土框架结构;研究

相关调查显示，即便是完全遵循相关规范实施抗震设计的建筑物也是极有可能出现严重的倒塌破坏[1]。缺乏精准合理的倒塌破坏临界状态定义与倒塌评价指标、未对结构倒塌破坏机理展开深入探究均是导致抗震设防目标未实现的主要因素。随着我国经济水平的不断发展，计算机硬件性能的不断提升，抗震理论研究的不断深入，各类抗震设计软件逐渐成熟，相关人员能够开展更为深入、复杂、严谨的地震倒塌分析。

1 地震倒塌破坏与连续倒塌破坏

倒塌破坏是指结构发生振动倒塌，抗连续倒塌设计中涉及的倒塌机制主要为跨越倒塌机理。相关研究证实，地震的倒塌破坏与连续倒塌破坏存在明显的差异，具体表现为分析方式、破坏特征以及荷载输入。连续倒塌破坏属于准静力破坏，引发因素主要为单个构件破坏，将此构件移除后剩余的构件与结构是完好的。地震倒塌破坏发生后，结构以及大部分构件均已产生较为严重的破坏损伤，可见地震倒塌破坏是一个较为复杂的动力响应进程[2]。

2 地震倒塌破坏特性

2.1 系统性

构件的组合模式与构件之间的作用关系是建筑物抗倒塌破坏的主要依靠。系统性充分反映了构件在整体性能中的重要性以及结构的整体性能，同时精准的定义了结构倒塌破坏的基本特征。

2.2 不确定性

结构自身的随机性与地震动的随机性均是地震倒塌破坏的重要影响因素，也是最为不利的因素，二者联合作用可增大倒塌破坏及地震损伤的随机性。相关研究证实，建筑物地震响应不确定性的诱发因素主要为地震动输入的不确定性、构件性能的不确定性，因此相关人员需对地震作用下的相关不确定因素进行全面评估，从而准确定义结构的层间位移角。

3 抗地震倒塌破坏准则

抗地震倒塌破坏准则包含规范中建议的变形破坏准则、结构倒塌破坏准则、考虑子结构损伤的整体倒塌破坏准则等三方面。具体分析如下：①规范中建议的变形破坏准则：通过对结构的塑性变形集中程度进行定义，评估层间变形大小，同时对倒塌破坏的发生与否进行评断;②结构倒塌破坏准则：结构倒塌破坏准则主要为变形一能量双参数准则、能量准则、刚度退化准则、变形准则、强度退化准则、延性准则等;③考虑子结构损伤的整体倒塌破坏准则：地震作用下倒塌破坏的诱发因素主要为结构整体性能退化，即至少一个结构构件的性能超过极限。在抗倒塌性能研究中，应充分考量子结构的损伤程度以及子结构对结构整体性能影响的重要性程度。

4 抗地震倒塌破坏策略

4.1 静力推覆分析法

静力推覆分析法是指将特定模式的水平侧向力逐渐加持于结构上，直至构件或结构符合特定目标数值后停止计算。相关研究指出，梁柱的延性需求趋势具有明显的差异，随着层高的不断增大，梁铰的延性需求逐渐降低，但梁铰的延性需求总体高于柱铰的延性需求。因此，确保框架柱不出现倒塌破坏，即延性耗能水平超过框架梁，才能彻底发挥梁的耗能能力。

4.2 动力非线性法

（1）逐步增量弹塑性时程分析法。相关研究定义了三种明确极限状态点的破坏准则，即DM、IM、DM与IM混合准则，将结构动力失稳位置的DM或IM指标视为倒塌临界点，变形明显增大作为倒塌临破坏临界点，但是该准则难以明确对应结构的临界状态。因此相关研究人员在此基础上进行改进，借助IDA调幅系数探寻结构倒塌的极限状态点。IDA法充分参考了地震动输入的强度以及随机性，从而增大分析结果与地震动强随机性的相关性。

（2）时程分析法。时程分析法是一种依据动力学运动方程，通过地震波时程记录直接积分求解不同时刻结构的动态响应的动力分析方法。时程分析法能够真实地反映地震动作用下的结构性能退化进程。但地震动的选取对时程分析结果的干扰度较高，不同地震波的时程分析结果呈现明显的差异性，这种差异可达几十倍。时程分析法需要对大量的数据进行分析，对计算机的性能要求相对较高，这会在一定程度上增大时程分析的耗时。

5 结束语

结构倒塌破坏的主要因素为柱铰破坏，而且与地震动输入、悬索作用、构件的相关性、梁等因素具有一定的关联性。建筑结构倒塌破坏的特征主要为地震响应不确定性、结构抵御地震系统性以及地震动输入强随机性。静力推覆分析法、IDA法在一定程度上参考了地震动输入随机性对倒塌破坏的影响，而时程分析法能够真实地反映地震动作用下的结构性能退化进程。结构倒塌包含多种破坏模式，极限倒塌状态与最弱失效模型构成的倒塌破坏区间可更好地描述结构倒塌破坏，对抗倒塌设计的实现具有重要意义。在倒塌破坏机理研究及抗地震倒塌破坏准则中，应对构件塑性铰尤其是柱铰发育对结构整体性能退化的作用加以重视。构件破坏准则是基于现有破坏准则延伸发展而成的一种新型准则，该准则包含了结构的不确定性与系统性特征，能够对倒塌破坏机理进行精准描述，对结构倒塌破坏的临界状态进行准确定义。

参考文献

[1] 张皓，李宏男，曹光伟，，等.考虑应变率效应的钢筋混凝土结构非线性地震灾变过程模拟[J].振动与冲击，2018，37（17）：169-177.

[2] 刘浩，李宏男.考虑累积损伤退化及应变率效应的钢筋混凝土框架结构倒塌分析[J].工程力学，2018，35（4）：87-95.

推荐访问： 钢筋混凝土 倒塌 地震 框架结构 破坏

---