基于破壞準則的鋼筋混凝土結構抗倒塌研究進展

【摘要】破壞準則強調的是給定巖石、土體破壞時，其應力狀態需滿足的條件，是基于相應的實驗資料，再依照相對應的理論假設與于限定的某些條件下亦或是控制因素，從而提出關于巖石、土體破壞時呈現的應力張量需要滿足的條件及其數學表達式。而隨著我國社會經濟水平的不斷提升，鋼筋混凝土建設規模亦隨之加大，且目前我國多層鋼筋混凝土框架結構占到我國建筑總量的30%，傳統意義上表示其具備良好的抗震性能，不過隨著破壞性地震的頻頻發生，許多地區的多層鋼筋混凝土框架結構倒塌，這時就應不斷探究鋼筋混凝土結構抗倒塌，為鋼筋混凝土結構抗倒塌水平提升提供參考依據。

【關鍵詞】破壞準則；鋼筋混凝土結構；抗倒塌

鋼筋混凝土結構中存在諸多不確定因素，則結構設計時應全面考慮材料強度、幾何尺寸、計算模型、作用效應等，這些均屬于隨機變量，再詳細分析其分項系數，確保整個結構設計具備預期的可靠性。但許多工程事故均與偶然作用荷載量息息相關，本文探討了基于破壞準則的鋼筋混凝土結構抗倒塌，提出了實用性應用措施，對鋼筋混凝土結構抗倒塌水平提升有著極大推動作用。

一、結構抗倒塌研究

（一）倒塌模式

通常的倒塌模式是根據最終倒塌模式分類的，包括傾覆倒塌和豎向倒塌這兩種，其間傾覆倒塌均是結構抗側強度，亦或者是剛度退化后而產生的，而這主要是由于二階效應導致的較大層變形而出現倒塌；且豎向倒塌多是由于結構上的承重構件失靈，這時就出現了倒塌，工程倒塌均具備此類特征。而根據其破壞的過程而言，可將其分為結構整體倒塌與結構連續性倒塌，但是此類結構整體倒塌多不會出現，因此其并不是研究重點；結構連續性倒塌則是結構部分構建破壞，而導致相鄰構建失效，最終造成諸多構建被破壞，從而出現與初始觸因不相符的大面積坍塌。

（二）結構抗連續倒塌

20世紀就已經開始研究結構康連續倒塌，Baker等學者對框架結構受力性能的影響進行了研究，其間強調炸彈等類武器爆炸而產生的動力效應；再者是1968年的英國Ronan Point 22層裝配式結構公寓因為煤氣爆炸而出現連續性倒塌，之后，該地點則被稱為結構抗連續倒塌，至此，國內外對此進行了全面研究，且1995年的美國，在俄克拉荷馬州城市聯邦政府工作大樓出現了連續性倒塌，這時就推動了該項研究的進一步發展。

1、試驗研究。此項試驗研究方式初期是擬動子結構試驗，此類結構試驗歷經多年發展，目前已經發展為足尺振動臺試驗，之后許多此類研究成果亦被連續發展；再者是其間數值分析技術被快速推動，而加上專用分析程序被快速推廣，且此類研究方式已發展為總結災害經驗及其數值分析共同研究。

2、研究對象。此項研究所研究的對象早已產生了極大變化，目前其多適用于各種具體工程的開展，更形成了多自由度體系，且也有學者對填充墻進行了研究，但是現階段多是研究框架結構，學者研究的重點為：其一，全方位研究抗連續倒塌規范條紋，并嚴格論證其可行性及其意義，同時亦對抗連續倒塌研究指出了方向；其二，如果研究結構早期被破壞之后，從而出現了倒塌機理；其三，深層研究各種防止結構連續倒塌；其四，全面研究結構物倒塌過程中實現模擬機試驗及其驗證等方面工作。

3、設計規程。有國家對結構抗倒塌設計條款進行了規定，且大多是概念類的設計，ASCE 7是十分嚴格的結構抗連續倒塌設計及其相應的規范，其間提出了兩種設計方法，包括直接設計法與間接設計法；間接設計嚴格規定了結構構件最小配筋率，再者是總體性及冗余度等類措施，以各種措施展開抗倒塌設計。

二、結構抗地震倒塌研究

（一）地震破壞機理

結構抗地震倒塌研究的管家問題就是選擇何種物理量，以正確表征地震導致的結構破壞，也就是抗震結構破壞準則應處理的問題。結構破壞形式均與施加結構作用和結構特性息息相關，這時則應全面掌握地震動特性及其結構特性，以便更充分的了解地震破壞。通常地震動特征主要是以振幅、頻譜、持時來描述的，而無論是何種組合，均會導致結構破壞且產生不同形式，包括首次超越破壞及累積損傷破壞。

（二）單參數破壞準則

造成結構破壞的地震反應與結構動力特性亦是息息相關的，且相應的破壞準則可承受人們這兩個方面的認識水平。靜力階段輸進地震動則僅考慮歷史地震預計地震最大加速度，這時的設計準則是靜力強度準則；反應譜階段是以反應譜來分析地震動振幅及頻譜，且注重結構動力特性方面的影響，不過設計時大都是將地震慣性力當做是靜力，這屬于等效靜力法，其設計準則亦是靜力強度準則。

三、抗地震倒塌破壞準則

（一）變形破壞準則

往往地震作用下會導致多層結構出現許多塑性變形，或是該類變形均是發生在薄弱層的，彈塑性變形及彈性變形穩定狀態下，規范定義結構塑性變形則多是在反應層中出現形變，再對其形變大小進行嚴格的判定，而此類判定關系到倒塌破壞。且規范中面對強大地震作用力，其間結構抗震設計時應嚴格驗算彈塑性變形，不過具體倒塌設計時，許多設計人員并未注重此類驗算。

（二）結構倒塌破壞準則

結構倒塌破壞準則包括變形及延性準則，亦或者是能量準則及變形-能量雙參數準則，還應注重強度與剛度的退化準則。而其間破壞準則定義強調的是構件及結構都出現破壞，構件層次中出現的破壞準則定義的是不利的截面極限狀態，通常如果截面呈現為特定極限狀態，這時就可以將其判斷為構件破壞；結構層次中的破壞準則要全方位定義結構整體性，分析其最易失效組合倒塌破壞臨界狀態，而這時的結構性能退化是超過其極限狀態的，之后則出現倒塌。而現階段的結構倒塌破壞準則并不嚴格，相應的破壞準則使用時應分析合理性、唯一性、量化性。

四、結束語

隨著生活水平的不斷提高，人們更加注重建筑物體的安全性及其質量，而建筑物結構安全性為結構設計的重要內容。本文對結構抗倒塌研究及結構抗地震倒塌研究進行了探討，對某工程實例進行分析，為鋼筋混凝土結構抗倒塌水平提升提供參考依據。

參考文獻

[1]潘元，劉伯權，邢國華，吳濤.基于破壞準則的鋼筋混凝土結構抗倒塌研究進展[J].建筑科學與工程學報，2010（6）.