銹蝕鋼筋混凝土框架結構抗倒塌性能研究

肖志林

（天津水泥工業設計研究院有限公司，天津 300400）

1 引言

抗倒塌性能是銹蝕鋼筋混凝土框架結構的一項重要性能指標，但抗倒塌性能并非一成不變，會受到外部因素的影響而發生變化。銹蝕鋼筋混凝土框架結構抗倒塌性能一旦驟然降低，會發生坍塌事故，對周邊居民的生命安全構成嚴重威脅。我國針對此方面的研究主要是通過實際測量的方法，得出銹蝕鋼筋混凝土框架結構的抗倒塌性能。但此方法所得結果與實際情況相比誤差較大，結合以往的分析表明，引起這一現象的主要原因是荷載與位移關系判斷錯誤。因此，優化銹蝕鋼筋混凝土框架結構抗倒塌性能研究具有重要的現實意義，可通過相應的理論分析得到準確的研究結果，為進一步提高鋼筋混凝土框架結構的耐蝕性能提供研究依據。

2 銹蝕鋼筋混凝土框架結構受力過程分析

在研究銹蝕鋼筋混凝土框架結構抗倒塌性能前，考慮到其抗倒塌性能會隨著受力過程的變化而發生相應的變化。因此，需要預先分析框架結構受力過程，本文針對其受力過程的三個階段展開分析，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構在開始受力時，會呈現出彈性階段，主要表現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，導致框架底層的中柱承受壓力逐漸變大，到一定程度時，梁柱兩邊的節點會出現大幅度橫向位移。由此可見，在銹蝕鋼筋混凝土框架結構的彈性階段，存在來自不同方向、且逐漸變化的力，導致在實際受力過程中，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構受力后，在第一階段達到塑性鉸后，其應力產生的內部荷載會進一步發生變化，具體表現為：當框架的抵抗彎矩達到一定受力值后，塑性鉸會出現轉動的現象，直至轉動成為幾何結構后停止，且該幾何結構具有明顯的可變機制。上述情況，即為銹蝕鋼筋混凝土框架結構的塑性階段。

2.3 懸索階段

銹蝕鋼筋混凝土框架結構經歷塑性階段后，會達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已經達到極限壓應變狀態，框架的梁受到內外兩種壓力的荷載，發生相應的位移變化，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構符合靜力平衡條件，其在懸索作用下的受力如圖1所示。

圖1 框架結構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構能夠承受的最大總拉力；r是在銹蝕鋼筋混凝土框架結構極限狀態下的應力調整系數；P是銹蝕鋼筋混凝土框架結構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構在懸索作用下會受到以上三方面應力的不斷作用，致使其結構抗倒塌性能發生改變，且呈現出降低的趨勢。

3 銹蝕鋼筋混凝土框架結構抗倒塌性能研究

通過實測，得到抗倒塌性能相關力學指標的實測值，以此作為依據計算銹蝕鋼筋混凝土框架結構極限荷載，并通過相應的數值變化，總結其結構的抗倒塌性能。

3.1 計算銹蝕鋼筋混凝土框架結構極限荷載

在計算銹蝕鋼筋混凝土框架結構極限荷載前，預先確定銹蝕鋼筋混凝土框架結構的力學指標參數。本文采用實地測量的方式，得出其力學指標參數，如表1所示。

表1 銹蝕鋼筋混凝土框架結構力學指標參數

通過表1可知，在影響銹蝕鋼筋混凝土框架結構抗倒塌性能的眾多參數中，其中最具有代表性的為該結構的極限荷載。主要原因為上述參數的變化情況均與其極限荷載有著直接且密切的聯系。基于此，設PMAX為銹蝕鋼筋混凝土框架結構的極限荷載，則有公式（1）。

公式（1）中，M是銹蝕鋼筋混凝土框架結構截面面積；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構極限荷載，數值越大，證明其抗倒塌性能越好。

3.2 總結銹蝕鋼筋混凝土框架結構抗倒塌性能

以上文計算得出的銹蝕鋼筋混凝土框架結構極限荷載為依據，總結其抗倒塌性能。在銹蝕鋼筋混凝土框架結構受力過程中，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。懸索階段一旦出現應力分布不平均的現象，會嚴重影響其抗倒塌性能。由此可見，保證應力均衡是提高銹蝕鋼筋混凝土框架結構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構破壞倒塌的過程中，能明顯發現其變形能力大幅增加，而此種狀態下，銹蝕鋼筋混凝土框架結構在懸索機構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構抗倒塌性能會隨極限荷載承受限制的變化而改變，在靜力條件下，該結構能夠承受的極限荷載越大，證明該結構的抗倒塌性能越好；反之，結構能夠承受的極限荷載越小，證明該結構的抗倒塌性能越差。

4 結語

通過本文對銹蝕鋼筋混凝土框架結構抗倒塌性能的研究，能夠解決傳統銹蝕鋼筋混凝土框架結構抗倒塌性能研究中存在的部分缺陷，為進一步提高鋼筋混凝土框架結構的耐蝕性能提供研究依據。