（新疆工程学院，新疆 乌鲁木齐 830000）
摘要：结构在地震中发生连续倒塌造成人员伤亡和经济损失越来越受到关注，本文以某实际框架结构为工程背景，用SAP2000有限元软件建立了其有限元模型，利用非线性动力分析方法，采用构件延性作为连续倒塌的判别准则，对本结构做了连续倒塌分析与设计，通过分析表明，构件的延性对结构的连续倒塌有很重要的影响，加强结构延性设计可以提高其抗倒塌能力。
关键词：连续倒塌 ；地震；变形能力
1.引言
众所周知，地震是一种破坏性极强的自然灾害，我国是个多地震国家，近年来随着我国城镇化进程的加快，土木工程界对防灾减灾的也有了新的认识，由于意外荷载造成结构的局部破坏而发生的连续倒塌所造成的人员伤亡和经济损失更是引起人们的关注，近些年来世界各国专家学者对于连续倒塌的研究大都集中在火灾、爆炸等偶然荷载作用，而对在地震作用下结构的连续倒塌研究相对较少。
结构的连续倒塌是指由于意外荷载造成结构的局部破坏，并引发连锁反应导致破坏向结构的其他部分扩散，最终使得结构主体丧失了承载能力，造成结构的大范围坍塌。一般来说，如果结构的最终破坏状态与初始破坏不成比例，即可称之为连续倒塌[1] 。结构发生连续倒塌的最根本的原因是结构内部分单元由于某些构件的实效而超出其承载能力，内力重新分布，最终导致剩余构件的承载条件发生变化，进而引发部分构件失效并引起新一轮的荷载重分布。这个过程一直持续到结构找到新的平衡状态，即卸掉因单元失效而产生的荷载或找到新的稳定传递荷载路径为止[2-4]。
我国现行的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[5]中对钢筋混凝土结构在防连续倒塌设计中有关参数的取值原则做了相关的规定。
本文基于延性对结构抗连续倒塌的研究，对某一高校宿舍楼进行了基于延性的抗连续倒塌设计。
2 倒塌分析
2.1分析方法
本例中分析工况为移除长边中柱和角柱，参考GSA2003[6] 有关规定确定分析时结构的荷载组合：
L=DL+0.25LL (1)
其中 DL－恒荷载标准值；
LL－活荷载标准值。
3 结构参数
本项目是一学生公寓楼，共6层，规则结构，层高均为2800mm，标准层板厚100mm，屋顶层板厚120mm，受力钢筋选用HRB335级钢筋，混凝土全为C30，乙类建筑，设防烈度7度，设计基本加速度 0.10g，设计地震分组第2组，场地土为II类，场地特征周期=0.40g。
3.1 地震波的选择
依据中国规范场地土划分标准，选取符合二类场地条件的地震波，选波如下：
表1 地震波信息
4 连续倒塌分析
4.1 关键柱失效后结构分析
构件的突然失效是一个动态过程，当关键柱失效以后，剩余结构会进行内力重分布，尤其是与失效柱相连的梁的受力性能会发生变化，主要一点就是其弯矩大小和方向会发生变化，对于一个特定的构件，在其截面尺寸，配筋率，混凝土强度定了以后，其承载能力是定的，在材料进入塑性阶段以后，其塑性变形及塑性铰转角是一定，如果当某关键柱失效后，与其相连梁经过塑性内力重分布以后产生的塑性铰转角小于构件所能提供的塑性铰转角时，结构不会发生连续倒塌，基于这个思路，本文以构件延性为判别准则，即：
（1）
（
为构件能提供的塑性铰转角，
为结构完成内力重分布后的塑性铰转角，取各构件的最大转角[7]）对上述结构进行基于延性的抗连续倒塌分析。根据构件截面尺寸和配筋率以及塑性铰转角计算公式[7][8]，塑性铰转角-P可表示为[8]:
(2)
式中，~P为等效塑性铰长度，
=；为极限曲率，为屈服曲率。
根据塑性铰转角计算公式[7][8]，计算出与失效柱相连的梁的能提供的塑性铰转角，然后用拆柱法进行关键柱失效后剩余结构的内力分析和内力重分布以后各梁端塑性铰开展研究，最后比较梁所能提供的塑性铰转角和完成内力重分布后梁端产生的塑性铰转角大小，以此来判定此结构的抗连续倒塌能力。
4.1.1延性分析分析
根据分析塑性铰开展发现与失效柱相连处梁的塑性铰最大，在计算构件所能提供的塑性铰转时，因此只需要分析失效点处梁端塑性铰变化情况及计算相应的梁截面处所能提供的塑性铰转角大小（取纵横向最早出现的塑性铰值）。
表2 角柱失效后梁端所需塑性铰转角
移除中柱和角柱后梁端最大塑性铰有所不同，由于与角柱相关联梁数量较少，在角柱失效后与其相关梁的塑性铰转角都大于中柱失效后的转角值。
表3 中柱失效后梁端所需塑性铰转角
通过分析发现，在多遇地震和罕遇地震作用下，完成内力重分布后剩余结构各构件塑性铰转角都大于其本身所能提供的最大转角，也就是结构发生了在多遇和罕遇地震下的连续倒塌。
5 结论
对在地震荷载作用下，剩余结构塑性铰开展及大小做了统计分析，以构件延性作为结构连续倒塌的判别标准，得到了如下结论：
（1）由于与角柱相连梁数量较少，角柱失效后与其相连梁端内力变化较大，且很容易进入塑性阶段，并且塑性铰较中柱失效后相关部位塑性铰转角大。更容易发生连续倒塌。
（2）通过分析可以得出，加强与角柱相连的梁的变形能力和承载力设计。可以降低角柱失效后结构发生连续倒塌的概率。构件的延性对结构的连续倒塌有很重要的影响，加强结构延性设计可以提高其抗倒塌能力。
参考文献
[1] Ellingwood Bruce R. Mitigating risk from abnormal loads and progressive collapse [J].Journal of Performance of Constructed Facilities, 2006, 20( 4) : 315-323.
[2] UFC. Design of Buildings to Resist Progressive Collapse [ R ] . Washing ton,2005.
[3] 易伟建,何庆锋,肖岩, 钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能的试验研究[J],建筑结构学报,2007,,2(5):104~109.
[4] 杜振辉. 框架结构抗连续倒塌设计与延性分析[D].大连理工大学,2009
[5] 赵国藩.高等钢筋混凝土结构学[M].北京:中国电力出版社,1996.
论文作者:董彦军
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年3月下
论文发表时间:2018/9/11
标签：塑性论文; 结构论文; 延性论文; 转角论文; 构件论文; 角柱论文; 荷载论文; 《新材料.新装饰》2018年3月下论文;