非抗震设计的混凝土框架结构抗连续倒塌的延性要求

由于部分构件的破坏引起在水平方向和竖直方向结构的连锁破坏而造成的整个结构或大部分结构的倒塌现象被称为"连续倒塌"。非抗震设计的钢筋混凝土框架结构，对延性要求较低，其抗连续倒塌能力可能不足。从抗连续倒塌角度而言，非抗震设计的钢筋混凝土框架结构应该具备适当的延性，使结构构件在承载力不过多丧失的情况下，其塑性大变形允许内力逐步转移到其它构件上，以实现结构冗余特性的充分发挥。适当的延性是阻止钢筋混凝土框架结构发生连续倒塌的重要能力特征。抗连续倒塌的延性要求不同于抗震的延性要求，抗震主要考虑水平地震作用, 而连续倒塌时结构主要承受竖向荷载，两者的荷载-位移曲线、破坏机制必然不同，结构塑性铰的位置和转动能力的要求也不相同。基于非抗震设计的钢筋混凝土空间框架的连续倒塌试验和全过程仿真分析，建立适合钢筋混凝土框架结构连续倒塌自身特点的延性评价指标、计算方法和合理取值范围。

适当的延性是保证钢筋混凝土框架结构整体承载力和充分发挥结构冗余潜力的重要条件，是阻止钢筋混凝土框架结构发生连续倒塌的重要能力特征。从抗连续倒塌角度而言，非抗震设计的钢筋混凝土框架结构应该具备适当的延性，使结构构件在承载力不过多丧失情况下，其塑性大变形允许内力逐步转移到其它构件上，以实现结构冗余特性的充分发挥。本项目完成了3个钢筋混凝土空间框架结构模型的连续倒塌试验，模型A与模型B的初始失效柱都是底层长边中柱，模型C的初始失效柱是底层角柱，不考虑抗震要求。模型A、模型B和模型C的尺寸、材料强度、配筋数量等参数均相同，但模型B在构造上适当考虑了延性设计要求。以机械千斤顶替换初始失效柱，通过机械千斤顶的分级卸载模拟柱的初始失效，进行了上述钢筋混凝土空间框架结构模型的连续倒塌试验，观测并分析了上述试验模型的荷载—位移曲线，梁柱塑性铰出现位置、顺序和转动能力，结构抗力机制的转换过程和结构抗倒塌能力等，对钢筋混凝土空间框架试验模型的连续倒塌进行了仿真分析。研究结果表明，结构连续倒塌试验中，空间模型较平面模型更能充分反映结构抗连续倒塌机制；对于底层长边中柱初始破坏的情况，结构抗连续倒塌机制包含梁机制和悬链线机制，在纵向框架方向，由于破坏柱位置的框架梁是连续的，梁机制和悬链线机制同时发挥作用；而在横向框架方向，由于破坏柱位置的框架梁是悬挑的，仅由梁机制发挥作用，而不能形成悬链线机制；对于底层角柱初始破坏的情况，连续倒塌机制仅为梁机制，不能形成悬链线机制，抗连续倒塌能力仅由梁机制提供；钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌的延性要求不同于抗震的延性要求，两者的荷载—位移曲线、结构破坏机制、结构塑性铰的位置和转动能力等均不相同。基于钢筋混凝土框架结构连续倒塌的自身特点，建立了抗连续倒塌延性系数 的定义和计算方法，讨论了框架梁的配筋形式、配筋数量、跨高比等参数对结构抗连续倒塌能力和延性的影响，提出了提高抗连续倒塌延性性能的措施和建议。