混凝土结构稳固性影响因素分析

在SAP2000中建立各空间框架，对于非整体现浇楼板的框架，由于楼板和主体结构的连接程度存在较大离散性，因此本节偏安全地不考虑楼板对装配整体式结构防连续倒塌能力的贡献，仅将楼板承担的荷载和自重折算成线荷载加在梁上。为了和装配整体式框架进行比较，7度抗震设防的现浇钢筋混凝土框架亦不考虑楼板的影响。

由3.3节的分析可见，结构若要充分发挥悬链线效应，需要达到很大的竖向位移，对关键截面中钢筋的变形能力要求很高；并且当梁的跨高比较小或侧向约束的柱相对抗弯刚度较小时，模型的悬链线机制承载力和压拱机制承载力很接近甚至可能小于压拱机制承载力，因此本节采用压拱效应阶段的承载力进行稳固性指标计算。

（1）柱移除位置的影响。

分别拆除抽短边中柱、长边中柱、角柱和内部柱这四个关键位置框架柱进行分析，根据结构的对称性，选择平面图左下角的4根柱进行分析。各个柱所在位置如图3-38中所标注。

首先对未拆除柱的完好结构进行非线性静力Pushdown分析，得到完好结构承载力与设计承载力的比值λundamaged，然后对四个不同位置框架柱分别拆除后的框架进行分析，得到损伤结构承载力与设计承载力的比值λdamaged，最后将Pushdown分析得到的承载力结果代入式（3-24），可以得到整体稳固性指标RRI的值。

图3-43表示了非抗震设防、6度抗震设防和7度抗震设防的装配整体式框架在拆除不同部位柱时结构的RRI值。

图3-4　3不同拆柱位置影响分析

从图3-43中可以看出，拆除短边中柱（1号位置）的RRI 值最大，整体稳固性最高，这是由于短边中柱支承的梁截面高度大（Y 方向梁高600mm），并且所受荷载仅有内部柱的一半，所以拆除短边中柱情况下结构的整体稳固性高于拆除其他位置的柱。对于这个框架，拆除柱后结构稳固性由大到小依次为：短边中柱＞内部柱＞角柱＞长边中柱。

（2）抗震设计的影响。

分别对三种不同抗震设防等级的装配整体式框架和7度设防的现浇框架在拆除四个典型位置柱时的整体稳固性进行分析，四个典型位置为长边中柱、短边中柱、角柱和内部柱。分析结果如图3-44所示。

由图3-44可见，随着设防烈度的提高，对于大部分情况，结构的整体稳固性也逐步提高。

图3-4　4四个框架稳固性评估

注意到拆除短边中柱时，6度设防的框架整体稳固性优于7度设防的框架，但这不是由于6度设防框架的损伤结构承载力大于7度设防框架。事实上，7度设防框架损伤结构承载力大于6度设防框架，但抗震设计在提高损伤结构承载力的同时也提高了完好结构承载力，当损伤结构承载力增长的幅度小于完好结构承载力的增长幅度时，就会造成整体稳固性降低。这也是采用RRI作为衡量结构防连续倒塌能力的意义，它通过对三种承载力的运算，使得单一承载力的提高不能作为整体稳固性提高的充分条件，为结构设计和优化提供了一个更加合理的参考指标。(www.xing528.com)

通过对比7度抗震设计的装配整体式框架和现浇钢筋混凝土框架，发现两者的破坏模式和破坏规律相同，现浇钢筋混凝土框架的整体稳固性略高于装配整体式框架。

图3-4　5各设防烈度框架Pushdown分析（拆长边中柱）

图3-45给出了不同抗震设防烈度的装配整体式框架所有楼层在拆除长边中柱情况下的非线性静力Pushdown分析结果，其他部位的变化趋势与之类似，故未列出。

从图3-45中可以看出，非抗震和6度设防的框架拆除不同楼层的柱，其整体稳固性变化不显著，这是因为非抗震设计各层的梁配筋是相对均匀的，而6度抗震设计的框架其各层框架梁配筋的差异很小，因而各层梁的承载力都较相近。对于7度设防的框架，由于较高抗震设防设计对底部楼层梁配筋的增加非常显著，结构的整体稳固性从拆除顶部柱向拆除底部柱逐渐增加。也是因为这个原因，当设防烈度从6度提高至7度时，结构拆除第1、2层柱的整体稳固性提升得比上部柱的平均值多15%。

（3）不同加强措施的影响。

当拆除构件后结构的整体稳固性不满足设计需求，且破坏模式为初始拆除柱上方的梁先发生破坏时，可以考虑加强梁以提升防连续倒塌性能。梁的加强可以通过加大梁高度和增加配筋面积这两种方法来实现。由于结构在拆除柱以后，初始拆除柱上方的梁两端所受弯矩方向相反，为了方便计算对截面加强的程度，以下分析中梁截面均采用对称配筋。将加强后截面和原截面极限弯矩的比值用γ 表示，即γ=M′u/Mu，用于衡量梁截面加强的程度。

分别采用三种措施加强梁截面，A表示仅增大截面高度；B表示同时增加截面高度与配筋面积；C表示仅增加配筋面积。分析这三种措施在使梁截面抗弯刚度增加相同的倍数γ时，结构整体稳固性提升的情况。以6度抗震设防烈度框架拆除长边中柱的情况为例，各加强措施的详细数据如表3-3所示，分析结果如图3-46所示。从图3-46中可以看出，γ 值相同时，仅增大截面高度对整体稳固性的提高最为明显，提升幅度是仅增加配筋面积的150%；同时增加截面高度和配筋面积的提升程度则介于两者之间。

表3-3　各加强措施数据

图3-4　6不同加强措施影响分析

造成这种现象的原因是，增加梁截面高度能够加大结构压拱阶段的承载力。根据3.3节中对于压拱机制的分析，在这个阶段，构件的连续倒塌抗力由两部分组成，梁截面抗弯承载力以及梁的轴向压力N 与梁两端合力作用距离d 共同产生的附加弯矩。γ 值相同表示梁截面的抗弯承载力相同，当梁截面高度增大时，轴向压力N 对应的力臂加大，使产生的附加弯矩增大，从而提高了构件的承载能力。