劉榮恒， 胡 靜,， 戴君武， 楊永強(qiáng)， 陳家暉， 姜 濤

(1.中國(guó)地震局 工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150000;2.中國(guó)地震局 地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)試驗(yàn)室,哈爾濱 150000; 3.喜利得公司，上海 200032)

隨著建筑內(nèi)非結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)投入占比越來(lái)越高，尤其是重要建筑，非結(jié)構(gòu)部件抗震已經(jīng)成為事關(guān)該類建筑功能和經(jīng)濟(jì)損失的關(guān)鍵。我國(guó)結(jié)構(gòu)抗震在幾十年的探索中已經(jīng)得到長(zhǎng)足發(fā)展，但非結(jié)構(gòu)部件的抗震研究卻很少能夠得到重視，因此，在結(jié)構(gòu)基本保持完好時(shí)，非結(jié)構(gòu)部件破壞嚴(yán)重成為近年來(lái)震害現(xiàn)象的新特點(diǎn)。Taghavi[1]通過(guò)對(duì)大量公共建筑中非結(jié)構(gòu)部件統(tǒng)計(jì)分析后指出，建筑中非結(jié)構(gòu)部件投資占比遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)投資，尤其是在醫(yī)院等重要公共建筑中，非結(jié)構(gòu)部件投資占比達(dá)到了驚人的92%。Filiatrault等[2]指出與結(jié)構(gòu)損壞相比，非結(jié)構(gòu)部件通常由于未進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)而率先破壞，這一情況在震動(dòng)強(qiáng)度較低時(shí)更為明顯。

在地震作用下，建筑功能能否保證正常運(yùn)行往往取決于管道系統(tǒng)、吊頂系統(tǒng)及隔墻等非結(jié)構(gòu)部件在地震過(guò)程中是否保持使用功能完好，特別是醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)等重要建筑，保證其建筑功能是震后救援及重建高效進(jìn)行的重要前提。1971年San Fernando大地震中，許多醫(yī)院主體結(jié)構(gòu)基本保持完好，但包括管道系統(tǒng)在內(nèi)的大量非結(jié)構(gòu)部件破壞使得醫(yī)院失去其使用功能；1999年集集地震中，部分醫(yī)院由于內(nèi)部設(shè)備損壞從而導(dǎo)致醫(yī)院醫(yī)療功能喪失，進(jìn)而關(guān)閉；1994年美國(guó)北嶺地震由于管道泄漏造成了次生災(zāi)害，嚴(yán)重危及生命財(cái)產(chǎn)安全[3]；2010年智利地震中，由于管道、吊頂系統(tǒng)嚴(yán)重破壞導(dǎo)致Santiago國(guó)際機(jī)場(chǎng)喪失其建筑功能，關(guān)閉數(shù)天之后才重新開(kāi)放[4]；2013年四川雅安廬山地震發(fā)生了7.0級(jí)地震，該縣衛(wèi)生院由于管道及吊頂?shù)认到y(tǒng)嚴(yán)重破壞導(dǎo)致衛(wèi)生院?jiǎn)适涔δ苄浴Ｉ鲜稣鸷ΜF(xiàn)象表明，即使主體結(jié)構(gòu)能在震后達(dá)到立即使用的水平，非結(jié)構(gòu)部件尤其是管道系統(tǒng)的破壞也會(huì)使建筑降低或喪失自身功能性，管道系統(tǒng)顯著影響著結(jié)構(gòu)整體的性能。在地震作用下，管道系統(tǒng)的破壞通?？煞譃槿怺5]：① 管道系統(tǒng)中懸吊、側(cè)向或縱向等支撐失效；② 管道系統(tǒng)在地震中可能產(chǎn)生較大位移，與主體結(jié)構(gòu)或其他非結(jié)構(gòu)部件發(fā)生碰撞而失效；③ 設(shè)置不合理的約束可能導(dǎo)致管道系統(tǒng)因變形不協(xié)調(diào)而破壞。從歷次震害中我們可以看出，管道系統(tǒng)抗震性能有待加強(qiáng)。

常見(jiàn)管道系統(tǒng)一般有建筑入戶管道、消防管道及在石油工程、航空航天及海洋工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的輸流管道等，若管道系統(tǒng)發(fā)生損壞，則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果，如輸油管道損壞極有可能發(fā)生火災(zāi)等嚴(yán)重次生災(zāi)害，消防管道損壞則會(huì)導(dǎo)致消防系統(tǒng)崩潰，人民的生命財(cái)產(chǎn)安全將會(huì)面臨極大威脅，保證管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整的重要性可見(jiàn)一斑。管道系統(tǒng)一般包括管道結(jié)構(gòu)、流體、閥門等附件及系統(tǒng)支撐體系，目前，趙保磊等[6]通過(guò)建立管道數(shù)值模型，模擬了深水環(huán)境中管道遭受外壓和動(dòng)力載荷聯(lián)合作用下結(jié)構(gòu)的局部壓潰特性；林天翔等[7]研究了一種針對(duì)大型壓力輸水管道泄漏問(wèn)題的在線監(jiān)測(cè)方法，其通過(guò)控制閥門開(kāi)閉、閥門孔徑大小和輸水管壓力變化來(lái)模擬實(shí)際運(yùn)行管道的泄漏狀態(tài)，并用水聲檢波器采集泄漏狀態(tài)和非泄漏狀態(tài)下的管道噪聲數(shù)據(jù)來(lái)比較信號(hào)差異，證明了該方法的可行性。針對(duì)輸流管道，國(guó)內(nèi)已有眾多學(xué)者進(jìn)行了研究，然而針對(duì)在正常情況下能保證其功能性但在地震中極易損壞的入戶管道及消防管道等卻少有涉及，國(guó)外研究人員較早開(kāi)始對(duì)如何有效提升建筑入戶管道或消防管道系統(tǒng)的抗震性能進(jìn)行了研究。

Tian等[8]對(duì)使用不同支撐的3組滅火噴淋管道系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明使用了抗震支架的管道系統(tǒng)在最大考慮地震下均未發(fā)生破壞，但未使用抗震支架的管道系統(tǒng)管道接頭及消防噴頭等損壞嚴(yán)重，證明了抗震支架能顯著提升管道系統(tǒng)抗震能力。Zaghi等[9]研究了使用與未使用抗震支撐的醫(yī)院管道系統(tǒng)在不同強(qiáng)度地震動(dòng)下的動(dòng)力響應(yīng)，證明了對(duì)管道系統(tǒng)使用抗震支架的必要性。Tian等[10]對(duì)48個(gè)不同直徑、不同材料及使用不同連接方式的三通接頭進(jìn)行了單調(diào)加載及往復(fù)加載試驗(yàn)，得到了該類試件最初發(fā)生泄漏時(shí)的旋轉(zhuǎn)能力。Hoehler等[11]對(duì)安裝在7層混凝土結(jié)構(gòu)中的管道系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究其在不同地震強(qiáng)度下的破壞模式，并通過(guò)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)分析探討了 ASCE 7-05規(guī)范中關(guān)于非結(jié)構(gòu)部件加速度計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。Daniele等[12]對(duì)使用不同支撐的門式抗震支架(支撐為螺桿及槽鋼)分別對(duì)各類抗震支架進(jìn)行了一系列擬靜力試驗(yàn)，作動(dòng)器加載方向?yàn)轫樄芟蜻M(jìn)行加載及垂直管向進(jìn)行加載，通過(guò)分析得出以FEMA P-795[13]中的有效延性系數(shù)作為工程需求參數(shù)更具保守性。國(guó)內(nèi)亦有很多學(xué)者對(duì)管道系統(tǒng)抗震相關(guān)課題展開(kāi)了研究，尚慶學(xué)等[14]對(duì)包括螺桿式、鋼纜式及梁夾式在內(nèi)的三類抗震支撐進(jìn)行了多組擬靜力試驗(yàn)，得出螺桿式抗震支撐承載能力最高，并將各類試件的極限承載能力轉(zhuǎn)化為加速度指標(biāo)，同時(shí)以抗震支架所在樓層的響應(yīng)峰值加速度作為工程需求參數(shù)，得到了三類抗震支撐在位移達(dá)到或超過(guò)50 mm或試件發(fā)生破壞這一極限狀態(tài)下的易損性曲線，然而試驗(yàn)并未考慮管夾、管道等影響，僅針對(duì)支撐抗震性能進(jìn)行研究；尚慶學(xué)等[15]通過(guò)12組擬靜力試驗(yàn)研究了消防管線系統(tǒng)中常用的DN150彎管接頭及DN150轉(zhuǎn)DN80的三通接頭的力學(xué)性能、轉(zhuǎn)動(dòng)能力及破壞模式，得到卡箍斷裂及水管拔出是主要破壞模式。賀思維等[16]針對(duì)國(guó)內(nèi)新老建筑中常用的PPR(polypropylene random)、鍍鋅鋼管等建筑給水管材，以直徑、水壓、壁厚、加載方式為變量設(shè)計(jì)并完成 24 組共計(jì) 72 次往復(fù)加載試驗(yàn)，得到了各類型管道的破壞特征和地震易損性，并通過(guò)算例介紹了試驗(yàn)易損性數(shù)據(jù)在管線抗震設(shè)計(jì)和分析中的應(yīng)用。

然而國(guó)內(nèi)相關(guān)研究仍較為缺乏，且相關(guān)試驗(yàn)大多為振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，為了更好的了解管道系統(tǒng)的破壞模式及其抗震性能并為使用該類抗震支架的管道系統(tǒng)提供力學(xué)模型參數(shù)。本文使用某單管型抗震支架，通過(guò)對(duì)管道加載進(jìn)行了共6組擬靜力試驗(yàn)，其中3組順管向加載試驗(yàn)，3組垂直管向加載試驗(yàn)，更真實(shí)的體現(xiàn)管道系統(tǒng)在地震中的破壞情況，并將有效延性系數(shù)、有效屈服位移及極限位移作為工程需求參數(shù)，研究其地震易損性。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)抗震支架簡(jiǎn)介

(a) 抗震支架主要配件

(a) 順管向試件

1.2 試驗(yàn)流程

為方便試驗(yàn)進(jìn)行，本文采用將抗震支架倒置安裝于預(yù)制混凝土板的試驗(yàn)方案，試驗(yàn)加載示意圖如圖3所示。將混凝土板固定于加載架主下梁，并將抗震支架按照正常工序安裝于鋼筋混凝土板之上，試驗(yàn)共分靜力及擬靜力試驗(yàn)，分別對(duì)順管向(以下稱P1)及垂直管向(以下稱P2)進(jìn)行加載，共進(jìn)行單調(diào)加載試驗(yàn)2組，循環(huán)加載試驗(yàn)6組。

圖3 試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

2 試驗(yàn)加載方案及數(shù)據(jù)結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)加載履歷

FEMA 461[17]建議的加載履歷是一種用于位移相關(guān)型非結(jié)構(gòu)部件抗震性能檢測(cè)及評(píng)估，確定其損傷極限狀態(tài)并建立非結(jié)構(gòu)部件試驗(yàn)易損性曲線的通用加載履歷。該加載履歷要求至少進(jìn)行10個(gè)工況加載，每個(gè)工況重復(fù)加載兩次，并且要求試件在出現(xiàn)損傷之前至少加載6個(gè)周期即3個(gè)工況，每個(gè)工況的位移幅值依次增大，后一個(gè)工況的加載幅值為前一個(gè)工況的1.4倍。最大幅值Δm一般通過(guò)靜力單調(diào)加載試驗(yàn)確定，為試件開(kāi)始出現(xiàn)最嚴(yán)重破壞等級(jí)時(shí)試件位移(例如加載10個(gè)工況，每個(gè)工況兩個(gè)周期，則Δ0=0.048Δm)，加載履歷如圖4所示，作動(dòng)器加載速度控制在0.5～1.0 mm/s內(nèi)。

圖4 FEMA 461推薦的加載履歷

2.2 P1類試件數(shù)據(jù)分析

據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50981—2014 《建筑機(jī)電工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[18]規(guī)定，側(cè)向抗震吊架最大間距為12 m(即P2類試件),縱向抗震吊架最大間距為24 m(即P1類試件)。依據(jù)GB/T 17395—2008 《無(wú)縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》[19]規(guī)定，試驗(yàn)中DN 80不保溫管道公稱直徑為80 mm，外徑為89 mm，所使用管道滿足國(guó)家規(guī)范。

當(dāng)作動(dòng)器液壓桿推出時(shí)(加載力為正)，縱向支撐受壓，液壓桿收回時(shí)(加載力為負(fù))，縱向支撐受拉，在不同加載方向下，豎向懸吊支撐變形也并不相同。如在工況1～工況5下，當(dāng)正向加載時(shí)，隨著力的增加，上部抗震連接件位置(見(jiàn)圖5中A處)至豎向槽鋼上端部位置(見(jiàn)圖5中C處)的螺桿發(fā)生變形，負(fù)向加載時(shí)，上部螺桿加強(qiáng)件位置(見(jiàn)圖5中D處)至抗震連接件位置螺桿沿水平向發(fā)生變形(見(jiàn)圖5(a))；加載位移達(dá)到第6工況時(shí)，上部抗震連接件預(yù)緊力螺栓(見(jiàn)圖5中B處)開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)縱向支撐中上部抗震連接件與槽鋼產(chǎn)生較小的相對(duì)位移，管夾發(fā)生較大變形；之后的工況中，上部抗震連接件與豎向槽鋼上部接觸并發(fā)生擠壓，管夾持續(xù)發(fā)生較大形變，最終管夾與管道連接失效，管道拔出，試驗(yàn)結(jié)束。

注：A為上部抗震連接件與螺桿相連位置；B為上部抗震連接件預(yù)緊力螺栓位置；C為豎向槽鋼上端部位置；D為豎向懸吊支撐中的螺桿加強(qiáng)件。

試驗(yàn)中順管向加載觀察到的破壞現(xiàn)象為管夾橡膠墊嚴(yán)重磨損，鋼管拔出。順管向試件破壞圖片如圖6所示。圖7(a)給出了該型抗震支架試件在順管向單調(diào)加載下的荷載-位移曲線，記錄的最大荷載為7.09 kN，所對(duì)應(yīng)作動(dòng)器位移為87.5 mm，觀察到試件發(fā)生明顯破壞時(shí)對(duì)應(yīng)位移值為105 mm，最后由于管夾與管道連接失效，導(dǎo)致管道拔出。根據(jù)文中的加載履歷，對(duì)3個(gè)P1類試件進(jìn)行循環(huán)加載，圖7(b)～圖7(d)為3次試驗(yàn)所記錄的荷載-位移曲線，P1-1～P1-3分別代表P1類試件第一次～第三次循環(huán)加載試驗(yàn)，第一次循環(huán)試驗(yàn)的最大壓縮載荷和最大拉伸載荷分別為3.88 kN和4.58 kN，第二次循環(huán)試驗(yàn)的最大壓縮載荷和最大拉伸載荷分別為3.80 kN和4.99 kN，第三次循環(huán)試驗(yàn)的最大壓縮載荷和最大拉伸載荷分別為3.58 kN和3.52 kN。擬靜力試驗(yàn)與靜力試驗(yàn)相比，抗震支架所能承受最大荷載相差較大，這是因?yàn)橄鹉z墊在循環(huán)荷載作用下，導(dǎo)致管夾與管道間的摩擦力快速降低。隨著位移的加大，抗震連接件預(yù)緊螺栓會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致上部抗震連接件與豎向槽鋼上部接觸并發(fā)生擠壓，造成滯回曲線中出現(xiàn)力下降后又上升的現(xiàn)象。

(a) P1類試件破壞

(a) 單調(diào)加載

P1類構(gòu)件在試驗(yàn)過(guò)程中，主要的薄弱點(diǎn)為管夾與管道的連接，當(dāng)試件位移較小時(shí)，抗震連接件未與豎向槽鋼接觸，試件整體變形較為協(xié)調(diào)；當(dāng)抗震連接件與豎向槽鋼接觸后，螺桿變形受限，能量耗散主要靠管道與管夾摩擦及縱向支撐槽鋼扣板與槽鋼發(fā)生相對(duì)位移耗能，橡膠墊與管道連接強(qiáng)度明顯不足，在地震荷載下更易失效，最終表現(xiàn)為管道從管夾中拔出，建議增大橡膠墊摩擦，形成更為有效的連接方式。各試件在試驗(yàn)中滯回圈數(shù)對(duì)應(yīng)阻尼比如圖8所示。P1類試件等效阻尼比基本隨著加載圈數(shù)的增加而逐漸變大，這是因?yàn)樵谘h(huán)荷載作用下，通過(guò)上部抗震連接件預(yù)緊力螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)、抗震連接件與槽鋼的相對(duì)滑動(dòng)及螺桿為主要耗能方式，在地震中能吸收大量能量，滯回曲線較為飽滿，P1類試件平均阻尼比約為25%，擁有良好的耗能能力。

圖8 P1類試件滯回圈數(shù)及其阻尼比

2.3 P2類試件數(shù)據(jù)分析

P2類試件在工況1～工況6間與P1類試件試驗(yàn)現(xiàn)象基本一致，在工況6時(shí)上部連接件預(yù)緊力螺栓開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，但仍能保證一定承載能力，隨后工況中，側(cè)向支撐抗震連接件與槽鋼發(fā)生較大滑移，螺桿發(fā)生較大程度彎曲，最后螺桿失效。

試驗(yàn)中垂直管向加載觀察到的破壞現(xiàn)象為抗震支架豎向懸吊支撐螺桿斷裂導(dǎo)致支撐失效。垂直管向試件破壞圖片見(jiàn)圖6。圖6(a)給出了P2類試件在單調(diào)加載下的荷載-位移曲線，記錄的最大荷載為7.70 kN，所對(duì)應(yīng)作動(dòng)器位移為109 mm，觀察到試件發(fā)生明顯破壞時(shí)對(duì)應(yīng)位移值為115 mm，最后由于螺桿失效進(jìn)而導(dǎo)致豎向懸吊支撐失效。圖9(b)～圖9(d)為3次試驗(yàn)所記錄的荷載-位移曲線，第一次循環(huán)試驗(yàn)的最大壓縮載荷和最大拉伸載荷分別為3.18 kN和5.20 kN，第二次循環(huán)試驗(yàn)的最大壓縮載荷和最大拉伸載荷分別為3.88 kN和5.96 kN，第三次循環(huán)試驗(yàn)的最大壓縮載荷和最大拉伸載荷分別為3.52 kN和4.72 kN。滯回曲線中出現(xiàn)力下降后又上升的現(xiàn)象，這是因?yàn)殡S著位移的加大，抗震連接件預(yù)緊螺栓會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致上部抗震連接件與豎向槽鋼上部接觸并發(fā)生擠壓。

對(duì)于現(xiàn)代公眾而言，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全十分重要，其是確保公眾身體健康的基礎(chǔ)，也是滿足現(xiàn)代公眾所需的關(guān)鍵。為此，相關(guān)部門需加大對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全重視力度，保證社會(huì)公眾食用綠色無(wú)公害產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，推動(dòng)農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，為加強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力打下良好基礎(chǔ)。本文主要分析農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全及預(yù)警類別，具體如下。

(a) 單調(diào)加載

P2類試件在抗震連接件預(yù)緊力螺栓發(fā)生扭轉(zhuǎn)后，抗震連接件與豎向槽鋼發(fā)生擠壓。在更大的位移值工況下，主要靠螺桿變形、預(yù)緊力螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)及側(cè)向支撐抗震連接件與槽鋼發(fā)生滑動(dòng)進(jìn)而耗能，而螺桿為3種構(gòu)件中的薄弱環(huán)節(jié)，因此螺桿為主要薄弱點(diǎn)。從本次試驗(yàn)中可發(fā)現(xiàn)，豎向槽鋼上部位置至上部抗震連接件與螺桿連接位置螺桿為試驗(yàn)最終破壞點(diǎn)，豎向槽鋼的使用長(zhǎng)度為影響該類構(gòu)件力學(xué)性能的重要因素，為防止構(gòu)件出現(xiàn)螺桿斷裂等極端情況，建議對(duì)試件中豎向槽鋼的安裝長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化，或增大使用螺桿直徑等(本次試驗(yàn)試件使用M12螺桿)，具體效果還需更進(jìn)一步的研究。P2類試件滯回圈數(shù)及其對(duì)應(yīng)阻尼比如圖10所示。從圖10可看出，滯回圈數(shù)在1～15圈時(shí)，試件阻尼比基本沿加載圈數(shù)的增加而變大，但在后續(xù)加載時(shí)，阻尼比沿加載圈數(shù)的增加而變小，耗能能力減弱，螺桿在循環(huán)加載下產(chǎn)生疲勞，螺桿剛度降低是這一現(xiàn)象的主要原因，P2類試件平均阻尼比約為29%，耗能能力良好。

圖10 P2類試件滯回圈數(shù)及其阻尼比

3 工程需求參數(shù)

為方便對(duì)非結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)及地震災(zāi)害評(píng)估，我們需要定義一些參數(shù)，即為工程需求參數(shù)(engineering demand parameters,EDPs)，根據(jù)所定義參數(shù)實(shí)現(xiàn)其性能目標(biāo)與非結(jié)構(gòu)部件所經(jīng)歷的損傷相關(guān)聯(lián)[20-22]。根據(jù)FEMA P-795的結(jié)構(gòu)單元理論，可以通過(guò)懸吊式管道抗震支架的單調(diào)及循環(huán)加載試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的響應(yīng)參數(shù)標(biāo)定，以下7個(gè)響應(yīng)參數(shù)通過(guò)懸吊式管道抗震支架的靜力試驗(yàn)確定,如圖11所示。

圖11 響應(yīng)參數(shù)定義

(1) 最大荷載(QM):最大負(fù)載能力。

(2) 初始剛度(KI): 0.4QM時(shí)部件的剛度。

(3)有效屈服位移(Δy):為QM/KI的比值。

(4) 極限變形(Δu):峰值后范圍內(nèi)0.8QM對(duì)應(yīng)的變形。

(5)有效延性系數(shù)(μeff):Δu/Δy，為極限變形與有效屈服位移的比值。

(6)總吸收能量(Eaf):循環(huán)試驗(yàn)最終幅值處循環(huán)包絡(luò)線下的面積。

(7)平均等效黏滯阻尼比(ξ):根據(jù)Jacobsen等面積公式[21]在所有循環(huán)中所得阻尼比的平均值。

上述每個(gè)響應(yīng)參數(shù)都可以作為懸吊式管道抗震支架易損性分析的EDP。然而，最簡(jiǎn)單或最合適的方法可能是用位移或延性作為其工程需求參數(shù)。DL(damage limitation performance objective)，其性能目標(biāo)為雖有較小損傷但是不影響建筑的使用功能，它可以與有效屈服位移(Δy，eff，見(jiàn)表1)相關(guān)聯(lián)，或與有效延性系數(shù)(μeff，見(jiàn)表1)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)部件保持彈性時(shí)可以最大限度地減少經(jīng)濟(jì)損失，并保證懸吊式管道系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)其全部功能，因此當(dāng)性能目標(biāo)為DL時(shí)，有效延性系數(shù)取值一般為1。LS(life safety performance objective)，當(dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí)，非結(jié)構(gòu)部件可以發(fā)生損壞，但不能對(duì)人民生命安全造成威脅。GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[24]中規(guī)定非結(jié)構(gòu)部件的抗震設(shè)防目標(biāo)與主體結(jié)構(gòu)三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)相協(xié)調(diào)，容許建筑非結(jié)構(gòu)部件的損壞程度略大于主體結(jié)構(gòu)但不得危及生命，三水準(zhǔn)分別為“小震不壞，中震可修，大震不倒”，則DL可與“小震不壞”性能目標(biāo)相關(guān)聯(lián)，即小震下，非結(jié)構(gòu)部件基本保持彈性，則DL性能目標(biāo)下可取有效延性系數(shù)為1。LS性能指標(biāo)與我國(guó)規(guī)范“大震不倒”的性能目標(biāo)相似，可以與表1中的極限變形(Δu)相關(guān)聯(lián)，或者與表1中的有效延性系數(shù)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)抗震支架側(cè)向位移小于Δu時(shí)，懸吊式管道系統(tǒng)仍然能夠承受管道重力載荷，能夠保證地震中撤離人員的安全。表1列出了測(cè)試的兩種懸吊式管道抗震支架的有效延性系數(shù)，與每種破壞性能目標(biāo)相關(guān)。試驗(yàn)所得計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，P1類試件的等效阻尼比約為25%，P2類試件的等效阻尼比約為29%。

表1 響應(yīng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 論

非結(jié)構(gòu)部件的性能顯著影響著建筑的整體功能，懸吊式管道抗震支架作為常用非結(jié)構(gòu)部件，對(duì)保證建筑的功能性至關(guān)重要，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究較少，且多為振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。因此，為更加合理的研究該型抗震支架在地震下的失效模式，本文對(duì)某懸吊式管道抗震支架通過(guò)對(duì)管道進(jìn)行加載共進(jìn)行6組擬靜力試驗(yàn)，探究其破壞模式并進(jìn)行了易損性分析。結(jié)果表明：

(1) 在所有試件試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)六角螺母與豎向懸吊支撐連接的切底錨栓未觀察到從混凝土板中拔出或破壞現(xiàn)象，混凝土板未出現(xiàn)開(kāi)裂等現(xiàn)象，驗(yàn)證了該型切底錨栓性能的可靠性。

(2) 該型懸吊式管道抗震支架耗能性能良好，然而從擬靜力試驗(yàn)中可看出，該類抗震支架在抗震連接件與槽鋼發(fā)生擠壓后，承載能力上升，但是在承載能力達(dá)到最大值后，會(huì)迅速失效，垂直管向加載試件中出現(xiàn)在承載能力達(dá)到最大值后螺桿迅速失效并斷裂的情況，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，若想進(jìn)一步提升該型抗震支架承載能力，可在日后設(shè)計(jì)中可進(jìn)行改進(jìn)。

(3) 順管向加載試件的破壞模式為管夾橡膠墊磨損嚴(yán)重，管道從管夾中拔出，從試驗(yàn)中可發(fā)現(xiàn)，順管向加載下，在抗震連接件與豎向槽鋼接觸后，螺桿變形受到限制，導(dǎo)致管夾與管道承受更大的力，管夾與管道連接為薄弱點(diǎn)，最終管道拔出。當(dāng)使用管道為鍍鋅鋼管時(shí)，強(qiáng)度較高，可從提高管夾與管道連接強(qiáng)度方面進(jìn)行改進(jìn)，例如增大橡膠墊與管道的摩擦力；垂直管向加載試件的破壞模式為豎向懸吊支撐中的螺桿發(fā)生損壞，在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，豎向懸吊支撐中的螺桿為主要薄弱點(diǎn)。豎向槽鋼上部位置至上部抗震連接件與螺桿連接位置螺桿為試驗(yàn)最終破壞點(diǎn)，豎向槽鋼的使用長(zhǎng)度為影響該類構(gòu)件力學(xué)性能的重要因素，為防止構(gòu)件出現(xiàn)螺桿斷裂等極端情況，應(yīng)對(duì)豎向槽鋼的安裝長(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化，或增大使用螺桿直徑等，具體力學(xué)性能有待日后研究。

(4) 基于我國(guó)GB 50011—2010 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》非結(jié)構(gòu)部件章節(jié)規(guī)定，非結(jié)構(gòu)部件的抗震設(shè)防目標(biāo)與主體結(jié)構(gòu)三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)相協(xié)調(diào)，容許建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞程度略大于主體結(jié)構(gòu)，但不得危及生命，但并未明確規(guī)定詳細(xì)內(nèi)容，本文將我國(guó)第一水準(zhǔn)與第三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)與國(guó)際通用DL(損傷控制，即部件基本保持彈性)及LS(生命安全保障，允許部件損壞，但不得危及人員生命安全)相關(guān)聯(lián)，提供了多種工程需求參數(shù)的選取，有效延性系數(shù)可以與之有效關(guān)聯(lián)，因此選取有效延性系數(shù)或有效位移，極限位移作為該類懸吊式管道抗震支架的工程需求參數(shù)。

(5) 獲得了兩類試件的平均等效阻尼比，平均等效阻尼比可作為判斷試件耗能能力依據(jù)。順管向加載類試件等效阻尼比約為25%，垂直管向加載類試件等效阻尼比約為29%，由于抗震連接件的預(yù)緊力螺栓發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)后及抗震連接件與槽鋼發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)后能耗散大量能量，該型抗震支架具有良好的耗能能力。