研究揭示建筑连环倒塌新机制
西安交通大学一项最新研究发现，建筑构件的初始损伤会显著降低其抗连续倒塌能力。该研究通过精细实验与模拟，揭示了爆炸等因素导致的结构“内伤”如何引发灾难性的“多米诺”式倒塌，为重要建筑的防灾设计与安全评估提供了关键科学依据。近日，研究成果发表在《结构工程期刊》上。
连续倒塌是指结构中由于局部构件的初始损伤或破坏而引发相邻构件的接连失效，最终导致结构产生与初始破坏不相称的大面积坍塌或整体倒塌的现象。由蓄意破坏或人为失误引发的爆炸作为结构连续倒塌的主要诱因，严重威胁着钢筋混凝土框架结构的服役安全。
既有研究在分析钢筋混凝土框架的连续倒塌行为时仅考虑单一构件的完全失效，然而爆炸荷载不仅会导致框架结构中关键构件的破坏，还会同时给其相邻构件引入不同程度的初始损伤，进一步影响损伤后框架结构的连续倒塌行为和抗倒塌能力。因此开展钢筋混凝土框架在考虑构件初始损伤之后的连续倒塌行为和抗连续倒塌性能研究，对钢筋混凝土框架结构的防倒塌设计、灾害预测、性能评估及维修加固均具有重要意义。
论文截图。
针对上述科学问题，西安交通大学侯健教授课题组采用新型卧式加载装置开展了一系列钢筋混凝土平面框架连续倒塌试验及数值模拟分析。课题组通过文献调研确定了钢筋混凝土构件在爆炸荷载作用下的真实损伤形态，然后给边柱预制不同程度的初始损伤，分析爆炸初始损伤对钢筋混凝土平面框架倒塌行为和倒塌抗力的影响，并结合有限元方法对试验未包含的边柱损伤工况进行补充和计算。
研究结果表明，随边柱初始损伤程度的提高，钢筋混凝土平面框架在悬链线受力阶段的峰值抗力逐渐降低；当边柱初始损伤程度达到65%时，由于边柱无法提供足够的侧向支撑，钢筋混凝土平面框架在进入悬链线受力阶段之前就已发生破坏；随边柱初始损伤程度的进一步增大，钢筋混凝土平面框架破坏发生的越来越早；除此之外，随边柱初始损伤程度的增加，钢筋混凝土平面框架最终失效位置由边梁-柱节点向柱底部初始损伤区域转移。
论文相关信息：https://doi.org/ 10.1061/JSENDH.STENG-14970
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