西安交通大學(xué)一項最新研究發(fā)現(xiàn)，建筑構(gòu)件的初始損傷會顯著降低其抗連續(xù)倒塌能力。該研究通過精細實驗與模擬，揭示了爆炸等因素導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)“內(nèi)傷”如何引發(fā)災(zāi)難性的“多米諾”式倒塌，為重要建筑的防災(zāi)設(shè)計與安全評估提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。近日，研究成果發(fā)表在《結(jié)構(gòu)工程期刊》上。
連續(xù)倒塌是指結(jié)構(gòu)中由于局部構(gòu)件的初始損傷或破壞而引發(fā)相鄰構(gòu)件的接連失效，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與初始破壞不相稱的大面積坍塌或整體倒塌的現(xiàn)象。由蓄意破壞或人為失誤引發(fā)的爆炸作為結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的主要誘因，嚴重威脅著鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的服役安全。
既有研究在分析鋼筋混凝土框架的連續(xù)倒塌行為時僅考慮單一構(gòu)件的完全失效，然而爆炸荷載不僅會導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵構(gòu)件的破壞，還會同時給其相鄰構(gòu)件引入不同程度的初始損傷，進一步影響損傷后框架結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌行為和抗倒塌能力。因此開展鋼筋混凝土框架在考慮構(gòu)件初始損傷之后的連續(xù)倒塌行為和抗連續(xù)倒塌性能研究，對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的防倒塌設(shè)計、災(zāi)害預(yù)測、性能評估及維修加固均具有重要意義。
論文截圖。
針對上述科學(xué)問題，西安交通大學(xué)侯健教授課題組采用新型臥式加載裝置開展了一系列鋼筋混凝土平面框架連續(xù)倒塌試驗及數(shù)值模擬分析。課題組通過文獻調(diào)研確定了鋼筋混凝土構(gòu)件在爆炸荷載作用下的真實損傷形態(tài)，然后給邊柱預(yù)制不同程度的初始損傷，分析爆炸初始損傷對鋼筋混凝土平面框架倒塌行為和倒塌抗力的影響，并結(jié)合有限元方法對試驗未包含的邊柱損傷工況進行補充和計算。
研究結(jié)果表明，隨邊柱初始損傷程度的提高，鋼筋混凝土平面框架在懸鏈線受力階段的峰值抗力逐漸降低；當(dāng)邊柱初始損傷程度達到65%時，由于邊柱無法提供足夠的側(cè)向支撐，鋼筋混凝土平面框架在進入懸鏈線受力階段之前就已發(fā)生破壞；隨邊柱初始損傷程度的進一步增大，鋼筋混凝土平面框架破壞發(fā)生的越來越早；除此之外，隨邊柱初始損傷程度的增加，鋼筋混凝土平面框架最終失效位置由邊梁-柱節(jié)點向柱底部初始損傷區(qū)域轉(zhuǎn)移。
論文相關(guān)信息：https://doi.org/ 10.1061/JSENDH.STENG-14970
本文鏈接：研究揭示建筑連環(huán)倒塌新機制http://www.sq15.cn/show-11-26038-0.html
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