西安交大科研团队在爆炸损伤对钢筋混凝土平面框架连续倒塌行为影响的研究中取得新进展

文章导读

爆炸如何让整栋建筑像多米诺骨牌般倒塌？西安交大侯健教授团队突破性揭示：传统研究仅模拟单一构件失效，但真实爆炸会同时造成多构件初始损伤，严重削弱结构抗倒塌能力！课题组创新采用卧式加载装置，通过试验和数值模拟，首次量化损伤影响：边柱损伤程度增加导致框架峰值抗力下降；损伤达65%时，结构在悬链线阶段前提前崩溃，破坏位置从梁柱节点转移至柱底。这一颠覆性成果发表于ASCE顶级期刊《结构工程期刊》，为钢筋混凝土建筑的防倒塌设计、灾害预测及维修加固提供科学利器，筑就城市安全新防线。

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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。

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。