摘要
在强烈地震作用下的钢筋混凝土框架结构可能会在整体坍塌之前进入一种亚稳态的半破坏状态，这种状态的特点是局部损伤严重、稳定性下降以及二次坍塌风险高。然而，现有的地震工程文献中仍缺乏针对这一关键过渡状态的系统性实验研究及定量识别方法，这为震后安全评估带来了较大的研究缺口。为探究这一临界过渡过程，研究人员以一座在地震中受损的外廊教学楼为原型，制作了1/25比例的钢筋混凝土框架结构模型，并利用2008年汶川地震期间的卧龙地震动作为输入，通过数字图像相关技术进行了振动台试验。该技术用于追踪在逐步增加的地震荷载作用下裂缝的产生、扩展以及混凝土保护层剥落的全过程。研究提出了四个局部损伤指标——裂缝线密度、裂缝扩展速率、贯穿裂缝比例和混凝土剥落比例，并结合层间位移比来量化从局部到整体的结构退化程度。试验结果表明，当加速度为0.3 g时已出现可见裂缝，而在0.7–0.8 g时裂缝扩展速度加快，裂缝扩展速率分别达到1187.5和1140毫米/克。在0.5–1.0 g时，裂缝数量从13条增加到26条，总裂缝长度达到0.443米，裂缝线密度增至3.9 × 10?4，贯穿裂缝比例达到37.04%。在1.1–1.5 g时，裂缝扩展趋于饱和，总裂缝长度达到0.552米，最大贯穿裂缝比例为63.6%，裂缝线密度为4.8 × 10?4。在1.6–1.8 g的极限荷载作用下，裂缝数量稳定在33–34条，贯穿裂缝比例保持在63%左右，累计混凝土剥落面积达到1026平方毫米，混凝土剥落比例为0.015，而第三层的层间位移比接近1/50的弹塑性极限值。严重的贯穿裂缝、钢筋裸露、混凝土剥落以及结构的残余倾斜都表明结构已进入半破坏状态。所提出的多指标评估体系为识别钢筋混凝土框架结构的半破坏状态以及评估其震后二次坍塌风险提供了定量依据。
