第二章 结构损伤分析

大桥的倒塌发生在一个此前从未见过的扭曲形式发生后，当时的风 速大约为每小时40英里。这就是力学上的扭转变形，中心不动，两边因 有扭矩而扭曲，并不断振动。这种振动是由于空气弹性颤振引起的。颤 振的出现使风对桥的影响越来越大，最终桥梁结构像麻花一样彻底扭曲 了。在塔科马海峡大桥坍塌事件中，风能最终战胜了钢的挠曲变形，使 钢梁发生断裂。拉起大桥的钢缆断裂后使桥面受到的支持力减小并加重 了桥面的重量。随着越来越多的钢缆断裂，最终桥面承受不住重量而彻 底倒塌了。 塔科马海峡大桥的坍塌使得空气动力学和共振实验成为了建筑工程 学的必修课。这里的共振和受迫共振（由周期运动引发的，如步伐整齐 的一队士兵渡桥）不同。在该案例中没有周期性扰动。当时风速稳定在 每小时42英里（67公里/小时），频率0.2赫兹。这样的风速本应对大桥 够不成威胁。因此此次事件只能被理解为空气动力学和结构分析不严密 所致，以后所有的桥梁，无论是整体还是局部，都必须通过严格的数学 分析和风洞测试。
金属的变态温度
材料名 代表制品 形态 温度（℃）
铅
锌
铅管子、蓄电池、玩 锐边变圆、有滴状物 具等
锚固件、测锤、其他 镀锌材料 有滴状物形成
300--350
400
铝及其合金
机械部件、门窗及配 件、支架装饰材料、 厨房用具等
有滴状物形成
650
银 黄铜 青铜 紫铜 铸铁 低碳钢
装饰物、餐具、银币 锐边变圆，有滴状物 形成 门拉手、锁、扣子机 锐边变圆，有滴状物 具、五金等 窗框、艺术品等 电线，铜币 管子、暖气片、机械 支座等 管子、家具、支架等 锐边变圆，有滴状物 形成 方角变圆，有滴状物 形成 有滴状物形成 扭曲变形
视频 大桥最终坍塌的画面被当地照相馆的老板巴 尼· 埃利奥特（Barney Elliott）拍摄了下来。 1998年，塔科马海峡大桥的坍塌视频被美国 国会图书馆选定保存在美国国家电影登记处， 这段震撼人心的视频被誉为“在文化、历史 和审美学方面有着重要意义”。这段珍贵的 电影胶片仍然对学习工程学、建筑学和物理 学的学生起着警示的作用。 残骸保护 沉没的大桥残骸编号92001068，被登记在国 家历史地点记录册中。水下的残骸已经作为 一座人工礁石被保护起来。
2.3 室内火灾
图2.3-1 室内火灾时间—温度曲线
钢筋的强度折减系数 K s
温度(0C) 钢种 100 200 300 400 500 600 700
普通低碳钢 普通低合金钢
1.00 1.00
1.00 1.00
1.00 0.85
0.67 0.75
0.52 0.60
0.30 0.40
0.05 0.20
950 950 1000 1100 1100--1200 ＞700
板
油漆
温度（℃） 一般油漆 烧损状 况 防锈油漆 ＜100 表面附着黑烟 和油烟 完好 100--300 有裂缝和脱皮
完好
300--600 变黑，脱落
变色
＞600 烧光
涂防火涂料外 均烧光
部分材料燃点温度
材料名称 木材 纸 棉花 棉布 燃点温度（℃） 240--270 130 150 200 材料名称 乙烯 乙炔 乙烷 丁烯 燃点温度（℃） 450 290 515 210
图 2.1-9 楼面板四角450裂缝
2.2 风灾
（a）云图
（b）垂直环流示意图
图2.2-1 热带气旋
图2.2-2 “龙吸水”现象
图2.2-3 陆龙卷
塔科马海峡大桥位于美国华 盛顿州的塔科马海峡。第一 座塔科马海峡大桥，绰号舞 动的格蒂，于1940年7月1日 通车，四个月后戏剧性地被 微风摧毁(气弹颤振)，这一 幕正好被一支摄影队拍摄了 下来，该桥因此声名大噪。 重建的大桥于1950年通车， 被称为：强壮的格蒂；2007 年，新的平行桥通车。
经试验研究表明，火灾后砖砌体的抗压强度fmt可以用下式计算：
fmt K1 (Ct1 f1 ) (1 0.07Ct 2 f2 )K2
a
式中 f1、f2——分别为常温下砖和砂浆的抗压强度平均值； α ——参数，一般取0.50； K1——无筋砖砌体抗压安全系数，K1=0.78； K2——砂浆强度计算系数； 当f2≤1时，K2=0.6+0.4f2 当f2＞1时，K2=1 Ct1、Ct2——分别为火灾后砖砌体中砖和砂浆的抗压强度折减系数。
结构损伤
湖南大学 尚守平 2015.9.
2.1 荷载损伤及变形损伤
图 2.1-1正截面弯曲裂缝
图 2.1-2 剪切裂缝
图 2.1-3 扭转裂缝
图 2.1-4受压裂缝
图 2.1-5砼収缩裂缝
图 2.1-6 地基不均匀沉降导致的墙体斜裂缝
图 2.1-7 温度升降引起旳斜裂缝
图 2.1-8 超长现浇砼楼屋面板开裂
图2.3-2 实际室内火灾的温时曲线与国际标准升温曲线
标准升温 时温曲线
T T0 345lg(8t 1)
当量升温时间Ta
Ta=exp(T/204)
玻璃的变态温度 名称 模制玻璃 代表制品 形态 软化或粘着 变圆 流动 温度（℃）
玻璃砖、杯、缸、 瓶、玻璃装饰物
700--750 750 800
麻绒
树脂 粘胶纤维 条纶纤维 橡胶 尼龙 酚酞
150
300 235 390 130 424 571
丁烷
聚乙烯 聚四氟乙烯 聚氯乙烯 氯-醋共聚 乙烯丙烯共聚
塔科马海峡吊桥（英语：Tacoma Narrows Bridge） 是位于美国华盛顿州塔科马的两条悬索桥。第一 座塔科马海峡大桥，绰号舞动的格蒂，于1940年7 月1日通车，四个月后戏剧性地被微风摧毁，这一 幕正好被一支摄影队拍摄了下来，该桥因此声名 大噪。重建的大桥于1950年通车，被称为：强壮 的格蒂；2007年，新的平行桥通车。
公路：华盛顿州16号干线 地点：塔科马海峡（Tacoma Narrows） 连接：塔科马（Tacoma）至吉格港 （Gig Harbor） 昵称：强健的格蒂（Sturdy Gertie） 桥梁形式：双悬索桥 主跨：2800英尺（853米） 全长：5979英尺（1822米） 通航净空：187.5英尺（ 57.15米） 通车日期：1950年10月14日（西 行）；2007年7月15日（东行） 收费：3美元（东行）来自百度文库