@ 2015.11.08 , 21:00

薄墙在地震中可能是致命的

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要在更安全和更便宜的建筑施工中间选择,地震多发发展中国家的很多住房设计公司被迫节约昂贵的建筑材料并选择后者。EPFL(洛桑联邦理工学院)的结构工程师收集了这些结构如何应对地震,以及什么情况下它们可能会倒塌的新数据。

地震本身几乎从未杀死过人,相反,大量的死伤人数可以用缺乏强韧的建筑和基础架构来解释。2010年在智利,许多薄墙钢筋混凝土建筑在有史以来最强烈的地震之一中遭到破坏,但是今天,一些拉美国家中还是有越来越多甚至更薄壁的结构被建造起来。最近,EPFL的工程师们评估了薄钢筋混凝土墙的稳定性来了解它们如何失效,他们的研究成果发表在《地震工程公告》期刊上。

为了查明薄壁结构在地震中的行为,研究的两位作者João Almeida和Angelica Rosso测试了两块80毫米厚、2米x2.7米的墙段,这类似于一些南美国家低收入住宅项目中所使用的。他们把墙段夹在实验室地板上,并在其上装载5台强力致动器,它们能以不同方向把墙体缓慢地来回掰弯,以模拟地震对结构的影响。通过减慢这个过程,研究者们就有时间观看破坏的扩展,弄清裂缝如何在墙上蔓延,最终使其失去稳定。

“我们在实验中收集的数据是独特的,”研究首席调查员Katrin Beyer说,“它首次包含了对于所谓平面外墙体破坏的详细测量,这意味着墙体结构垂直于其表面发生不可逆变形。”据Beyer说,这也是第一次在这些条件下观察到大于墙体本身厚度的位移。到测试结束时,墙体钢筋被弯曲,结构一角的混凝土破碎成渣。由于一系列传感器、相机和应变计,研究者们得以捕获和分析墙体倒塌前的每一个运动。

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要承受地震,一幢建筑的结构必须有足够韧性能安然经受地震波造成的震动,但是因为抗震设计通常更昂贵而且要求更多专业知识,发展中国家和新兴国家的贫困地区经常建造不符合标准的建筑物。一个典型的例子:对2010年智利地震中倒塌的住房单元的进一步调查揭示,它们的钢筋混凝土墙往往不符合该国建筑规范的推荐。

危险的漏洞

Beyer解释道,它们能被建造出来的原因,是因为建筑规范里的一个漏洞,它仅仅需要一名工程师认定薄墙足够坚固,项目就可以推进。“真正的解决方案应该是在地震多发国家更严格实施和进一步收紧建筑规范,”Beyer说,但是直到那时,这个漏洞还会继续存在。

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科学家们并未专注于智利,而是关注了其邻居哥伦比亚,该国具有较低、但同样危险的地震风险。在哥伦比亚,用钢筋混凝土墙建造的中高层低收入住宅建筑需求很大,但是即使哥伦比亚的房屋设计工程师们意识到地震带来的风险,建筑许可证却并不总是反映这一情况,而且因为水泥和钢筋往往是建筑成本的最大份额,建造者们经常选择使用更薄的墙体——有时仅有智利的一半厚度。

分担责任

“因为我们很幸运能用上如此昂贵的研究基础设施,我们把向科学界提供我们的数据视为我们的责任,因此全世界的研究者们和工程师们都能利用其成果,”Beyer解释道。与卡利山谷大学、安蒂奥基亚工程学院和麦德林大学的哥伦比亚合作伙伴一起,他们最近获得了第二轮资金来进一步提高对这些结构行为的了解,并研究能够加固现有薄壁钢筋混凝土结构的具有成本效益的方法。

本文译自 Phys,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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