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本研究针对钢桁架桥梁在关键构件失效后易发生灾难性倒塌的问题，通过缩尺模型实验和222种损伤场景的数值模拟，揭示了六种次级抗力机制（M1-M6）的协同作用机制。研究发现受损桥梁仍具有1.8-3.0倍运营荷载的残余承载力，为桥梁安全设计和维护提供了重要理论依据。成果发表于《Nature》。
钢桁架桥梁作为交通网络的重要节点，其安全性直接关系到社会经济运行。然而历史数据显示，这类结构在遭受局部损伤后常引发"多米诺骨牌"式的连锁倒塌，如2000年Hoan大桥的灾难性事故。令人困惑的是，相似结构的损伤容限却存在巨大差异——有些桥梁在构件失效后仍能维持功能，而另一些则迅速崩溃。这种差异背后的力学机制长期困扰着工程界，特别是在气候变化加剧自然灾害、交通荷载持续增长的背景下，理解钢桁架桥梁的"损伤免疫"机制显得尤为迫切。
研究团队采用多尺度研究方法，首先基于实际铁路桥（Pratt桁架）按3.5:1比例制作缩尺模型，通过精确控制λL=3.5的相似比确保材料屈服和屈曲行为的准确模拟。实验采用80kN标准测试荷载，通过液压千斤顶系统模拟运营荷载，使用80个应变片和14个位移传感器监测结构响应。数值模拟方面建立经实验验证的非线性有限元模型（DIANA FEA软件），采用2,798个三维Timoshenko梁单元，考虑几何和材料非线性，模拟222种构件失效场景。通过定义ΔDz、ΔFx、ΔMyz等性能指标量化荷载重分布模式。
研究结果部分包含三个重要发现：
1.
次级抗力机制的识别
通过分析实验和模拟数据，首次系统识别出六种关键次级抗力机制：面板面内弯曲畸变（M1）、横向面板畸变（M2）、整体扭转（M3）、平面内铰接转动（M4）、出平面整体弯曲（M5）和相邻构件单轴弯曲（M6）。这些机制通过不同组合方式应对各类构件失效，如竖向构件失效主要激活M1-M2机制，而弦杆失效则触发M3-M5机制的协同作用。
2.
失效模式的分类学
研究发现结构最终破坏模式与初始失效构件的受力特性直接相关：受压构件（如上弦杆）失效导致脆性破坏（极限荷载系数1.8），受拉构件（如下弦杆）失效引发延性破坏（系数3.0），斜杆失效则表现为中间模式。这种分类为风险评估提供了量化依据。
3.
失效演化路径
通过逐步加载试验观察到典型的失效序列：次级机制激活→竖向支撑屈曲→系统刚度退化→整体倒塌。值得注意的是，竖向支撑的屈曲成为系统承载力的关键转折点，这与蜘蛛网单丝断裂后的行为存在有趣的力学类比。
研究结论部分指出，这项工作首次完整揭示了钢桁架桥梁的"损伤免疫"机制体系，其意义堪比建筑结构抗连续倒塌研究的里程碑成果。特别是发现受损桥梁仍保持可观的残余承载力（达运营荷载的3倍），这为修订设计规范（如EN 1993-2）提供了实验依据。作者建议未来设计应重点关注弦杆和竖向构件的连接强度，这些部位对激活M1-M4机制至关重要。该成果不仅适用于历史桥梁评估，也为新建桥梁的鲁棒性设计提供了理论框架，有望像建筑领域那样推动桥梁工程规范的革新。
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