关于“强梁弱柱”与应力分流的研究与分析

最近去听新规范讲座，专家在讲到“强柱弱梁”这块内容时都感慨颇深，提到2008年汶川地震的震害。我也觉得有继续思考的必要，把这个沉了多年的问题再搬出来和大家探讨探讨。主要是联系了一些生活经验，想到了一些新观点，大家看看给拍拍砖。

“强梁弱柱”，一方面是我们在设计时没考虑楼板钢筋或者按T形截面计算却按矩形截面设计把梁的配筋和极限承载力搞大了。这里不具体展开了。这里主要想探讨的是一个二维楼盖结构动力的影响因素。

根据生活经验，如果在梁上盖了一块板，然后去晃它，你会发现这个体系的刚度是很大的，其受力特点是很微妙的。再类比我们的结构，柱传给梁内力产生的应力流被楼板吸收传递分解掉。个人认为， 应力流被楼板吸收分流是导致“强梁弱柱”破坏机制的主要原因。其它因素的原因肯定多多少少都有影响，但不是最主要的。

快速动力荷载作用下，一维杆件（梁、柱）的受力问题我们研究的比较成熟，然而二维构件（楼板、墙）的受力问题可能还存在一些我们未认识充分的地方。为了说明上述应力流分散的原理，我举一个可能不太贴切的生活例子：打网球时候，网球的速度是非常快的，然而只要它触碰到球场中央的球网，会发生什么现象？球速在很短时间内降低到零。而此时的球网只是发生了一些晃动，不久就静止下来。那么，网球的动能跑到哪里去了呢？显然是被球网吸收掉了，但为何球网很快也静止下来了呢？原因就在于网球冲击产生的振动在球网平面内以二维波的形式扩散掉了，球网材料的阻尼比较大，因此波动产生的能量很快就被耗散掉了。用这个例子来类比柱子和楼盖的关系，在地震快速加载下，柱子传递来的内力对于二维楼盖结构而言就类似于“网球”的冲击力，而楼板就类似于“球网”。大家可以体会一下会发生什么情况。当然，土木材料的刚度是很大的，网球这个例子来类比可能不是很准确，但这说明了一个有趣的动力学现象。我也不知道该怎么称呼这种现象，就简称应力流分散吧。如果这种现象确实存在而且是导致“强梁弱柱”的主要原因，那么将导出一个令人难以接受的推论：楼板越薄、梁刚度越小，“强梁弱柱”现象越显著。这是因为柔性楼盖结构的振动耗能显然比刚性楼盖大得多，再类比网球的那个例子，球网越柔，不是越有利于降低球速吗？刚性的球网，网球碰到后就反弹回来了。说到底，还是一个动力学的问题， 二维构件的动力学问题还有很多值得深究的地方。

我总感觉，动力学问题和静力学问题有很多不同的地方，动力学可以统一静力学，但静力学的结论不一定能普遍适用于动力学。

欢迎有兴趣的朋友看看，特别是这个生活中的动力学物理现象，能否联系到我们实际土木结构中?