結(jié)構(gòu)工程安全性與耐久性.ppt

1、工程結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性,演講人 : 丁彥芳 指導(dǎo)老師 : 趙少偉,概念； 工程結(jié)構(gòu)的安全性 工程結(jié)構(gòu)的耐久性 改善工程結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的重要途徑,一、概念,工程結(jié)構(gòu)的安全性：結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在荷載等各種可能出現(xiàn)的外加作用下防止破壞倒塌，保護(hù)人員設(shè)備不受損傷的能力 工程結(jié)構(gòu)的耐久性：結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在環(huán)境作用下能夠長(zhǎng)期維持其所需功能的能力,二、工程結(jié)構(gòu)的安全性,結(jié)構(gòu)外加作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.外加作用 2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 3.對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要注意的事項(xiàng) 構(gòu)件承載力的安全設(shè)置水準(zhǔn) 整體牢固性 環(huán)境作用,二、工程結(jié)構(gòu)的安全性,(一)結(jié)構(gòu)外加作用與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.外加作用：一般作用、偶然作用、導(dǎo)致

2、結(jié)構(gòu)材料性能劣化（如鋼材與銹蝕，混凝土腐蝕）的環(huán)境作用或環(huán)境影響。 2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法 結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在其設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，必須具有適當(dāng)?shù)陌踩珒?chǔ)備（安全系數(shù)方法中）或適當(dāng)?shù)目煽慷龋煽慷确椒ㄖ校?，?yīng)滿足下列三個(gè)方面的基本功能要求：,二、工程結(jié)構(gòu)的安全性,(1) 在一般作用或環(huán)境作用下滿足正常使用的適用性要求； (2) 在可能出現(xiàn)的一般作用和規(guī)定的偶然作用下，有足夠的承載力，能夠抵抗倒塌等嚴(yán)重破壞； (3) 在可遇見(jiàn)或不可遇見(jiàn)的偶然災(zāi)害作用下或受到重大人為影響時(shí)，結(jié)構(gòu)不應(yīng)發(fā)生與其初始原因不相稱(chēng)的嚴(yán)重破壞后果，即整體牢固性和魯棒性。,二、工程結(jié)構(gòu)的安全性,3.對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要保證結(jié)構(gòu)的安

3、全性，就必須做到: (1)在可能發(fā)生的一般作用與規(guī)定的偶然作用下，結(jié)構(gòu)的每一構(gòu)件(如梁、板、柱及其連接）都具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，即構(gòu)件在承載力上的安全性； (2) 結(jié)構(gòu)必須有整體牢固性，無(wú)論天災(zāi)人禍，結(jié)構(gòu)都不應(yīng)該發(fā)生與其不相稱(chēng)的嚴(yán)重破壞后果；,二、工程結(jié)構(gòu)的安全性,(3)在環(huán)境作用下，結(jié)構(gòu)材料性能的劣化，應(yīng)控制在可接受的程度內(nèi)。 注：對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要考慮的極限狀態(tài)有承載力極限狀態(tài)(與構(gòu)件的安全性相應(yīng))和正常使用時(shí)的變形極限狀態(tài)與裂縫極限狀態(tài)。,二、工程結(jié)構(gòu)的安全性,(二)構(gòu)件承載力的安全設(shè)置水準(zhǔn) 1.在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，按承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的一般計(jì)算式為： 材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值無(wú)論在可靠

4、度或者安全系數(shù)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法中，目前多普遍采用95%保證率的材料強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)值。,二、工程結(jié)構(gòu)的安全性,2.分項(xiàng)系數(shù)與安全因數(shù) (1)一般荷載作用下： 另一方面，我國(guó)規(guī)范在計(jì)算承載力時(shí)所規(guī)定的材料強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)比英美的相應(yīng)安全系數(shù)低大約10%-15%，總之，我國(guó)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范構(gòu)件承載力安全設(shè)置水準(zhǔn)在國(guó)際上是最低的。,二、工程結(jié)構(gòu)的安全性,(2) 偶然荷載作用下，我國(guó)規(guī)范只要求在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后仍能保持必需的整體穩(wěn)定性（除特殊用途的建筑物外），并且只是規(guī)定地震作用與防火要求，并不考慮可能的爆炸、撞擊與嚴(yán)重人為錯(cuò)誤以及比規(guī)范規(guī)定烈度更大的地震出現(xiàn)時(shí)如何減輕災(zāi)難性后果的要求。,二、工

5、程結(jié)構(gòu)的安全性,(三)結(jié)構(gòu)的整體牢固性 對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體牢固性，我國(guó)規(guī)范尚未能夠提出具體的分析方法與標(biāo)準(zhǔn)，只能通過(guò)合理地結(jié)構(gòu)方案與結(jié)構(gòu)布置以及可靠的構(gòu)造措施加以保證,二、工程結(jié)構(gòu)的安全性,(四)環(huán)境作用 我國(guó)土建結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工規(guī)范，重點(diǎn)放在各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，而對(duì)環(huán)境因素作用（如干濕、凍融等大氣侵蝕以及工程周?chē)⑼林杏泻瘜W(xué)介質(zhì)侵蝕）應(yīng)注意防止混凝土與鋼筋的侵蝕，防止混凝土順筋開(kāi)裂。,三、工程結(jié)構(gòu)的耐久性,我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀 我國(guó)工程耐久性不足的主要原因： 1.設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)低； 2.施工進(jìn)度的不適當(dāng)要求； 3.缺乏正常的檢測(cè)與維修； 4.混凝土與鋼筋材料的劣化。,三、工程結(jié)構(gòu)的

6、耐久性,(一)我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀,三、工程結(jié)構(gòu)的耐久性,(二)我國(guó)工程耐久性不足的主要原因 1.設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)低； 美國(guó)ACI規(guī)范中的保護(hù)層厚度是對(duì)最外層的鋼筋（一般是指箍筋或者分布筋）而言的，而我國(guó)規(guī)范中所指的則為最外層主筋。,三、工程結(jié)構(gòu)的耐久性,2.施工工期 (1)快速施工中，結(jié)構(gòu)的各種施工縫、連接縫和防水層等影響結(jié)構(gòu)耐久性的薄弱環(huán)節(jié)不易保證； (2)早強(qiáng)水泥的應(yīng)用會(huì)降低結(jié)構(gòu)耐久性。 3.缺乏正常的檢測(cè)與維修 我國(guó)建設(shè)中存在一大誤區(qū)：重新建輕維修，并將二者截然隔離。 結(jié)構(gòu)的耐久性需要正確的使用與正常的檢測(cè)、維修相配合。,三、工程結(jié)構(gòu)的耐久性,4.材料的劣化 環(huán)境作用下材料的劣化現(xiàn)象主要

7、是鋼筋銹蝕和混凝土的腐蝕 鋼筋的銹蝕:(1)如果養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，會(huì)引起混凝土的碳化，當(dāng)碳化發(fā)展到鋼筋表面，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕；(2)近海洋環(huán)境或冬季噴灑除冰鹽融化道路積雪的環(huán)境中，氯鹽會(huì)引起鋼筋的銹蝕，這種破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)碳化(3)保護(hù)層厚度不夠,三、工程結(jié)構(gòu)的耐久性,混凝土的腐蝕：凍融腐蝕和化學(xué)腐蝕 (1)凍融破壞：a.飽和水的混凝土在凍融環(huán)境中容易發(fā)生開(kāi)裂剝落等損傷破壞，飽水程度不高的混凝土不易受損傷；b.配置混凝土?xí)r加入化學(xué)引氣劑（可在混凝土體內(nèi)產(chǎn)生封閉微細(xì)氣泡）是防止混凝土凍融破壞的最有效手段。 (2)化學(xué)腐蝕：主要來(lái)自周?chē)w和土體中含有硫酸鹽、碳酸等鹽類(lèi)和酸類(lèi)化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。,改善措施與方向,

8、改善措施,耐久性,安全性,四、改善工程結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性主要途徑,1.提高結(jié)構(gòu)安全設(shè)置水準(zhǔn) 2.完全結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) (1)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限與耐久性極限狀態(tài) (2)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì) (3)擺脫技術(shù)規(guī)范的誤區(qū) (4)試用階段進(jìn)行定期的檢測(cè)與維修。 3.橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì),四、改善工程結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性主要途徑,1.提高結(jié)構(gòu)安全設(shè)置水準(zhǔn) a.提高抗災(zāi)能力； b.適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值和結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力的安全設(shè)備。,四、改善工程結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性主要途徑,2.完全結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) (1)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限與耐久性極限狀態(tài) 設(shè)計(jì)使用年限和設(shè)計(jì)基本周期 技術(shù)使用壽命 功能使用

9、壽命 經(jīng)濟(jì)使用壽命,四、改善工程結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性主要途徑,(2)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì) a.明確結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的設(shè)計(jì)使用年限； b.根據(jù)不同的劣化機(jī)理和環(huán)境條件進(jìn)行細(xì)化分類(lèi)，然后針對(duì)不同的設(shè)計(jì)使用年限和不同的劣化機(jī)理下的局部環(huán)境條件類(lèi)別規(guī)定有關(guān)的材料、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和裂縫控制措施、施工質(zhì)量控制和質(zhì)量保證的要求；,四、改善工程結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性主要途徑,(3)技術(shù)規(guī)范誤區(qū) 誤區(qū)一：目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮強(qiáng)度多而考慮耐久性少；重視強(qiáng)度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài)； 誤區(qū)二：人們只滿足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度要求，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)、結(jié)構(gòu)耐久性以及設(shè)計(jì)、施工到使用全過(guò)程中

10、經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤等方面保證結(jié)構(gòu)的安全性,四、改善工程結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性主要途徑,3.橋梁設(shè)計(jì)時(shí)的改進(jìn)和方向 (1)重視橋梁耐久性設(shè)計(jì)問(wèn)題：結(jié)構(gòu)的耐久性研究應(yīng)用灰色分析法（從定性分析向定量分析的發(fā)展）； (2)重視對(duì)疲勞損傷的研究：橋梁所用材料并非均勻和連續(xù)的，并且車(chē)輛荷載和風(fēng)荷載都是動(dòng)荷載，這對(duì)結(jié)構(gòu)的整體牢固性要求較高； (3)重視橋梁的超載問(wèn)題：能夠引發(fā)橋梁的疲勞問(wèn)題；由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性,謝謝大家,設(shè)計(jì)使用年限：設(shè)計(jì)規(guī)定的一個(gè)時(shí)期，在這一規(guī)定時(shí)期內(nèi)，只需進(jìn)行正常的維護(hù)而不需進(jìn)行大修就能按預(yù)期目的使用，完成預(yù)定的功能，即結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)周期：是為確定可變作用及與時(shí)間有關(guān)的材料強(qiáng)度、有關(guān)的材料性能取值而選用的時(shí)間參數(shù)，建筑設(shè)計(jì)所考慮的荷載統(tǒng)計(jì)參數(shù)，都是按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年確定的。 注：設(shè)計(jì)使用年限必須具有一定的保證率和安全度；而設(shè)計(jì)基準(zhǔn)周期只是用來(lái)確定可變荷載的出現(xiàn)頻率與其作用值以及材料的強(qiáng)度參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值，而不考慮環(huán)境作用下與材料劣化相聯(lián)系的耐久性要求。,技術(shù)使用壽命：