結構工程安全性與耐久性.ppt

1、工程結構的安全性與耐久性,演講人 : 丁彥芳 指導老師 : 趙少偉,概念； 工程結構的安全性 工程結構的耐久性 改善工程結構安全性和耐久性的重要途徑,一、概念,工程結構的安全性：結構及其構件在荷載等各種可能出現(xiàn)的外加作用下防止破壞倒塌，保護人員設備不受損傷的能力 工程結構的耐久性：結構及其構件在環(huán)境作用下能夠長期維持其所需功能的能力,二、工程結構的安全性,結構外加作用與結構設計 1.外加作用 2.結構設計采用極限狀態(tài)設計方法 3.對于結構設計，要注意的事項 構件承載力的安全設置水準 整體牢固性 環(huán)境作用,二、工程結構的安全性,(一)結構外加作用與結構設計 1.外加作用：一般作用、偶然作用、導致

2、結構材料性能劣化（如鋼材與銹蝕，混凝土腐蝕）的環(huán)境作用或環(huán)境影響。 2.結構設計采用極限狀態(tài)設計方法 結構及其構件在其設計使用年限內(nèi)，必須具有適當?shù)陌踩珒洌ò踩禂?shù)方法中）或適當?shù)目煽慷龋煽慷确椒ㄖ校?，應滿足下列三個方面的基本功能要求：,二、工程結構的安全性,(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，能夠抵抗倒塌等嚴重破壞； (3) 在可遇見或不可遇見的偶然災害作用下或受到重大人為影響時，結構不應發(fā)生與其初始原因不相稱的嚴重破壞后果，即整體牢固性和魯棒性。,二、工程結構的安全性,3.對于結構設計，要保證結構的安

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，結構的每一構件(如梁、板、柱及其連接）都具有足夠的強度和穩(wěn)定性，即構件在承載力上的安全性； (2) 結構必須有整體牢固性，無論天災人禍，結構都不應該發(fā)生與其不相稱的嚴重破壞后果；,二、工程結構的安全性,(3)在環(huán)境作用下，結構材料性能的劣化，應控制在可接受的程度內(nèi)。 注：對于混凝土結構的設計，主要考慮的極限狀態(tài)有承載力極限狀態(tài)(與構件的安全性相應)和正常使用時的變形極限狀態(tài)與裂縫極限狀態(tài)。,二、工程結構的安全性,(二)構件承載力的安全設置水準 1.在結構設計規(guī)范中，按承載力極限狀態(tài)設計的一般計算式為： 材料強度的標準值無論在可靠

4、度或者安全系數(shù)的極限狀態(tài)設計方法中，目前多普遍采用95%保證率的材料強度作為標準值。,二、工程結構的安全性,2.分項系數(shù)與安全因數(shù) (1)一般荷載作用下： 另一方面，我國規(guī)范在計算承載力時所規(guī)定的材料強度分項系數(shù)比英美的相應安全系數(shù)低大約10%-15%，總之，我國結構設計規(guī)范構件承載力安全設置水準在國際上是最低的。,二、工程結構的安全性,(2) 偶然荷載作用下，我國規(guī)范只要求在設計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(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、撞擊與嚴重人為錯誤以及比規(guī)范規(guī)定烈度更大的地震出現(xiàn)時如何減輕災難性后果的要求。,二、工

5、程結構的安全性,(三)結構的整體牢固性 對于結構的整體牢固性，我國規(guī)范尚未能夠提出具體的分析方法與標準，只能通過合理地結構方案與結構布置以及可靠的構造措施加以保證,二、工程結構的安全性,(四)環(huán)境作用 我國土建結構的設計與施工規(guī)范，重點放在各種荷載作用下的結構強度要求，而對環(huán)境因素作用（如干濕、凍融等大氣侵蝕以及工程周圍水、土中有害化學介質(zhì)侵蝕）應注意防止混凝土與鋼筋的侵蝕，防止混凝土順筋開裂。,三、工程結構的耐久性,我國混凝土結構耐久性現(xiàn)狀 我國工程耐久性不足的主要原因： 1.設計標準過低； 2.施工進度的不適當要求； 3.缺乏正常的檢測與維修； 4.混凝土與鋼筋材料的劣化。,三、工程結構的

6、耐久性,(一)我國混凝土結構耐久性現(xiàn)狀,三、工程結構的耐久性,(二)我國工程耐久性不足的主要原因 1.設計標準過低； 美國ACI規(guī)范中的保護層厚度是對最外層的鋼筋（一般是指箍筋或者分布筋）而言的，而我國規(guī)范中所指的則為最外層主筋。,三、工程結構的耐久性,2.施工工期 (1)快速施工中，結構的各種施工縫、連接縫和防水層等影響結構耐久性的薄弱環(huán)節(jié)不易保證； (2)早強水泥的應用會降低結構耐久性。 3.缺乏正常的檢測與維修 我國建設中存在一大誤區(qū)：重新建輕維修，并將二者截然隔離。 結構的耐久性需要正確的使用與正常的檢測、維修相配合。,三、工程結構的耐久性,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)護不當，會引起混凝土的碳化，當碳化發(fā)展到鋼筋表面，鋼筋就會發(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，氯鹽會引起鋼筋的銹蝕，這種破壞遠遠超過碳化(3)保護層厚度不夠,三、工程結構的耐久性,混凝土的腐蝕：凍融腐蝕和化學腐蝕 (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.配置混凝土時加入化學引氣劑（可在混凝土體內(nèi)產(chǎn)生封閉微細氣泡）是防止混凝土凍融破壞的最有效手段。 (2)化學腐蝕：主要來自周圍水體和土體中含有硫酸鹽、碳酸等鹽類和酸類化學物質(zhì)的侵蝕。,改善措施與方向,

8、改善措施,耐久性,安全性,四、改善工程結構的安全性和耐久性主要途徑,1.提高結構安全設置水準 2.完全結構的耐久性設計標準 (1)結構的設計使用年限與耐久性極限狀態(tài) (2)混凝土結構的耐久性設計 (3)擺脫技術規(guī)范的誤區(qū) (4)試用階段進行定期的檢測與維修。 3.橋梁結構的耐久性設計,四、改善工程結構的安全性和耐久性主要途徑,1.提高結構安全設置水準 a.提高抗災能力； b.適當提高結構設計荷載的標準值和結構構件承載力的安全設備。,四、改善工程結構的安全性和耐久性主要途徑,2.完全結構的耐久性設計標準 (1)結構的設計使用年限與耐久性極限狀態(tài) 設計使用年限和設計基本周期 技術使用壽命 功能使用

9、壽命 經(jīng)濟使用壽命,四、改善工程結構的安全性和耐久性主要途徑,(2)混凝土結構的耐久性設計 a.明確結構及其構件的設計使用年限； b.根據(jù)不同的劣化機理和環(huán)境條件進行細化分類，然后針對不同的設計使用年限和不同的劣化機理下的局部環(huán)境條件類別規(guī)定有關的材料、結構構造和裂縫控制措施、施工質(zhì)量控制和質(zhì)量保證的要求；,四、改善工程結構的安全性和耐久性主要途徑,(3)技術規(guī)范誤區(qū) 誤區(qū)一：目前結構設計中考慮強度多而考慮耐久性少；重視強度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài)； 誤區(qū)二：人們只滿足于規(guī)范對結構強度計算上的安全度要求，而忽視從結構體系、結構構造、結構材料、結構維護、結構耐久性以及設計、施工到使用全過程中

10、經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面保證結構的安全性,四、改善工程結構的安全性和耐久性主要途徑,3.橋梁設計時的改進和方向 (1)重視橋梁耐久性設計問題：結構的耐久性研究應用灰色分析法（從定性分析向定量分析的發(fā)展）； (2)重視對疲勞損傷的研究：橋梁所用材料并非均勻和連續(xù)的，并且車輛荷載和風荷載都是動荷載，這對結構的整體牢固性要求較高； (3)重視橋梁的超載問題：能夠引發(fā)橋梁的疲勞問題；由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復，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,設計使用年限：設計規(guī)定的一個時期，在這一規(guī)定時期內(nèi)，只需進行正常的維護而不需進行大修就能按預期目的使用，完成預定的功能，即結構在正常設計、正常施工、正常使用和維護下所應達到的使用年限。 設計基準周期：是為確定可變作用及與時間有關的材料強度、有關的材料性能取值而選用的時間參數(shù)，建筑設計所考慮的荷載統(tǒng)計參數(shù)，都是按設計基準期為50年確定的。 注：設計使用年限必須具有一定的保證率和安全度；而設計基準周期只是用來確定可變荷載的出現(xiàn)頻率與其作用值以及材料的強度參數(shù)的標準值，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。,技術使用壽命：