结构工程安全性与耐久性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,工程结构的安全性与耐久性,演讲人,:,丁彦芳,指导老师,:,赵少伟,概念；,工程结构的安全性,工程结构的耐久性,改善工程结构安全性和耐久性的重要途径,一、概念,工程结构的安全性：结构及其构件在荷载等各种可能出现的外加作用下防止破坏倒塌，保护人员设备不受损伤的能力,工程结构的耐久性：结构及其构件在环境作用下能够长期维持其所需功能的能力,二、工程结构的安全性,结构外加作用与结构设计,1.,外加作用,2.,结构设计采用极限状态设计方法,3.,对于结构设计，要注意的事项,构件承载力的安全设置水准,整体牢固性,环境作用,二、工程结构的安全性,(,一,),结构外加作用与结构设计,1.,外加作用,：一般作用、偶然作用、导致结构材料性能劣化（如钢材与锈蚀，混凝土腐蚀）的环境作用或环境影响。,2.,结构设计采用极限状态设计方法,结构及其构件在其设计使用年限内，必须具有适当的安全储备（安全系数方法中）或适当的可靠度（可靠度方法中），应满足下列三个方面的基本功能要求：,二、工程结构的安全性,(1),在一般作用或环境作用下满足正常使用的适用性要求；,(2),在可能出现的一般作用和规定的偶然作用下，有足够的承载力，能够抵抗倒塌等严重破坏；,(3),在可遇见或不可遇见的偶然灾害作用下或受到重大人为影响时，结构不应发生与其初始原因不相称的严重破坏后果，即整体牢固性和鲁棒性。,二、工程结构的安全性,3.,对于结构设计，要保证结构的安全性，就必须做到,:,(1),在可能发生的一般作用与规定的偶然作用下，结构的每一构件,(,如梁、板、柱及其连接）都具有足够的强度和稳定性，即构件在承载力上的安全性；,(2),结构必须有整体牢固性，无论天灾人祸，结构都不应该发生与其不相称的严重破坏后果；,二、工程结构的安全性,(3),在环境作用下，结构材料性能的劣化，应控制在可接受的程度内。,注：对于混凝土结构的设计，主要考虑的极限状态有承载力极限状态,(,与构件的安全性相应,),和正常使用时的变形极限状态与裂缝极限状态。,二、工程结构的安全性,(,二,),构件承载力的安全设置水准,1.,在结构设计规范中，按承载力极限状态设计的一般计算式为：,材料强度的标准值无论在可靠度或者安全系数的极限状态设计方法中，目前多普遍采用,95%,保证率的材料强度作为标准值。,二、工程结构的安全性,2.,分项系数与安全因数,(1),一般荷载作用下：,另一方面，我国规范在计算承载力时所规定的材料强度分项系数比英美的相应安全系数低大约,10%-15%,，总之，我国结构设计规范构件承载力安全设置水准在国际上是最低的。,办公楼,公寓住宅房间,学校教室,学校走廊,剧院门厅,餐厅,办公楼餐厅,中国,1.5,1.5,2.0,2.5,3.0,2.5,2.0,美国,2.4,2.0,2.0,3.9,4.8,4.8,4.8,中国,英国,美国,活荷载分项系数,1.4,1.6,1.7,永久荷载分项系数,1.2,1.4,1.4,二、工程结构的安全性,(2),偶然荷载作用下，我国规范只要求在设计规定的偶然事件发生时及发生后仍能保持必需的整体稳定性（除特殊用途的建筑物外），并且只是规定地震作用与防火要求，并不考虑可能的爆炸、撞击与严重人为错误以及比规范规定烈度更大的地震出现时如何减轻灾难性后果的要求。,二、工程结构的安全性,(,三,),结构的整体牢固性,对于结构的整体牢固性，我国规范尚未能够提出具体的分析方法与标准，只能通过合理地结构方案与结构布置以及可靠的构造措施加以保证,二、工程结构的安全性,(,四,),环境作用,我国土建结构的设计与施工规范，重点放在各种荷载作用下的结构强度要求，而对环境因素作用（如干湿、冻融等大气侵蚀以及工程周围水、土中有害化学介质侵蚀）应注意防止混凝土与钢筋的侵蚀，防止混凝土顺筋开裂。,三、工程结构的耐久性,我国混凝土结构耐久性现状,我国工程耐久性不足的主要原因：,1.,设计标准过低；,2.,施工进度的不适当要求；,3.,缺乏正常的检测与维修；,4.,混凝土与钢筋材料的劣化。,三、工程结构的耐久性,(,一,),我国混凝土结构耐久性现状,三、工程结构的耐久性,(,二,),我国工程耐久性不足的主要原因,1.,设计标准过低；,美国,ACI,规范中的保护层厚度是对最外层的钢筋（一般是指箍筋或者分布筋）而言的，而我国规范中所指的则为最外层主筋。,配筋混凝土,中国,美国,ACI,规范,美国,BS,规范,混凝土最低强度等级,C15,C25,C30(C25),露天环境下抗碳化锈蚀的保护层厚度,C25,板,20mm,，梁,30mm,C25,不分梁或板，受雨淋一侧为,38mm,（当,d16,）,C35,不分梁或板，,35mm,干湿交替时,C40,，,40mm,三、工程结构的耐久性,2.,施工工期,(1),快速施工中，结构的各种施工缝、连接缝和防水层等影响结构耐久性的薄弱环节不易保证；,(2),早强水泥的应用会降低结构耐久性。,3.,缺乏正常的检测与维修,我国建设中存在一大误区：重新建轻维修，并将二者截然隔离。,结构的耐久性需要正确的使用与正常的检测、维修相配合。,三、工程结构的耐久性,4.,材料的劣化,环境作用下材料的劣化现象主要是钢筋锈蚀和混凝土的腐蚀,钢筋的锈蚀,:(1),如果养护不当，会引起混凝土的碳化，当碳化发展到钢筋表面，钢筋就会发生锈蚀；,(2),近海洋环境或冬季喷洒除冰盐融化道路积雪的环境中，氯盐会引起钢筋的锈蚀，这种破坏远远超过碳化,(3),保护层厚度不够,三、工程结构的耐久性,混凝土的腐蚀：冻融腐蚀和化学腐蚀,(1),冻融破坏：,a.,饱和水的混凝土在冻融环境中容易发生开裂剥落等损伤破坏，饱水程度不高的混凝土不易受损伤；,b.,配置混凝土时加入化学引气剂（可在混凝土体内产生封闭微细气泡）是防止混凝土冻融破坏的最有效手段。,(2),化学腐蚀：主要来自周围水体和土体中含有硫酸盐、碳酸等盐类和酸类化学物质的侵蚀。,改善措施与方向,改善措施,耐久性,安全性,四、改善工程结构的安全性和耐久性主要途径,1.,提高结构安全设置水准,2.,完全结构的耐久性设计标准,(1),结构的设计使用年限与耐久性极限状态,(2),混凝土结构的耐久性设计,(3),摆脱技术规范的误区,(4),试用阶段进行定期的检测与维修。,3.,桥梁结构的耐久性设计,四、改善工程结构的安全性和耐久性主要途径,1.,提高结构安全设置水准,a.,提高抗灾能力；,b.,适当提高结构设计荷载的标准值和结构构件承载力的安全设备。,四、改善工程结构的安全性和耐久性主要途径,2.,完全结构的耐久性设计标准,(1),结构的设计使用年限与耐久性极限状态,设计使用年限和设计基本周期,技术使用寿命,功能使用寿命,经济使用寿命,四、改善工程结构的安全性和耐久性主要途径,(2),混凝土结构的耐久性设计,a.,明确结构及其构件的设计使用年限；,b.,根据不同的劣化机理和环境条件进行细化分类，然后针对不同的设计使用年限和不同的劣化机理下的局部环境条件类别规定有关的材料、结构构造和裂缝控制措施、施工质量控制和质量保证的要求；,四、改善工程结构的安全性和耐久性主要途径,(3),技术规范误区,误区一：目前结构设计中考虑强度多而考虑耐久性少；重视强度极限状态而不重视使用极限状态；,误区二：人们只满足于规范对结构强度计算上的安全度要求，而忽视从结构体系、结构构造、结构材料、结构维护、结构耐久性以及设计、施工到使用全过程中经常出现的人为错误等方面保证结构的安全性,四、改善工程结构的安全性和耐久性主要途径,3.,桥梁设计时的改进和方向,(1),重视桥梁耐久性设计问题：结构的耐久性研究应用灰色分析法（从定性分析向定量分析的发展）；,(2),重视对疲劳损伤的研究：桥梁所用材料并非均匀和连续的，并且车辆荷载和风荷载都是动荷载，这对结构的整体牢固性要求较高；,(3),重视桥梁的超载问题：能够引发桥梁的疲劳问题；由于超载造成的桥梁内部损伤不能恢复，将使得桥梁在正常荷载下的工作状态发生变化，从而可能危害桥梁的安全性和耐久性,谢谢大家,设计使用年限：设计规定的一个时期，在这一规定时期内，只需进行正常的维护而不需进行大修就能按预期目的使用，完成预定的功能，即结构在正常设计、正常施工、正常使用和维护下所应达到的使用年限。,设计基准周期：是为确定可变作用及与时间有关的材料强度、有关的材料性能取值而选用的时间参数，建筑设计所考虑的荷载统计参数，都是按设计基准期为,50,年确定的。,注：设计使用年限必须具有一定的保证率和安全度；而设计基准周期只是用来确定可变荷载的出现频率与其作用值以及材料的强度参数的标准值，而不考虑环境作用下与材料劣化相联系的耐久性要求。,技术使用寿命：是指结构的某种技术性能（如承载力或者变形等）因材料性能劣化而不再满足要求时的期限；,功能使用寿命：是指结构的使用功能发生了变化（如桥梁行车能力增加或者建筑用途改变）因而无法继续使用时的期限；,经济使用寿命：是指结构由于经济效益考虑（继续修理使用还不如拆除重建更为经济）而不再使用的期限。,但是结构耐久性设计中提到的设计期限是技术使用寿命,