陜西京翼工程檢測技術(shù)有限公司
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房屋檢測眼中的鋼筋混凝土之精髓
房屋檢測專家給建筑材料取名了,混凝土姓“混”我想這就是鋼筋混凝土的精髓吧。
“混”也可以理解為混沌,而混沌是包含了自然界所有規(guī)律和最具有力量的狀態(tài)。她,凝霜臂腕,巧笑倩兮,美目盼兮;她,給人愉悅,創(chuàng)造激情;多少年來就象著名的特洛伊之戰(zhàn)一樣以數(shù)萬人的學(xué)術(shù)生命為代價在瘋狂地欲獲得她,占有她。但她的力量是無窮的!“為伊銷得人憔悴”??;她,像狐仙一樣嫵媚,可望不可及,似真似幻似隱似現(xiàn)。當(dāng)面對她的時候,每個結(jié)構(gòu)人士都應(yīng)該低下高貴的頭。但也正是她的‘混’,成就了她。
“混”可以理解為無序,就是沒有規(guī)律,現(xiàn)在所有的研究與結(jié)論都是在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上拍腦袋出來的,有許多節(jié)點構(gòu)造甚至沒有做過適應(yīng)性試驗,包括規(guī)范設(shè)計參數(shù)的取舍(參與過規(guī)范編制的人都知道)。材料的特性決定了鋼筋混凝土是很難精確量化計算的,可以說我們對混凝土精髓的理解還是‘專家畫鬼’的階段。沒有一個好的辦法去監(jiān)測鋼筋砼結(jié)構(gòu)在受力過程中的詳細(xì)應(yīng)力應(yīng)變情況,現(xiàn)有的大都是根據(jù)大概的受力-破壞情況推斷出來的。
鋼結(jié)構(gòu)是各向同性材料,本構(gòu)關(guān)系極為簡單,只要掌握強度,穩(wěn)定和構(gòu)造,剩下的就是受力分析。而鋼筋混凝土卻有很大的不同,主要是因為:
1、材料力學(xué)指標(biāo)的幾何級變化:鋼筋強度,混凝土抗壓,它的抗拉強度與鋼筋差一個數(shù)量級。鋼筋的延伸率和混凝土的抗壓,抗拉極限應(yīng)變差的更遠(yuǎn)。
2、混凝土力學(xué)指標(biāo)的離散性較大;
3、混凝土材料的蠕變性能。
第一個特性決定鋼筋混凝土構(gòu)件是利用混凝土的抗壓強度和鋼筋的抗拉強度,當(dāng)有鋼筋的抗拉強度來決定構(gòu)件的承載力時,因其延伸率很大,而表現(xiàn)出延性破壞特征,反之即為脆性破壞。如抗彎適筋梁和超筋梁,大小偏心受壓。而抗剪構(gòu)件,在桁架受力模型中,不存在強度正比關(guān)系(抗彎盡管也不是嚴(yán)格意義上的正比關(guān)系,但基本接近正比),而只是雙線性關(guān)系,所以,其適筋時的延性也不如抗彎適筋梁,只就是概念設(shè)計中的強剪弱彎的由來。
第二個離散性較大的特性決定了為了滿足相同的安全度,就需要更大的強度富裕(平均強度與設(shè)計強度之比),這一點在七四規(guī)范中反應(yīng)在安全系數(shù)K中(抗彎 1.4,抗壓,抗剪是 1.55),新規(guī)范在公式中已經(jīng)不見,但可從背景材料的統(tǒng)計回歸上找到
第三個特性即混凝土的蠕變性能是塑性內(nèi)力重分布的條件之一,正如一位學(xué)者所說,合理設(shè)計的混凝土結(jié)構(gòu)能按設(shè)計者的意圖調(diào)節(jié)其內(nèi)力。帶裂縫工作的構(gòu)件其塑性鉸不是一點而是一個區(qū)域。
結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計中,有一條很重要,是在罕遇地震時,結(jié)構(gòu)不存在強度的富裕而只有抵抗變形能力的好壞之分,即結(jié)構(gòu)都要進入塑性變形階段(或彈塑性階段)。設(shè)計時,讓塑性鉸出現(xiàn)在什么地方;讓多少構(gòu)件適量破壞以吸收地震輸入能量,而地震之后又容易修復(fù);那些關(guān)鍵構(gòu)件是最后防線等等,這才是抗震設(shè)計的精髓。根據(jù)這個思路,就不難理解抗震規(guī)范中的許多要求了。比如說,短柱有典型的剪切破壞特征,配箍率和軸壓比直接影響到柱的延性??蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)因變形過于集中而影響到抗震性能,轉(zhuǎn)換板結(jié)構(gòu)剛度突變最大,在高烈度區(qū)盡量少用。
陳青來總結(jié)混凝土結(jié)構(gòu)原理承載多元理論:
1、承載材料理論:解決鋼筋與混凝土共同工作的問題;
2、承載可靠度理論——解決結(jié)構(gòu)的安全度問題;
3、承載經(jīng)典力學(xué)理論——解決結(jié)構(gòu)上的荷載(作用)與結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形(作用效應(yīng))問題;
4、承載抗力理論——解決結(jié)構(gòu)的強度和剛度問題;
5、承載節(jié)點構(gòu)造理論——解決構(gòu)件的連接問題。
混凝土結(jié)構(gòu)基本原理承載的鋼筋與混凝土兩種材料各自特性與共同工作原理,是相對比較豐富、比較成熟的內(nèi)容?;炷两Y(jié)構(gòu)基本原理承載的可靠度理論,由30年前的半經(jīng)驗半概率極限狀態(tài)設(shè)計方法過渡到現(xiàn)在的近似概率極限狀態(tài)設(shè)計方法,該理論對混凝土結(jié)構(gòu)的適用程度(缺少支持正態(tài)分布曲線的實際試驗和統(tǒng)計資料),以及在理論上究竟前進了多少尚難定論?;炷两Y(jié)構(gòu)基本原理承載的經(jīng)典力學(xué)理論,其計算結(jié)果與實際情況存在較大差異。原因是混凝土結(jié)構(gòu)桿件的截面較大,存在剛性區(qū)域與簡化成單線形狀的計算簡圖有很大差異,尤其反映在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的計算方面。再者,荷載的力學(xué)簡化存在較大的誤差。混凝土結(jié)構(gòu)基本原理承載的抗力理論是教科書中的主要內(nèi)容,但主要為“構(gòu)件”的抗力理論而非“結(jié)構(gòu)”的抗力理論。其內(nèi)容主要有三部分:一部分是“正截面”問題,解決構(gòu)件的彎、拉、壓、偏拉、偏壓;一部分是“斜截面”問題,解決構(gòu)件的抗剪;一部分是“螺旋面”問題,解決構(gòu)件的抗扭?;炷两Y(jié)構(gòu)基本原理承載的節(jié)點構(gòu)造理論現(xiàn)階段幾乎是空白,研究缺口非常大,給人造成“構(gòu)件的簡單組合即為結(jié)構(gòu)”的錯誤感覺,不符合整體大于部分之和的自然法則。
混凝土誕生才100多年,還有待人們?nèi)パ芯堪l(fā)現(xiàn),她是門年輕而有魅力的學(xué)科,不過雖然年輕但應(yīng)用極為廣泛。
分析鋼筋混凝土構(gòu)件的根本原則有:
1、變形保持截面平面的假定。由此導(dǎo)出了各種力學(xué)分析理論成果。
2、要盡可能克服體積大、自重大、砼性能利用率較低的缺點。這是形成諸如T、I、L、空心箱形、變截面、折板等型式各異的構(gòu)件的目的源泉所在,桁架等構(gòu)件系統(tǒng)也可以看成挖空率很大的構(gòu)件,可以算是在更大程度上解決這一矛盾吧。
3、要解決好內(nèi)部矛盾體----鋼筋和砼之間矛盾,保證能可靠地共同工作。
4、處理好外界對它的化學(xué)作用。反應(yīng)在耐久性方面。
5、處理好外界對它的物理作用。它可真算是受盡欺凌了。來自空中的有風(fēng)、雪、雨直接作用的荷載,有氣溫變化產(chǎn)生的溫度效應(yīng)。來自生物的各種主動作用。來自大地的有覆蓋體重力、土壓力、水壓力、浮力、地震作用、地基變形作用。來自地心的萬有引力。等等,多不勝舉!
6、要遵循安全、適用、經(jīng)濟、美觀的原則,排在越前面的越重要。美觀看似在土木界很重要的一面,但它的實現(xiàn)應(yīng)該以科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展來為其作技術(shù)支持的,所以實質(zhì)在還應(yīng)該排在最后面。