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淮安房屋检测眼中的钢筋混凝土之精髓

淮安房屋检测专家给建筑材料取名了,混凝土姓“混”我想这就是钢筋混凝土的精髓吧。

“混”也可以理解为混沌,而混沌是包含了自然界所有规律和最具有力量的状态。她,凝霜臂腕,巧笑倩兮,美目盼兮;她,给人愉悦,创造激情;多少年来就象著名的特洛伊之战一样以数万人的学术生命为代价在疯狂地欲获得她,占有她。但她的力量是无穷的!“为伊销得人憔悴”啊;她,像狐仙一样妩媚,可望不可及,似真似幻似隐似现。当面对她的时候,每个结构人士都应该低下高贵的头。但也正是她的‘混’,成就了她。

“混”可以理解为无序,就是没有规律,现在所有的研究与结论都是在经验的基础上拍脑袋出来的,有许多节点构造甚至没有做过适应性试验,包括规范设计参数的取舍(参与过规范编制的人都知道)。材料的特性决定了钢筋混凝土是很难精确量化计算的,可以说我们对混凝土精髓的理解还是‘专家画鬼’的阶段。没有一个好的办法去监测钢筋砼结构在受力过程中的详细应力应变情况,现有的大都是根据大概的受力-破坏情况推断出来的。

钢结构是各向同性材料,本构关系极为简单,只要掌握强度,稳定和构造,剩下的就是受力分析。而钢筋混凝土却有很大的不同,主要是因为:

1、材料力学指标的几何级变化:钢筋强度,混凝土抗压,它的抗拉强度与钢筋差一个数量级。钢筋的延伸率和混凝土的抗压,抗拉极限应变差的更远。

2、混凝土力学指标的离散性较大;

3、混凝土材料的蠕变性能。


第一个特性决定钢筋混凝土构件是利用混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度,当有钢筋的抗拉强度来决定构件的承载力时,因其延伸率很大,而表现出延性破坏特征,反之即为脆性破坏。如抗弯适筋梁和超筋梁,大小偏心受压。而抗剪构件,在桁架受力模型中,不存在强度正比关系(抗弯尽管也不是严格意义上的正比关系,但基本接近正比),而只是双线性关系,所以,其适筋时的延性也不如抗弯适筋梁,只就是概念设计中的强剪弱弯的由来。

第二个离散性较大的特性决定了为了满足相同的安全度,就需要更大的强度富裕(平均强度与设计强度之比),这一点在七四规范中反应在安全系数K中(抗弯 1.4,抗压,抗剪是 1.55),新规范在公式中已经不见,但可从背景材料的统计回归上找到

第三个特性即混凝土的蠕变性能是塑性内力重分布的条件之一,正如一位学者所说,合理设计的混凝土结构能按设计者的意图调节其内力。带裂缝工作的构件其塑性铰不是一点而是一个区域。

结构的概念设计中,有一条很重要,是在罕遇地震时,结构不存在强度的富裕而只有抵抗变形能力的好坏之分,即结构都要进入塑性变形阶段(或弹塑性阶段)。设计时,让塑性铰出现在什么地方;让多少构件适量破坏以吸收地震输入能量,而地震之后又容易修复;那些关键构件是最后防线等等,这才是抗震设计的精髓。根据这个思路,就不难理解抗震规范中的许多要求了。比如说,短柱有典型的剪切破坏特征,配箍率和轴压比直接影响到柱的延性。框支剪力墙结构因变形过于集中而影响到抗震性能,转换板结构刚度突变最大,在高烈度区尽量少用。


陈青来总结混凝土结构原理承载多元理论:

1、承载材料理论:解决钢筋与混凝土共同工作的问题;

2、承载可靠度理论——解决结构的安全度问题;

3、承载经典力学理论——解决结构上的荷载(作用)与结构的内力与变形(作用效应)问题;

4、承载抗力理论——解决结构的强度和刚度问题;

5、承载节点构造理论——解决构件的连接问题。

混凝土结构基本原理承载的钢筋与混凝土两种材料各自特性与共同工作原理,是相对比较丰富、比较成熟的内容。混凝土结构基本原理承载的可靠度理论,由30年前的半经验半概率极限状态设计方法过渡到现在的近似概率极限状态设计方法,该理论对混凝土结构的适用程度(缺少支持正态分布曲线的实际试验和统计资料),以及在理论上究竟前进了多少尚难定论。混凝土结构基本原理承载的经典力学理论,其计算结果与实际情况存在较大差异。原因是混凝土结构杆件的截面较大,存在刚性区域与简化成单线形状的计算简图有很大差异,尤其反映在基础结构的计算方面。再者,荷载的力学简化存在较大的误差。混凝土结构基本原理承载的抗力理论是教科书中的主要内容,但主要为“构件”的抗力理论而非“结构”的抗力理论。其内容主要有三部分:一部分是“正截面”问题,解决构件的弯、拉、压、偏拉、偏压;一部分是“斜截面”问题,解决构件的抗剪;一部分是“螺旋面”问题,解决构件的抗扭。混凝土结构基本原理承载的节点构造理论现阶段几乎是空白,研究缺口非常大,给人造成“构件的简单组合即为结构”的错误感觉,不符合整体大于部分之和的自然法则。

混凝土诞生才100多年,还有待人们去研究发现,她是门年轻而有魅力的学科,不过虽然年轻但应用极为广泛。

分析钢筋混凝土构件的根本原则有:

1、变形保持截面平面的假定。由此导出了各种力学分析理论成果。

2、要尽可能克服体积大、自重大、砼性能利用率较低的缺点。这是形成诸如T、I、L、空心箱形、变截面、折板等型式各异的构件的目的源泉所在,桁架等构件系统也可以看成挖空率很大的构件,可以算是在更大程度上解决这一矛盾吧。

3、要解决好内部矛盾体----钢筋和砼之间矛盾,保证能可靠地共同工作。

4、处理好外界对它的化学作用。反应在耐久性方面。

5、处理好外界对它的物理作用。它可真算是受尽欺凌了。来自空中的有风、雪、雨直接作用的荷载,有气温变化产生的温度效应。来自生物的各种主动作用。来自大地的有覆盖体重力、土压力、水压力、浮力、地震作用、地基变形作用。来自地心的万有引力。等等,多不胜举!

6、要遵循安全、适用、经济、美观的原则,排在越前面的越重要。美观看似在土木界很重要的一面,但它的实现应该以科学技术不断发展来为其作技术支持的,所以实质在还应该排在最后面。

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