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第1篇

結構安全性是各種作用下結構防止破壞倒塌、保護人員不受傷害的能力,是結構工程最重要的質量指標。結構工程的安全性主要決定于結構的設計與施工水準,也與結構的正確使用(維護、檢測)有關,而這些又與土建工程法規和技術標準(規范、規程、條例等)的合理設置及運用相關聯。

1.1我國結構設計規范的安全設置水準。對結構工程的設計而言,結構的安全性主要體現在結構構件承載能力的安全性、結構的安全耐久性等幾個方面。

1.1.1結構構件承載能力的安全性。與結構構件安全水準關系最大的兩個因素:一是規范規定結構需要承受多大的荷載(荷載標準值),比如同樣是辦公樓,我國規范自1959年以來均規定樓板承受的活荷載是1.5KPa（在新修訂的規范里已改為2KPa）,而美國、英國則分別為2.4KPa和2.5KPa;二是規范規定的荷載分項系數與材料強度分項系數的大小,前者是計算荷載對結構構件的作用時,將荷載標準值加以放大的一個系數,后者是計算結構構件固有的承載能力時,將構件材料的強度標準值加以縮小的一個系數。這樣根據我國原有規范設計辦公樓時,所依據的樓層設計荷載(荷載標準值與荷載分項系數的乘積)值大約只有英國、美國的52%(考慮人員和設施等的活載)和85%(對結構自重等的恒載),而設計時據以確定構件能夠承受荷載的能力卻要比英國、美國規范高,兩者都使構件承載力的安全水準下降。這里的問題主要在于設計墨守成規,在結構方案、材料選用、分析計算、結構構造上缺乏創新。

1.1.2結構的安全耐久性。我國土建結構的設計與施工規范,重點放在各種荷載作用下的結構強度要求,而對環境因素作用(如干濕、凍融等大氣侵蝕以及工程周圍水、土中有害化學介質侵蝕)下的耐久性要求則相對考慮較少。混凝土結構因鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕導致的結構安全事故,其嚴重程度已遠大于因結構構件承載力安全水準設置偏低所帶來的危害,所以這個問題必須引起格外重視。我國規范規定的與耐久性有關的一些要求,如保護鋼筋免遭銹蝕的混凝土保護層最小厚度和混凝土的最低強度等級,都顯著低于國外規范。損害結構承載力的安全性只是耐久性不足的后果之一;而提高結構構件承載能力的安全設置水準,在一些情況下也有利于結構的耐久性與結構使用壽命。

1.2調整結構安全設置水準的不同見解。我國結構設計規范的安全設置水準較低,與我國建國后長期處于短缺經濟和計劃體制的歷史條件有關。這種作法能夠對土建結構取用較低的安全水準并基本滿足了當時的生產與生活需求,并歷經了較長時間的考驗,這是國內土建科技人員經過巨大努力取得的重大成就。但是,由于安全儲備較低,抵御意外作用的能力相對不足。如果能夠適當提高安全設置水準,將有利于減少事故的發生頻率和提高工程抗御災害的能力。國內發生的大量工程安全事故,主要是由于管理上的腐敗和不善以及嚴重的人為錯誤所致。現在提出要重新審視結構的安全設置水準,主要是基于客觀形勢的變化,是由于我們現在從事的基礎設施建設要為今后的現代化奠定基礎,要滿足今后幾十年、上百年內人們生產生活水平發展的需要,有些土建結構如商品房屋則更要滿足市場經濟條件下具備商品屬性的需要。

2.土建結構工程的耐久性

土建結構工程的耐久性與工程的使用壽命相聯系,是使用期內結構保持正常功能的能力。這一正常功能包括結構的安全性和結構的適用性,而且更多地體現在適用性上。

2.1土建結構工程的耐久性現狀。當今大多數土建結構由混凝土建造。混凝土結構的耐久性是當前困擾土建基礎設施工程的世界性問題,并非我國所特有,但是這一問題至今尚未引起我國政府主管部門和廣大設計與施工單位的足夠重視。長期以來,人們一直以為混凝土應是非常耐久的材料。直到上世紀70年代末期,發達國家才逐漸發現原先建成的基礎設施工程在一些環境因素影響下出現過早損壞。美國許多城市的混凝土基礎設施工程和港口工程建成后不到二三十年甚至在更短的時期內就出現劣化;據1998年美國土木工程學會的一份材料估計,美國國內基礎設施工程中僅為修理與更換公路橋梁的混凝土橋面板一項就需800億美元,而現在聯邦政府每年為此撥款只有50億～60億美元。發達國家為混凝土結構耐久性投入了大量科研經費并積極采取應對措施。我國建設部于20世紀80年代的一項調查表明,國內大多數工業建筑物在使用25～30年后即需大修,處于嚴酷環境下的建筑物使用壽命僅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用環境相對較好,一般可維持50年以上,但室外的陽臺、雨篷等露天構件的使用壽命通常僅有30～40年。

2.1.1由于混凝土的質量檢驗習慣上以單一的強度指標作為衡量標準,導致水泥工業對水泥強度的不適當追求,使水泥細度增加,早強的礦物成分比例提高,這些都不利于混凝土的耐久性。我國對水泥質量的檢驗在強度上只要求不低于規定的最低許可值,而國外則同時還要求不高于規定的最高值,如果強度超過了也被認為不合格,這一要求還有利于水泥產品質量的均勻性。

2.1.2不適當地加快施工進度,尤其是對工程進度不適當的行政干預。混凝土的耐久性質量尤其需要有足夠的施工養護期加以保證,“早產有損生命健康”的概念同樣適用于混凝土。國內一些媒體大加宣傳的所謂幾個月就修成一條大路、建成一座大橋或蓋成一幢高樓的工程以及搶工獻禮工程,很可能就是今后注定要花掉大量資金進行大修的短命工程。提前完成合同規定施工工期的工程在國外要被罰款,因為意味著工程質量有遭到損害的可能。

2.1.3環境的不斷惡化,如廢氣、酸雨,我國的酸雨面積已超過國土的30%

2.2土建結構工程使用階段的正常檢測與維護。結構耐久性和使用壽命的概念,與使用階段的檢測、維護和修理不能分割,對處于露天和惡劣環境下的基礎設施工程來說尤其如此。為了保證結構安全性和耐久性,一些工程在建成后的使用過程中,應該進行定期檢測和維護。我國有結構工程的設計規范與施工規范,但沒有如何使用的規范。有些國家對于結構的損壞可能危及公眾安全的建筑物與橋、隧等公共工程,強制規定必須定期檢測;即使是建筑物的玻璃幕墻和外墻面磚等建筑部件,因其墜落后容易傷及公眾,也有強制定期檢測的要求。我國由于施工管理水平相對較差,施工操作人員的素質不高,質量控制與質量保證制度不夠健全,規范對結構安全與耐久性的設置水準又相對較低,已建的工程中往往存在較多隱患,所以更有必要從法制上確定土建工程的正常使用和定期檢測的要求。對于土建結構工程的安全質量,雖然政府已做出了設計與施工的責任單位和個人需對其“終身負責”的規定,但是這種要求執行起來缺乏可操作性。要將結構安全質量事故減少到最低程度,還應以預防為主,通過例行檢測及時發現問題。現在國內有大量土建工程因步入老化期需要診治,也有大量已建的違章工程需要評估,更有許多工程發生病害需要診斷和加固,各地已涌現不少從事土建工程診斷、治理與加固的隊伍,并有蓬勃發展成為一種新興行業的趨勢。出現問題和病害以后再來治理固然重要,但是我們應該更加強調預防。對于在役土建工程的檢測和評估,要建立相應的法規和標準,要有從業人員的注冊和從業機構的資質認證制度,在管理體制上予以規范。從國家對公共工程建設的投資和對工程設計的要求來看,需要有對工程整個使用期限即全壽命費用支出的論證。只注意工程項目建設的一次投資支出,很少考慮工程建成后需要正常維護與修理的長期費用,不但可能損害工程使用壽命和正常使用功能,而且經濟上算總賬會很不合算。在發達國家,由于新建工程少,用于維修的費用往往更為主要,例如英國1980年的維修費占當年土建費用總支出的2／3。我國雖是發展中國家,現在正大興土木,可是過去建成的大量工程已經或過早老化。在土建工程的投資上,希望有關部門能增加已建工程維修的費用。為加速路橋等公共工程建設,國家現在鼓勵投資公司出資并給以一定期限如30年的經營收入作為補償。如果對重要土建工程有必須進行定期檢測與評估的法規,就能保證這些工程在一定期限后歸還國家管理和經營時仍具有良好功能,對于設計工作壽命為100年的橋梁,至少還可正常使用70年,而不至于30年到期后國家接收的已是一個破舊待拆的工程。

3.建議

為了改善我國土建結構工程的安全性與耐久性,提出了以下建議。

3.1土建工程使用過程中的安全性,應有定期的檢測和正常的維護修理加以保證。對于重要土建工程,我國尚無必須進行安全檢測的法規。在基礎設施工程的投資上有重新建、輕維修的傾向,不利于保證工程壽命和投資效益。建議對橋、隧等重要公共基礎設施和重要的公共建筑物,在其使用期內實施強制性的定期安全檢測。為此,需要制定法規和編制相應的技術標準;對于土建結構工程的檢測與評估,需要建立從業人員的注冊制度和從業機構的資質認證與監管體制。凡屬已建工程的安全診斷也可一并歸入這一行業。建議有關部門在橋、隧、道路等土建基礎設施工程投資上,根據需要,加大工程維修費的比例。

3.2完善技術標準體系與管理體制,發揮學會、協會在技術標準編制、修訂和管理中的作用;逐步淡化技術規范條文的強制性質;鼓勵編制地方性規范（標準）和企業標準,以適應不同地區在環境地質和經濟、技術水平上的差異,并鼓勵科技創新和技術進步。

3.3合理設置土建結構設計的安全水準,必須考慮工程失效的風險后果、社會的財富與資源供給乃至公眾的意向等多種因素。隨著我國經濟形勢的巨大變化,有必要重新審視現行土建結構工程設計規范的安全設置水準,建議主管部門組織論證。橋梁等交通土建結構的風險后果較大,且由于車流、車載、車速的快速發展,在設計荷載標準值和承載力安全度的設置水準上似乎應比一般的建筑結構有更高的安全儲備。在建筑結構的安全設置水準上,建議進一步收集不同意見,包括商品房消費者的意向。我國不同地區的經濟發展水平相差懸殊,在建筑物安全性和耐久性的要求上是否需要區別對待也值得探討。

3.4我國建筑結構設計規范采用可靠度設計方法的經驗及問題值得總結。可靠度方法用于不同類型結構的先決條件和難度不一。建議有關部門在推廣可靠度方法于各類設計規范時,應廣泛征集各種看法,實事求是,穩慎對待。

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參考文獻

［1］《土建結構工程的安全性》

［2］《土建結構工程的耐久性》

［3］《土建結構工程結構設計規范》

［4］《結構構件承載能力設計規范》

第2篇

在人類發展史上，地震給人類帶來相當嚴重的災害，人類在其付出了慘痛代價的同時，也從中獲取了珍貴的經驗。做好預防措施是目前人類抵抗地震災害的最有效的方法。而合理的結構抗震設計方法作為預防措施的核心，主要是通過加強結構抗震能力，防止房屋倒塌以及損壞過于嚴重。隨著全球經濟飛速發展以及技術的的不斷更新，結構地震分析理論技術水平大大提升，目前已經形成了一個技術先進以及涉及面極大的的科學領域。在結構地震響應分析結構的方法中，常用以下幾種方法：振型分解反應譜法、時程分析法以及Pushover分析法。

2結構地震響應分析常用的方法

2.1振型分解反應譜法

振型分解反應譜法的原理：該方法分解其結構單自由度體系的振型以及反應譜。根據此法，地震效應中的多自由度體系特性得到了求解。該法把結構的動力效應數值化，通過地震反應譜來推算出結構在地震作用下的行為。反應譜曲線反映的是周期及反應的關系曲線。我國現行的抗震規范中，計算單向水平地震響應時，采用的是振型分解反應譜法。規范中對兩個主軸方向均施加地震作用，同時組合雙向水平地震的響應（即是組合其中一個方向百分之一百的值與另一方向百分之八十五值的平方根）。從此可知，抗震性能的要求在規范中越來越高。振型分解反應譜法廣泛的應用在實際工程中，下面介紹一下其優缺點。優點：⑴振型分解反應譜法的優點在于其結合廣義地震的強度、動力特征、場地以及震中距一起考慮，研究相互之間的關系。自1950年開始，該方法就廣泛應用于各國建筑抗震規范中，同時也是我國結構抗震設計規范中地震作用所采用的分析方法以及計算理論基礎。⑵該方法的反應譜的繪制是由國內外大量的記錄最大地震響應在結構單質點體系中的行為計算而來的。從統計理論角度來說，該方法能夠較為準確的算出結構在其使用期內收到地震的最大反應，在定量角度而言上較為準確可靠。這就是反應譜法尤為突出的優點。缺點：盡管反應譜法的理論比較成熟而且簡單易懂。然而，局限性來源于其本質，使其有著如下不足之處：⑴盡管反應譜法綜合考慮了結構動力特征所產生的共振效應，但目前的設計工作中依然將地震的慣性力當做是靜力來處理，因此，反應譜理論在目前來說是準動力理論而非準確的動力理論；⑵振幅、頻譜和持續時間作為地震動力效應的三要素，在利用振型分解反應譜法作分析的過程中僅僅考慮了振幅和頻譜，未能真實的反映地震動力效應持續的時間對結構破壞程度的影響，而這種影響恰恰是至關重要的；⑶反應譜理論的適用范圍是結構在彈性階段的地震效應。結構整體最不利的地震效應在彈塑性階段中的體現能夠用該法粗略地推算出，結構在整個地震過程的效應則無法體現。同時地震過程中各關鍵構件在彈塑性變形階段的應力以及變形狀態也無法反映出來，因而也無法找出地震作用下結構的薄弱環節。因此學者們可以把尋找彌補該法缺陷的方法作為今后的研究方向。

2.2時程分析法

時程分析法作為新型的抗震分析方法，開始于1960年，并逐步發展起來。其主要用于研究高層以及超高層建筑的抗震性能分析。該方法作為有效的分析方法，在1980已廣泛應用于抗震設計規范或規程中。地震波利用時程分析法，按照時間段進行數值化后，再在整個結構體系的振動微分方程中將其帶入，采用逐步積分法對結構在彈塑階段的動力反應進行分析，求解結構在整個強震時間以及空間區域中的動力狀態全過程，得出任意桿件在任意時刻的內力和變形以及出現塑性鉸的順序。地震動相關參數需要輸入到時程分析法中，該參數是能反映場地的真實情況以及具有統計意義的加速度時程曲線。結構體系的動力模型綜合考慮了結構的非線性恢復力特征。與振型分解反應譜法相比較，時程分析方法更加接近實際情況。因而時程分析方法具有如下特點：⑴將地震力數值化，轉化為地震動加速度時程曲線輸入，對結構進行地震反應效應的分析，能較為全面地考慮了強震作用的三要素；⑵結構的動力性質是利用結構在彈塑階段的整個過程恢復力特征曲線來體現，從而能夠比較準確地體現結構地震響應；⑶能夠得到結構在整個強震時間以及空間區域中的動力狀態全過程，得出任意桿件在任意時刻的內力和變形以及出現塑性鉸的順序，從而可判定結構的屈服機制。

2.3靜力彈塑性（Pushover）分析

靜力彈塑性（Pushover）分析主要研究方向是研究罕遇地震力作用下，結構體系的地震效應。該法是基于抗震性能設計方法，評價結構體系在大震作用下，是否滿足“結構不倒塌，重要構件不嚴重受損”的抗震性能目標。本文根據Pushover的基本計算原理進行簡要的介紹，并就其在工程實例中的應用展開討論。對高層建筑結構來說，該法是一種可行的簡化分析方法。其計算過程如下：⑴建立模型、內力分析和配筋。利用程序，求出結構構件在我國現行規范中規定的荷載工況下的內力并配筋。內力分析時，梁、柱利用框架單元進行模擬,現澆板用殼單元進行模擬,模擬框架的計算簡圖如圖1所示。⑵塑性鉸的定義和設置。SAP2000可以在任意構件的任意部位布置任意數量的塑性鉸（彎矩、剪力以及軸力）。各種塑性鉸的本構模型如圖2所示。⑶側向加載模式以及輸出模型結果。

3結論

第3篇

【摘要】潛流工程是綜合開發河道地表和地下徑流的一種地下集水工程，制作截滲墻和布置集水滲渠，是潛流工程設計中的重要內容。土工膜料選擇、厚度確定、結構設計、膜料連接及滲渠布置形式等關系到取水量的大小。

【關鍵詞】截潛流；土工膜料；滲渠布置

潛流工程是綜合開發河道地表和地下徑流的一種地下集水工程，采用新型防滲技術土工膜料制作截滲墻和科學布置集水滲渠，是潛流工程設計中的重要內容。土工膜料選擇、厚度確定、結構設計、膜料連接及滲渠布置形式等關系到取水量的大小。

1.土工膜料

1.1土工膜料選擇根據土工膜具體參數指標和工程實際情況，結合防滲工程的工作條件、施工條件，考慮各種膜料性能、單價、產品質量等因素，比較后確定。主要有：聚乙稀薄膜、聚氯乙稀薄膜、PVC復合膜等。

1.2土工膜厚度的確定土工膜厚度與墊層平整度、材料允許拉應力及彈性模量等有關。公式較多，墊層土體粒徑d<22mm時，一般采用前蘇聯水利科學院公式：δ=0.006E1/2Hd1.03［σ］3/2式中：δ——土工膜厚度(mm)；H——鋪設薄膜范圍內的最大水頭(m)；d——墊層土壤最大粒徑(mm)；［σ］——膜的允許拉應力(KPa)；E——膜的彈性模量(KPa)。

1.3結構設計。土工膜防滲量以薄膜防滲、上下墊層保護的組合防滲體，它由墊層——防滲層——墊層——保護層——反濾過渡層共同組成防護體系。一定要作為整體性防滲處理，土工膜要與不透水層岸坡嚴密結合。墊層5~10cm，最大粒徑不超過5mm，保護層土質：粘壤土或砂壤土，干容重15KN/m3，含水量約為20%，厚度0.2~0.3m左右。

1.4薄膜連接。土工膜的連接是施工的關鍵工序，現場連接防滲的方法主要有粘接法、熱焊接法。塑料PVC復合膜一般有粘接法，PE復合膜一般用恒溫電熨斗加熱處理，接縫寬度10cm。

1.5土工膜鋪設。土工膜一般不易張拉太緊，預留5%的伸縮長度成波紋狀折皺，以適應基本變形。兩層膜間不得夾帶泥土、雜物，不得有充氣現象。從土工膜鋪設到上墊層及保護層回填，應避免石塊、重物、尖銳物直接砸擊和接觸土工膜，以免薄膜刺穿破壞。

2.滲渠布置

2.1滲渠作用。滲渠主要用以截取河流滲透水和潛流水其出水量多具有季節性變化的特點，一般枯水期出水量小，富水期出水量大。在計算滲渠的出水量時，應考慮枯水期內的最低流速大于不淤流速，當截取河流滲漏水時，滲渠有一定的凈化作用，其凈化效果與河水濁度及人工濾層結構有關，一般可除去懸浮物70%以上，除去細菌70~95%，除去大腸菌70%以上。

2.2適用條件。含水層厚度大于2m，最大4-6m，透水性較好，一般滲透系數大于10~20m/d，地下水位埋深不大且變化幅度較小，枯水期地下水位埋深不低于5m，在嚴寒地區間歇河谷中含水層較薄的地帶，靠近岸邊的滲渠應布置在河岸穩定、河水較清、水流較急且有一定沖刷力的直線段或凹岸。2.3工程實例

2.3.1總體布置。截潛流工程布置在細河干流上游101國道楊家荒大橋下575m處,采用非完整式集水管型式，采用土工膜做為截滲墻材料，鋪設完整式截滲墻260m。土工膜伸入基巖下0.5m，上部距離河床面0.5m。在截滲墻上游設集水管，集水管垂直于主河道方向布置，集水管長度為120m，集水管兩端設集水井。每40m設一個檢查井。集水管除底面外均設三層反濾層，集水管坡度2‰。

2.3.2截滲墻。截滲墻采用完整式土工膜截滲墻，防滲土工膜按1:1坡度鋪設，土工膜上墊層用20cm厚細砂、下墊層用10cm厚細砂做保護層，土工膜垂直下基巖0.5m后，再水平鋪設0.5m；為加強錨固和防止底邊滲漏，在土工膜上、下水平伸入的0.5m，土工膜上下墊層采用0.25m厚的粘土做隔滲和壓實保護。

2.3.3集水管