工程结构的安全性与耐久性.doc

行业资料：_工程结构的安全性与耐久性单位：_部门：_日期：_年_月_日第 1 页 共 12 页工程结构的安全性与耐久性1混凝土的腐蚀主要有冻融破坏和化学腐蚀，配置混凝土时加入化学引气剂可以在混凝土体内产生大量的封闭微细气泡，是防止混凝土冻融破坏的最有效手段。2钢筋混凝土的种种劣化过程，都需要有水的参与或以水为媒介。为了阻止水分、氧气、二氧化碳等气体和盐、酸等有害物质侵入混凝土内部，最根本的措施就是增加混凝土材料自身的抗侵入性或抗渗性，并增加混凝土保护层的厚度，以延缓有害物质到达钢筋位置的时间。3在水化良好的低水灰比浆体中，毛细孔隙的尺寸在0.01-0.1微米的范围内，而在高水灰比的早期浆体中，毛细孔隙的最大尺寸可超过5微米，孔隙的总体积可占整个浆体的百分之四十以上。尺寸大于0.05微米的毛细孔隙被认为对强度和抗渗性有害。4混凝土的抗侵入性或抗渗性主要取决于毛细孔隙的孔径分布和孔隙率等孔结构特征。加入大量矿物掺合料能有效抑制硫酸盐、酸、碱-骨料反应等化学腐蚀，并能显著提高混凝土抗氯盐侵入能力。矿物掺合料与水泥水化产物中的氢氧化钙发生化学作用（火山灰反应）后生成的产物可以进一步改善混凝土的微结构并消耗部分的不利于混凝土强度和化学稳定性的氢氧化钙。5扩撒：流体中的自由分子或离子通过无序运动从高浓度区到低浓度区的净流动，其驱动力是浓度差。吸收：毛细孔隙表面张力引起的液体传输。渗透：在压力差的驱动下而产生的流体运动。1.混凝土碳化需要有一定的水分，如环境过于干燥，碳化也不会发生。没有足够的水分和气供给，钢筋即使因混凝土碳化而脱钝，也不会发生持续的锈蚀。所以对钢筋而言，最易发生锈蚀的环境条件是干湿交替。所以海洋环境中，氯离子向混凝土内部扩散的速度较快，但因缺氧，钢筋不易锈蚀。环境温度对锈蚀速度也有重大影响。2.外界的水或水溶液在压力驱动下渗透到混凝土内部的情况比较少见，这种现象主要发生在高水头下或水下混凝土的表层出。我国混凝土结构的耐久性现状1.相对于房屋建筑而言，对于露天状况下的桥梁耐久性与病害状况要严重得多。2.隧道的衬砌机构多用素混凝土构筑，不存在钢筋锈蚀问题。衬砌的渗漏、裂损和腐蚀主要是由于混凝土强度等级过低等设计缺陷，导致钢轨锈蚀、道床翻浆、电力牵引设备漏电而危害正常运行。3.耐久性不足的原因：设计标准过低、施工进度的不适当追求、缺乏正常的检测与维修。4.我国规范主要考虑的是荷载作用下结构强度的安全性需要，对于长期使用过程中由于环境作用引起材料性能劣化的影响，则被置于次要和从属地位。5.水泥强度的不断增加靠的是提高水泥中的早强矿物成分和增加水泥的细度，结果导致水泥水化产物的内部微结构和后期强度发展不良，对耐久性带来不利影响，而水泥强度的增加有使低强度等级混凝土的水灰比得益提高，降低了这种混凝土的密实性和抗渗性，所以今天的低强度混凝土，其耐久性要比几时年前同样强度的混凝土差得多。6.我国规范规定的混凝土保护层厚度远小于英美等国，由于混凝土碳化从构件表面向里扩散到钢筋表面的年限大概与保护层厚度的平方成正比，这样按照我国规范设计的主筋开始出现锈蚀的年限，大概短到只要按英美规范的四分之一。7.过薄的混凝土保护层厚度，过低的的混凝土强度等级，过高的水灰比，有时又采用过细的钢筋，这些在结构设计上的先天不足，无疑是我国混凝土结构特别是露天结构过早化破损的最主要原因。8.施工养护不良对于大尺寸构件的承载力不会有太大的影响，因为强度受到损失的主要是表层混凝土，而内部混凝土因始终处于潮湿状态，尚不至于受到明显损害。但养护不良可使表层混凝土抵抗空气渗透的能力成倍降低。9.规范规定保护层厚度的施工允许误差一般为5-10mm，对于构件的承载力不会产生很大的影响，但对耐久性却至关重要，所以从耐久性要求考虑，对于施工图中的保护层厚度名义尺寸，应该额外加上施工负误差。改善工程结构安全性与耐久性的主要途径1.合理的结构安全设置水准，应该是结构所承担的风险损失与社会(或业主)所能提供的经济实力之间达到某种平衡的结果。2.设计基准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强度参数的取值，而不是考虑环境作用下与材料劣化相联系的耐久性要求。设计使用年限与设计基准期是两种不同的概念，虽然从表面上看，两者的数值往往相同。设计使用年限必须具有一定的保证率或安全度而基准期则不是。2.技术使用寿命：结构的某种技术性能（如承载力或变形）因材料性能劣化而不再满足要求时的期限。功能使用寿命：当结构的使用功能发生了变化（如桥梁行车能力增加或建筑物用途改变）因而无法继续使用时的期限。经济使用寿命：当结构由于经济效益考虑（如继续修理使用还不如差拆除重建时经济）而不再使用时的期限。3.结构的设计使用年限或使用寿命：结构竣工后，在设计预定的使用和维修条件下，其安全性和适用性均能满足原定设计要求的期限。4.结构的可修复性：结构及其构件受到损害后能够经济合理地进行修复的能力，材料的劣化或腐蚀程度愈深，修复的费用和难度就越大，因此劣化程度易设定在较轻的范围内。5.土建工程的设计使用年限是对主体结构而言的，由于技术条件所限或局部环境特别严酷，结构个别部件的使用年限可能达不到这一要求而需在使用过程中更换。6.横向裂缝宽度如果不是太大（如不大于0.4mm）对碳化引起的钢筋锈蚀没有大的影响，裂缝宽度大小与钢筋锈蚀发展速率和锈蚀程度之间并无直接联系。沿着钢筋表面发生的顺筋纵向裂缝则完全相反，它使水、氧等参与锈蚀反应的物质长驱直入，极大加速钢筋的锈蚀。而预应力筋在应力腐蚀下的锈蚀素的快，对裂缝宽度的限制也要严格的多。7.混凝土抗氯离子侵入的能力虽水胶比降低而提高，可是过低的水胶比（如小于0.36）在施工过程中容易开裂，质量控制比较复杂，而混凝土的耐久性更需要施工质量的保证，这就要综合权衡而定。8.混凝土冻融的外部因素：冻融循环次数、最低温度及冻结期限、混凝土表面接触水体或受雨淋的程度等。第 6 页 共 12 页工程结构的安全性控制摘要：工程结构的安全性不足将会影响结构的正常使用，从而对人的心理甚至生命产生影响，威胁人民财产安全，因此结构的安全性至关重要。本文论述了工程结构的安全性控制的阶段和方法，以此来探求把握工程质量、加大控制工程安全性的方法，并指出安全性控制方法和标准需要进一步研究和改进。关键词：工程结构安全性控制1引言工程结构是指房屋建筑和土木工程的建筑物、构筑物及其相关组成部分的总称，是以砖、石、木材、钢、混凝土及钢筋混凝土等各种工程材料建成的能承受荷载或其他作用的构件的组合体。工程结构从施工到完成使命一般需要经历相当长的时期，这个过程中需要承受机械设备、人群、车辆等使用荷载，同时还要经受雨雪、风、光照、水流、土压力、地震等环境因素的考验。他们的安全性将直接关系到人们的生命财产安全。特别是一些公共场所和历史价值较高的建筑，安全性尤为突出。工程结构的安全性是结构工程师最为关心的问题，在历史上最早提到结构安全性的hammurabi法典中指出，结构工程师的生命与结构的安全性是息息相关的。这就说明结构的安全性在设计中的重要性。工程结构设计中涉及安全性的要求主要有：能承受正常施工和正常使用期间可能出现的各种作用（荷载、外加变形、约束变形）；在偶然作用（地震、爆炸、洪水、暴风）发生时及发生后，能够保持其基本的整体稳定性。2影响工程结构安全性的可控制因素2.1设计方面近几年来，高层建筑、大跨度结构的迅速兴起，原来工程结构的设计理论、设计原则、运算公式、施工工艺等，有的已不符合新式结构的实际情况。此外，设计人员缺乏工程经验，对各种荷载和作用的估计不足，对结构的性能理解不到位，强度储备过低等是造成结构设计缺陷的主要原因。2.2工程材料和施工机械材料（包括原材料、成品、半成品、构配件）是工程施工的物质条件，材料的质量是工程质量的基础，材料质量不符合设计要求，工程质量也就不可能符合标准，结构的安全性也就难以保障。随着科技的发展，新材料的大量涌现，一些新式材料未经充分验证就出现在工程当中，对工程的安全性造成了严峻的考验。所以加强材料的质量控制，是提高工程安全性的重要保证。正确选择施工机械的类型、数量、参数，合理使用机械设备，规范操作。这也是控制安全性的重要环节。2.3施工和管理在施工过程中，荷载的变化数据、支护结构构件的抗力和连接性能数据、施工期的结构材料性能数据（例如混凝土强度是否达到设计龄期）等统计不够完备。结构的形式由于施工方案考虑不周而拖延工程进度、影响质量、增加投资的情况时有发生。因此，制定和审核施工方案时，必须结合工程实际，从技术、项目管理、施工工艺、组织、操作、经济等方面进行全面分析、综合考虑，以保证方案的可行性和结构的安全性。此外，施工过程中的温度、湿度、大风、暴雨等环境因素对工程质量也有较大影响，虽然这些环境因素非人为所能控制，但可以通过采取适当的措施加以优化，例如冬期施工设置的保温棚、避开恶劣天气施工等。3工程结构的安全性控制阶段和方法3.1前期控制前期控制主要指地质勘察设计和结构设计阶段的控制，主要通过提高设计人员对规范的认识和理解，加强对特殊条件下结构设计方式的处理，严把设计质量关，根据设计建筑物的结构和运行特点，预测工程建筑物与地质环境相互作用（即工程地质作用）的方式、特点和规模，并作出正确的判断，确保建筑物稳定与正常使用。现有的结构设计规范侧重于正常使用期的结构设计问题，因而无法完全有效地解决施工期和老化期结构的安全性问题，高质量的设计方案是保证工程结构安全性的前提。3.2中期控制此阶段的控制主要指施工过程中的控制，很多工程事故的惨痛教训表明，事故多发生在工程施工过程中，所以这一阶段的控制最复杂也最关键。首先是使用人员的选用，再好的理论、规范、和设计，若施工队伍的技术和素质不行，加上很多施工单位缺少经验丰富的技术人员指导施工，工程的质量就难以把握。因此选用技术过硬的施工队伍，加强施工人员的培训是十分重要的环节。其次是选用正确的施工工艺和工程材料，严格按照设计要求选用建筑材料，根据工程环境和人员机械等配备情况，制定并严格遵守施工工艺流程，使工程施工有条不紊的进行，这是工程质量和安全性的保障。第三是施工现场的质量管理。施工现场的质量管理应有相应的技术标准、健全的质量管理体系、施工质量控制和质量检验制度、施工技术方案，并通过审核批准。主要是通过现场技术人员、监理人和政府监督部门的把关。因此无论是监理还是政府质检人员，都应该加强在技术理论和规范掌握方面的学习。3.3后期控制后期控制主要指工程施工完成后的检测和使用过程中出现病害时以及老化期的检测与加固。工程施工完成后通常需要进行建材常规检验、基础地基检验、结构检测、建筑设备检测、房屋鉴定、环境检测等。通过检测能用定量的方法科学地评定各种材料和构件的质量；能合理地控制并科学地评定工程质量。因此，工程的检测工作对于提高工程安全性、加快工程进度、降低工程造价、推动施工技术进步等起到极为重要的作用。对于出现病害的结构和老化期建筑进行检测，可以评定结构是否满足正常使用的要求。对于不再满足正常使用功能的结构，通过鉴定可以判别事故原因，进行结构安全性评价，然后制定合理的加固方案，有针对性地采取加固措施进行挽救，使工程结构的使用安全性获得保证。4结语工程结构的安全性贯穿于结构的整个生命周期，是设计者、施工人员和使用者非常关注的问题，关系到结构的优化设计、工程安全性与经济性的相互协调，是一个复杂的系统工程问题。作者在参照实际工程经验和国家相关标准的基础上，对于工程中的安全性控制方法划分为三个阶段，分别加以说明，力求在工程结构安全性的控制理论方面有所进展。就目前的工程现状，保证工程安全是非常迫切的问题，安全性控制方法和标准需要进一步研究和改进，加大对工程安全性的控制力度。此外，要想保证一个工程的安全性，不是单一方面可能做到的。只有政府部门、建设单位、设计单位、工程监理、施工单位各司其责，各尽其职，共同努力才能把工程质量抓上去。最终实现对工程安全性的控制，保障人民对工程结构的使用要求。参考文献：1巴松涛,贡金鑫,佟晓利.钢筋混凝土结构施工期可靠性分析方法j.大连理工大学学报,xx,(04)2结构可靠度与安全使用寿命的综合评价j,低温建筑技术，xx，（2）3陈肇元.要大幅度提高建筑结构设计的安全度j,建筑结构，xx，（1）4赵国藩，贡金鑫，赵尚传.我国土木工程结构可靠性研究的一些进展j，大连理工大学学报，xx，（03）5金伟良，宋志刚，赵羽习.工程结