對結(jié)構工程的設計來說,結(jié)構的安全性主要體現(xiàn)在結(jié)構構件承載能力的安全性、結(jié)構的整體牢固性與結(jié)構的耐久性等幾個方面。我國建筑物和橋梁等土建結(jié)構的設計規(guī)范在這些方面的安全設置水準,總體上要比國外同類規(guī)范低得多。
1 構件承載能力的安全設置水準 與結(jié)構構件安全水準關系zui大的二個因素是:①規(guī)范規(guī)定結(jié)構需要承受多大的荷載(荷載標準值)。②規(guī)范規(guī)定的荷載分項系數(shù)與材料強度分項系數(shù)的大小,前者是計算確定荷載對結(jié)構構件的作用時,將荷載標準值加以放大的一個系數(shù),后者是計算確定結(jié)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(shù)。這些用量值表示的系數(shù)體現(xiàn)了結(jié)構構件在給定標準荷載作用下的安全度,在安全系數(shù)設計方法(如我國的公路橋涵結(jié)構設計規(guī)范)中稱為安全系數(shù),體現(xiàn)了安全儲備的需要;而在可靠度設計方法(如我國的建筑結(jié)構設計規(guī)范)中稱為分項系數(shù),體現(xiàn)了一定的名義失效概率或可靠指標。安全系數(shù)或分項系數(shù)越大,表明安全度越高。
公路橋梁結(jié)構的情況也與房屋建筑結(jié)構類似,除車載標準外,荷載分項安全系數(shù)(我國規(guī)范對車載取1.4,比的美國AASHTO規(guī)范的1.75約低25%)與材料強度分項安全系數(shù)均規(guī)定較低。
盡管我國設計規(guī)范所設定的安全貯備較低,但是某些工程的材料用量反而有高于國外同類工程的,這里的問題主要在于設計墨守陳規(guī),在結(jié)構方案、材料選用、分析計算、結(jié)構構造上缺乏創(chuàng)新。
2 結(jié)構的整體牢固性 除了結(jié)構構件要有足夠承載能力外,結(jié)構物還要有整體牢固性。結(jié)構的整體牢固性是結(jié)構出現(xiàn)某處的局部破壞不至于導致大范圍連續(xù)破壞倒塌的能力,或者說是結(jié)構不應出現(xiàn)與其原因不相稱的破壞后果。結(jié)構的整體牢固性主要依靠結(jié)構能有良好的延性和必要的冗余度,用來對付地震、爆炸等災害荷載或因人為差錯導致的災難后果,可以減輕災害損失。唐山地震造成的巨大傷亡與當?shù)胤课萁Y(jié)構缺乏整體牢固性有很大關系。
3 結(jié)構的耐久安全性 我國土建結(jié)構的設計與施工規(guī)范,重點放在各種荷載作用下的結(jié)構強度要求,而對環(huán)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(zhì)侵蝕)下的耐久性要求則相對考慮較少。混凝土結(jié)構因鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕導致的結(jié)構安全事故,其嚴重程度已遠過于因結(jié)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(guī)范規(guī)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zui小厚度和混凝土的zui低強度等級,都顯著低于國外規(guī)范。損害結(jié)構承載力的安全性只是耐久性不足的后果之一;提高結(jié)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(jié)構的耐久性與結(jié)構使用壽命。
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