浅析混凝土结构设计

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  摘要:近些年来,我国建筑结构的加固技术得到了迅速发展。在混凝土结构加固领域中,由于混凝土构件表面裂缝和强度等级过低等原因,使得原结构不满足安全使用要求而需要进行加固补强的情况占有相当的一部分。我国混凝土结构理论及规范从无到有,经历了从照搬、模仿到依据试验研究和工程实践自主编制的过程。
  关键词:混凝土结构;设计原理;设计规范;设计安全度
  一、钢筋混凝土结构设计方法
  钢筋混凝土结构设计方法,从学术上讲可以有多种,然而对实际设计起控制作用的却是国家颁布的钢筋混凝土设计规范规定的设计方法。采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。对承载能力极限状态,采用分项系数设计表达式。材料标准强度采用国际标准。其中对混凝土标号做出了更为明确和科学的定义,在极限平衡理论的基础上引进了平截面假定,使基本构件(弯、拉、压)的正截面强度计算模型,建立起有较明确概念的计算体系。增加了钢筋混凝土构件抗震设计内容。其中包括地震作用下构建和韦点的截面强度设计和保证变形要求的配筋构件,以适应广大地震区建筑的需要。进一步完善了构造要求,如从耐久性角度调整了保护层厚度,从变形角度调整了最小配件率,根据粘结锚固理论于国产钢筋外形,以锚固长度为基础,调整了不同状态下的钢筋锚固、搭接、延伸长度。钢筋混凝土结构设计规范将为实现钢筋混凝土结构设计方法体系的目标完成重要的基础工作,使我国钢筋混凝土结构设计水平提高一个新的高度。
  二、混凝土结构科研方式的改进
  首先要提倡研究的原创性科研的精髓在于其原创性,探索未知领域的研究成果必须具有新意。不能苛求新的思维尽善尽美,应采取宽容态度允许其逐渐完善。减少无原创性的重复研究,更应杜绝抄袭行为或各种窃取公有知识而垄断专利、标准的不正当行为。其次要减少盲目的低水平重复。再就是加强基础理论研究,应充分意识到这种可能造成的长期不利影响。应重视基础理论研究,并及时给予充分的经费和人力支持。还要提高工程应用研究水平、提倡深入浅出的成果表达、提倡学术争鸣和讨论。
  三、混凝土结构加固技术
  混凝土结构加固技术的研究与应用在我国作为一个新兴的学科领域得以迅速发展仅仅是近十年来的事。混凝土加固技术是结构进行监测、评价、维修、加固或改造等技术的总称,包括结构检测技术、结构可靠评估技术和加固方法等方面的内容。本文将着重研究混凝土结构的加固技术方面的问题。我国先后编制适合于混凝土结构加固的相关的标准和规范,这些专业的加固标准和规范初步形成了混凝土结构加固领域的标准体系,对我国该领域的发展和各种最新科研成果的推广应用起到了积极作用。混凝土结构加固技术还存在很多问题,但是经过十几年的快速发展已经初步形成了规模体系,很多混凝土结构加固技术经过了大量的深入研究和工程的实践应用,证明了其加固的安全性和使用性。现阶段混凝土结构加固技术主要是针对结构的承载能力和耐久性的加固处理,已经比较成熟的提高低强度混凝土结构构件承载能力加固的基本方法主要有增大截面法、粘碳纤维和钢板法、外包钢法、置换混凝土加固法等。
  四、混凝土结构设计安全度于规范
  对于混凝土结构设计规范中的安全度设置水平,最早源于从事高强混凝土结构科研和推广应用工作。由于现行建筑结构设计规范业已采用了可靠度设计理论,其在规范中的计算表达形式又于安全系数方法相似,在实用上姑且将它理解为安全系数也并无不可。至于尚未使用的规范宜适当放慢“统一”步伐,实在难以使用的更不宜通过行政手段去统一。可靠度理论还在发展,这方面的学术讨论希望能够深入开展下去。提高结构的安全性能需要从结构选型、结构构造、结构布置、材料选择等多个方面做出努力,以加强结构的整体性、延性和耐久性,提高其抵御不测之灾和防止倒塌、特别是抵抗连续倒塌的能力。也许基于概念设计的这些措施,对于增进结构安全更为有效且更符合经济节约的原则。
  我国钢筋混凝土结构设计规范经历了三个不同的发展阶段。
  (一)引进规范的早期应用
  旧中国的钢筋混凝土结构设计未有本国自己的设计规范。那时,结构设计方法均属容许应力设计发。解放后,我国在一穷二白的基础上展开了大规模经济建设。在当时的条件和环境下,在结构设计上直接采用苏联的钢筋混凝土结构设计规范。
  (二)规范自主化的最初探索
  早于1961年原建工部和原国家建委就已着手组织编制我国钢筋混凝土结构设计规范,由于起步晚,缺乏自己基础资料和必要的科研工作,这本规范的设计方法仍只能在苏联55年规范的基础上做少量修改和对名词术语做必要推敲。但这次实践,对我国钢筋混凝土结构设计规范的发展是十分有益的,迈出了重要的一步。
  (三)结构理论及规范的逐步完善
  提高水平,形成体系的阶段。完善的钢筋混凝土结构设计方法和规范体系的形成,从根本上讲依赖于钢筋混凝土结构科学术技的发展,是把各种环境条件于钢筋混凝土的性能关系以及实践经验上升到规律性认识的过程,这就需要扎实的、系统的科研工作。中国建筑科学研究院结构所连续组织了三批钢筋混凝土规范科研课题。通过这三批科研课题,使建国以来长期处于薄弱或空白状态的最大面广的工程技术问题,得到了解或初步解决,获得了一大批珍贵的关系到工程结构设计合理性于可靠性的基础数据,大大提高了我国钢筋混凝土结构设计理论水平,同时也增强了引进与消化国外先进设计方法的能力。
  五、混凝土结构的发展方向
  (一)试验研究将未来的发展的一个支撑
  半个多世纪以来,我国混凝土结构理论及规范标准经历了从无到有,逐步发展完善的历程。随着我国大规模基本建设的发展以及经济增长模式的转变,各类大型复杂、功能特殊的结构越来越多,同时还面临着大量低安全度的既有建筑和结构耐久性、抗灾性等问题。因此规范将不断修订,为修订规范而进行的实验研究也将持续进行,从而混凝土结构理论也将得到发展。
  (二)结构试验方向的调整
  传统以单一构件进行的实验研究,结论有很大的局限性,难以反映由这些构件组成体系的真正受力状态及规律,若以结构组成或结构体系的方式进行试验,则可更真实地反映其受力状态;构件间的连接构造是传统实验研究中比较薄弱的环节,且对结构安全有着重要的影响,应加强这方面的研究;加强结构抗灾性能的实验研究,提高实验研究的分析水平,要提倡先分析后试验,多分析少试验。基本假定应有可靠的依据,机理分析应深入透彻,应充分利用已有的试验资料;应用非线性有限元及概率统计等手段,提高试验和分析水平;通过试验研究开发约束混凝土的巨大潜力,具有实际工程意义。
  六、结语
  混凝土结构加固技术的研究与应用在我国作为一个新兴的学科领域得以迅速发展,随着该领域技术应用和研究工作的深入发展,我国先后编制适合于混凝土结构加固的相关的标准和规范,这些专业的加固标准和初步形成了混凝土结构加固领域的标准体系,对我国该领域的发展和各种最新科研成果的推广应用起到了积极作用,大大促进了我国在该领域的发展。我国混凝土结构理论及规范从无到有,逐渐丰富和完善,完全依靠独立自主的科研试及工程实践积累。目前我国大规模基建极需结构理论及标准规范的持续发展,转变科研形式,调整研究方向极为重要。
  参考文献:
  【1】GBJ21—66钢筋混凝土结构设计规范【S】
  【2】中国建筑科学研究院,《混凝土结构设计》规范修订(报批稿)【R】。北京:中国建筑科学研究院,2010.
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