变形失调裂损机理

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1、第7章变形失调裂损机理教学提示：虽然引起结构裂缝的具体原因很多，但是总的原因就是结构变形失调。当前结构裂缝现象很普遍、也很严重，并没有随安全水准的提高而有所缓解，原因就是没有很好地解决变形协调问题。必须倍加关注。教学要求：要求学生通过这一章的学习，对各种各样的结构裂缝现象能够识别，同时对新规范(GB50010—2002、GB50011—2002)提出的关于结构设计必须同时满足力学平衡、变形协调、本构关系合理三个条件的精神加深理解。长期以来，从事结构设计的工程师们毕生的精力，可以说全部耗在了寻求结构体系的力学平衡这件工作上。

2、可是从近年来的工程实践中发现：在结构体系越来越复杂，结构计算技术越来越先进，计算成果越来越精细，结构计算中对力学平衡条件的遵守越来越严格认真的情况下，结构裂缝现象却越来越多，问题越来越严重，原因究竟何在？人们处在迷惘中。新规范(GB50010—2002)率先提出了结构设计必须同时满足力学平衡条件、变形协调条件、本构关系合理条件三个条件的新要求。这是一种新思路和新观念。但是关于如何满足变形协调条件，这一规范还没有提出更多的具体措施。这就是要在这里对结构变形失调裂损机理进行专门讨论的重要原因。7.1传统的结构设计方法与异常的结

3、构裂缝现象自19世纪英国皇家土木工程学会的第一部土木建筑设计规范问世以来，人们在工程设计中莫不以经典的材料力学和结构力学理论为基础，严格遵守力学平衡的准则进行结构设计。不论是早年的砖木结构、后来的砖混结构、近期的钢筋混凝土结构、钢结构，还是时尚的塑纤结构与薄膜结构，都无例外。长期的工程实践已经证明，只要严格遵守了力学平衡条件，就已足够确保结构安全。随着经济的发达，技术的进步，结构计算技术从手工作业到电子计算机的高速运算，电算程序精且专，控制理论高且深，计算结果准而全。加上建筑材料品质的不断改进，施工技术水平的不断提高，工程

4、质量水平也理应与时俱进，步步高升。可是实际情况竟与之相反，暴露的问题越来越多。尤其是在钢筋混凝土结构中，裂缝现象还异常严重。7.1.1国外情况据报导，自从波特兰水泥问世、钢筋混凝土结构盛行以来，直至第二次世界大战结束的一个多世纪中，钢筋混凝土结构的服务质量一直是令人满意的。除了地基因素引起的坍塌事故外，可以说在全世界范围内并没有报导过什么特大的结构裂损事故。自第二次世界大战摧毁了大半个世界，钢筋混凝土结构在全世界范围内铺天盖地兴起后，不仅水泥品种·54·工程事故分析与工程安全增多、质量有了大幅度提高，设计技术和施工水平都在

5、突飞猛进，向前发展。可是结构裂缝现象也在以惊人的速度向前发展。值得关注的是在美国，由于没有受到战争摧毁，至今尚保存大量的战前土木、水利、建筑工程。人们竟发现，当这些“老年工程”尚在安全服役时，却有大量新建工程裂损严重。国家大量建设资金都被迫为维修加固工作所占用。新建项目投资一般只占国家工程费用总支出的1/3左右，而维修加固费用几乎要耗费国家工程费用总支出的2/3，说明了问题的严重性。欧洲的英、法、德等国的情况也大致如此。7.1.2国内情况国内情况也并不例外，上了年纪的人都有一个深刻的印象：新中国成立初期，如果在新建工程上发

6、现了几条裸眼能够辨认的裂缝，必然引起震惊，要被严肃查处。随着时代的推进，经济的发展，技术的进步，结构裂缝现象倒已成了常有的事。号称一类建筑、重要工程的大会堂、大教学楼也不例外。某一栋教学楼竟出现800条以上裂缝，某一个小学校的校区工程建筑物竟有裂缝9000条以上，不能不说已到了相当严重的程度。问题是随着规范的修订，设计安全水准的提高，结构裂缝现象并未得到遏制，反而有逆向严重发展的趋势，不能不令人深思。7.2本构关系的合理化与结构裂缝现象的严重性促使组成结构体系的建筑材料、结构构件的内在本构关系合理化，应该是提高结构质量水平

7、的基本保证。随着高强度、高质量钢材的生产与供应，高强度高性能混凝土的开发与应用，可以说，在结构体系本构关系合理化方面已经有了坚实的基础。高强高质钢筋和高强高性能混凝土的微观构造和细部结构组配合理，材质均匀，比如钢材的晶体结构，混凝土的颗粒级配，钢筋与混凝土之间的粗细、稀密搭配，都是结构体系本构关系合理化的前提条件。再加上构件之间的合理搭配，节点上的合理构造，就构成了完整的合理的本构关系。在这些方面，近年来人们已作了很大的努力，对减少结构构件裂缝的产生，本应该起到成效。可是事与愿违，结构裂缝现象却越来越严重，越普遍。甚至有人

8、对高强钢筋、高性能混凝土的推广应用产生了疑虑，究竟原因何在？值得深入研究。7.3医学上的富贵病与工程上的多裂缝症随着经济的发展，人们生活水平的提高，医学上由于营养不良引起的瘦弱病已逐渐被营养过剩所引起的富贵病所代替。工程上出现的多裂症也与此有些类似。7.3.1医学上的富贵病高血糖、高血脂、高血压、心脏病