文章编号:1000-6869(2007)01-0007-07
混凝土结构耐久性设计方法与寿命预测研究进展
金伟良,吕清芳,赵羽习,干伟忠
(浙江大学结构工程研究所,浙江杭州310027)
摘要:由混凝土结构耐久性定义入手,首先评述现有的混凝土结构耐久性设计方法,提出耐久性设计的发展应结合结构全生命周期成本(SLCC)的理念;其次总结了结构耐久性的评估和寿命预测方法的研究现状,认为耐久性的评估与寿命预测需要研究确立反映结构使用寿命的耐久性指标,并建立基于动态评估方法的寿命评估体系;最后提出上述方面发展领域尚待解决的一些基本问题,包括:界定给定环境和使用要求下的混凝土结构耐久性失效极限状态;确定表征材料与结构耐久特征的指标与参数;建立耐久性动态检测数据分析理论等。关键词:混凝土结构;耐久性;结构全生命周期成本(S LCC);综述中图分类号:TU375 文献标识码:A
Research progress on the durability design and life prediction
of concrete structures
JI N Weiliang,L B Qingfang,ZHAO Yuxi,GAN Weizhong
(Department of Civil Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China)
Abstract:This paper starts with the definition of concrete -struc tural durability.Then it presents that durability design method should be combined with the theory of Structural Life -Cycle C ost(SLC C)based on the survey of the recent durability design theories.Moreover,the current situation of evaluation and life prediction of durable concre te structures are summarized,which makes it necessary to determine a durability index reflecting service life and a dynamic life -assessment https://www.doczj.com/doc/8a1383454.html,st,several basic problems in this domain are brought forth,including definition of durability limit state for c oncrete structures under given environmental condition and usage require ment,determination of inde xes and parameters representing the durability characters of materials as well as structures and establishment of theory for analysis of durability dynamic detection data.Keywords:concrete structure;durability;structural life -cycle cost(SLCC);summary
基金项目:国家自然科学基金重点项目/氯盐侵蚀环境的混凝
土结构耐久性设计与评估基础理论研究0(50538070)
资助。
作者简介:金伟良(1961) ),男,浙江大学结构工程研究所所
长,教授。
收稿日期:2006年8月
0 概述
混凝土结构是目前使用最为广泛的结构形式,由于混凝土结构材料自身和使用环境的特点,使混凝土
结构不可避免地存在耐久性问题。自混凝土结构问世
以来,大量的混凝土结构提前失效大多源于混凝土结构耐久性的不足。当前欧美等发达国家每年用于已有工程的维修费用都已占到当年土建费用总支出的1/2以上。我国在役以混凝土为主体的结构在数量上居于绝对支配地位,混凝土结构耐久性问题更加突出,存在着/南锈北冻0的耐久性破坏特征。5中国腐蚀调查报告6[1]指出,建筑部门的腐蚀年损失约为1000亿人民币,其经济损失以及对社会安定性的冲击力之大不言而喻。
随着我国东部地区经济的持续增长和西部大开发发展战略的实施,我国正以前所未有的巨大投资进行
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第28卷第1期建 筑 结 构 学 报
Vol 128,No 112007年2月
Journal of Building Structures
Feb 12007
着空前规模的基础设施建设,很多投资上亿的混凝土工程正在酝酿、设计或建设之中,这次建设高潮将持续一、二十年。然而,海洋气候等恶劣环境中重大混凝土结构的耐久性问题在理论上尚未完善解决,工程寿命能否达到设计要求,仍是相当严峻的现实问题。这个问题如果不给予足够重视,就会犯下难以弥补的过错,将会严重阻碍我国经济的持续高速发展,给国家和社会造成巨大的经济损失。
在我国大兴土木的同时,潜在的风险也必须被重视:一方面,兴建混凝土工程消耗着大量能源与资源;另一方面,大量的混凝土工程由于耐久性劣化而产生巨额维护费用,提前退出服役的混凝土结构则产生大量的难以回收和处理的建筑垃圾。这些情况都有悖于可持续发展的基本国策。因此,提高混凝土结构的耐久性,延长混凝土结构的寿命,是个不容回避、必须高度重视的问题。
正因为混凝土结构耐久性问题的重要性,近年来世界各国都越来越重视研究混凝土结构的耐久性,众多的研究者从环境、材料、构件和结构等不同层面展开了研究,取得了系列研究成果,其中以材料层面的成果最为显著[2-10],构件层面也积累了较多的试验、测试和理论研究的成果[11-31]。
由于影响混凝土结构耐久性的因素众多,作用机理复杂,就目前所取得的研究成果而言,要真正运用于实际工程,实现混凝土结构全生命周期耐久性设计和寿命预测的要求,还有一定距离。下面将介绍混凝土结构层面耐久性研究的研究进展和发展趋势。
1混凝土结构耐久性定义
混凝土结构耐久性是指混凝土结构及其构件在可预见的工作环境及材料内部因素的作用下,在预期的使用年限内抵抗大气影响、化学侵蚀和其他劣化过程,而不需要花费大量资金维修,也能保持其安全性和适用性的功能[43]。
这个混凝土结构耐久性的定义实际上包含了三个基本要素[32]:(1)环境:结构处于某一特定环境(包括自然环境、使用环境)中,并受其侵蚀作用;(2)功能:结构的耐久性是一个结构多种功能(安全性、适用性等)与使用时间相关联的多维函数;(3)经济:结构在正常使用过程(即设计要求的自然物理剩余寿命)中不需要大修。定义中的工作环境及材料内部因素的作用指的是物理或化学作用,根据结构工作环境情况、破损机理、形态以及国内各行业传统经验,可将混凝土结构的工作环境分成6大类[33]:1大气环境;o土壤环境;?海洋环境;?受环境水影响的环境;?化学物质侵蚀环境;?特殊工作环境。同时,结构耐久性是结构的综合性能,既涉及结构的承载能力、又涉及结构的正常使用以及维修等,反映了结构性能随时间的变化,这样就不可简单地把耐久性归入为承载能力状态或正常使用状态[4-5,9]。而耐久性的经济性则体现在以较小的维修成本达到维持混凝土结构基本功能的要求,若业主要求延长结构使用寿命时则需适当的维修成本就可达到其目的。
混凝土结构产生耐久性失效,是指由于在环境作用下,混凝土或钢筋的材料物理、化学性质及几何尺寸的变化,继而引起混凝土构件外观变化,不能满足正常使用的要求,导致承载能力退化,最终影响整个结构的安全。因此,混凝土结构的耐久性失效应考虑以下几个方面[32]:(1)结构外观或表面破损已不能满足正常使用或美学要求;(2)钢筋锈蚀或结构破损已导致结构承载力下降到不能允许的程度;(3)对结构进一步维修在技术上或经济上已经不可行。
应当看到:混凝土结构耐久性的失效过程包含在混凝土结构的建造、使用和老化的结构全生命过程,以及与结构全生命过程相对应的结构设计、施工和维护的各个环节。
2混凝土结构耐久性设计
在混凝土结构耐久性研究过程中,混凝土结构耐久性设计的思想也不断地被尝试引入结构设计和工程实践中,1989年欧洲出版了5CEB耐久混凝土结构设计指南6[34],1990年日本发布了5混凝土结构耐久性设计建议6[35],国际材料与结构研究实验联合会(RILE M)于1990年出版了5混凝土结构的耐久性设计6[36],欧盟在2000年出版了5混凝土结构耐久性设计指南6[37]等等。我国在总结国内外研究成果的基础上,2000年颁布了交通部行业标准5海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范6(JTJ275)2000)[38],2004年中国土木工程学会编制了5混凝土结构耐久性设计与施工指南6(CCES01)2004)[39],交通部行业标准5公路
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工程混凝土结构防腐蚀技术规范6也即将发布,5混凝土结构耐久性评定标准6和5混凝土结构耐久性设计规范6已完成了起草工作。它们的问世对改善我国混凝土结构耐久性研究及其工程应用状况将起到积极的作用,也为混凝土结构的耐久性设计和延长工作寿命明确了方向。然而,这些规定仍然局限于环境分类和材料方面的要求,在结构材料和结构构造方面间接地反映了结构设计对耐久性和使用年限的要求,并且无法实现对混凝土结构耐久性的设计目标的量化规定。对于某些重要基础工程,欲确保100年(或120年)的使用年限,尚缺乏普遍认可的基于可靠度分析并以混凝土耐久性作为设计指标的设计理论。
目前混凝土结构耐久性设计方法基本可分成两大类。第一类首先源于欧洲5CEB耐久混凝土结构设计指南6[34],如国内的5海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范6(JTJ275)2000)[38]、5混凝土结构耐久性设计与施工指南6(C CES01)2004)[39]等。这类方法首先按业主的意愿和经济实力确定结构的设计使用年限;再按结构的工作环境确定腐蚀等级;进而建立在设计使用年限内结构抵抗环境作用能力大于环境对结构作用效应的耐久性极限方程(如日本土木工程学会提出的指数评分法、ISO因子法、验算法等);最后利用极限状态法对耐久性极限状态进行验算。耐久性设计的极限状态主要按适用性的要求确定,常以有害介质侵蚀到钢筋表面或混凝土保护层胀裂作为为耐久性极限状态。这些方法主要控制混凝土材料常规指标、组成和保护层厚度,具体为强度等级、水胶比、胶凝材用量、原材料选择、矿物掺和料、外加剂等。同时,要求在实验室条件下按照标准试验方法确定耐久性指标,如抗冻等级、扩散系数等。这类方法解决了耐久性构造要求和施工技术要求,细化了环境类别及其作用等级,提出了不同使用年限的不同要求。
然而,这类方法体现的主要是材料层面的研究成果,显然不能直接参与结构使用寿命的预测计算模型;且这种计算方法与现行规范采用的以近似概率为基础的设计方法不一致,不易为广大设计人员所接受。
第二类方法主要通过理论或经验的计算模型进行使用寿命预测,认为混凝土结构耐久性设计应包括计算和验算部分,以及构造要求部分。基于这种观念,有学者[40]提出以下的设计理念
S[G R 其中,S为内力设计值,R为结构构件抗力设计值,G 为耐久性设计系数,它是结构可靠指标的函数,G= f[B(t)]。这种设计方法形式简单,耐久性含义明确,且与我国现行5混凝土结构设计规范6(GB50010) 2002)[41]采用的极限状态设计方法相一致,较能够为技术人员所接受与掌握。但耐久性系数公式中的可靠度指标变化规律的分析方法需要对实际结构抗力衰减规律进行实测统计,才能进一步找出抗力随机衰减过程分析模型。由于每个地区抗力衰减规律难以统计,并且即使是同一地区,由于使用环境不同,其抗力衰减规律也有所不同。因此,耐久性设计系数的计算不易实现。
我国5混凝土结构设计规范6(GB50010)2002)[41]也涉及了耐久性方面的规定,但混凝土结构设计仍以考虑荷载作用下的结构安全性为主,而对混凝土结构在长期使用过程中由于环境因素所引起的材料性能劣化的影响考虑很少;对于混凝土工程的经济性,主要考虑的是结构建设时期的初期投入费用,而未考虑由于耐久性不足出现劣化现象而产生大量的追加维护费用,以及提前退出服役的混凝土结构产生大量的建筑垃圾回收和处理的后续费用等。
因此,基于可持续发展的基本国策,本文认为应在混凝土结构设计中引入全生命周期成本的理念,综合考虑混凝土结构工程在全生命周期中各种外界和内部因素的影响,以及由此引起混凝土结构使用性能和维护成本的变化,研究基于结构全生命周期成本(Structural Life-C ycle Cost,简称SLCC)的混凝土结构耐久性设计基础理论,并提出相应的设计方法。这对于完善混凝土结构耐久性理论体系及其工程应用,都有着重要意义,也是混凝土结构耐久性设计的必然发展趋势。
3混凝土结构耐久性评估与寿命预测方法
在环境腐蚀介质的作用下,由于混凝土结构的性能不断劣化,结构的实际使用寿命往往要短于设计使用寿命。如何根据结构检测或监测结果对在役混凝土结构进行性能评估,并据此推测其剩余使用寿命,一直是土木工程学科非常关注的热点问题。
就混凝土结构耐久性评估方法而言,国内外学者
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已开展了大量的工作。王晓刚[42]提出用于混凝土结构耐久性评估的模糊综合评估法,这一方法充分反映了各种因素关联性和随机性的特点,所得结果较为可信。卢木等[43]还提供了一套钢筋混凝土结构耐久性的评估方法,能够客观地分析和处理现场检测数据,有助于评估者选择合适的评估指标,从而得到结构的性能状况及剩余寿命评价。日本清水株式会社研究所给出了一种对建筑物综合评价的方法,该方法通过三次调查进行综合评价,最大程度地降低了人为因素的影响,结构严密,条理清楚,已在日本得到广泛采用[44]。1993年ACI committee364的5修复前混凝土结构的评估指南6[45],详细阐述了混凝土结构评估的细节步骤。Sabnis等[46]结合工程实际建立了一种结构分级评估系统,该系统采用标准化表格形式,应用方便。王铁成[47]讨论了开裂特征值与混凝土强度、裂缝宽度的关系,为钢筋混凝土结构损伤几何形态及耐久性的定量评价提供了新的解析手段。邸小坛等[33]依据混凝土裂缝宽度对钢筋混凝土结构耐久性影响的模糊特性,建立了裂缝宽度隶属耐久性失效的隶属函数,提出了结构耐久性失效的模糊概率计算方法,并建议了结构耐久性状态的划分标准。除裂缝外,有研究综合考虑了钢筋锈蚀、冻融循环、碱-骨料反应等因素长时间作用使结构呈劣化的趋势,并引入可靠度理论进行综合性评估[48]。也有不少学者利用模糊理论对混凝土结构进行综合的耐久性评估[49-51]。
综上所述,目前混凝土结构耐久性评估方法主要可以分为三类:(1)根据结构检测和监测结果,由有经验的技术人员作出评估,这就是所谓的传统经验法;
(2)随着基础科学和计算机学科的发展,借助于模糊数学、神经网络等人工智能手段的综合评估方法;(3)基于可靠度理论的混凝土结构耐久性评估法。
关于混凝土结构耐久性寿命预测的研究,目前的主要理论包括三大类:(1)钢筋脱钝寿命理论[52-54],这种理论以侵蚀介质侵入到钢筋表面引起钢筋脱钝作为混凝土结构耐久性失效的极限状态,以此来预测结构构件的寿命;(2)混凝土开裂寿命理论[55-57],这种理论以钢筋锈蚀引起钢筋表面混凝土出现裂缝作为失效准则,预测结构构件的寿命;(3)抗力寿命理论[58-61],这种理论将抗力作为时变随机变量,将荷载视为随机变量或随机过程,分析抗力衰减的结构可靠度,通过可靠度指标变化函数来预测结构构件的寿命。
由于工程实际问题的复杂性,混凝土结构耐久性评估和寿命预测中会遇到大量随机的、模糊的以及不完善的信息,而且许多信息是不定性的,难以将其定量化,这种信息不确定性的分析还处于初级阶段,尚无较为合理的混凝土结构耐久性评估模式。因而在实际工程应用中,仍然是以经验判断为基础,以运用层次分析法来进行混凝土结构的耐久性评估为多。目前这些寿命预测方法基本停留在单环境因素作用下混凝土构件的评估与寿命预测,并不能真正实现混凝土结构耐久性全过程的性能评估与寿命预测。随着混凝土结构耐久性理论的深入研究,有学者[32,62]在总结前人工作的基础上,提出了基于全生命周期的混凝土结构耐久性评估的概念。
为了能尽量准确地对在役混凝土结构进行寿命预测,本文认为完善以下两方面研究工作至关重要:(1)结构的使用寿命是材料本质特征的反映,必须寻找耐久性指标,建立其与混凝土的密实度、孔结构等表征混凝土内部结构的特征参量以及钢筋锈蚀速度、锈蚀量等之间的关系。(2)对已存在耐久性问题的在役混凝土结构,须建立混凝土结构动态评估体系,实现根据不断积累的检/监测耐久性指标数据,对混凝土结构进行动态评估,建立寿命预测模型。根据现行行业标准,目前我国对在役混凝土结构耐久性的评估,主要依据试验室快速试验获取的参数以及现场同条件构件破损试验结果,并依赖有经验的技术人员对结构进行现场检测,综合作出评价提出处理意见,同时间接推测结构的剩余使用寿命。由于该评估方法的数据有限、间断,且无动态反馈,因此依据这些不完备信息对混凝土结构进行评估是不准确的,在此基础上建立的基于各种数学模型的结构剩余寿命预报精度更是难以期望。因此,对于在役混凝土结构,提出基于不断积累的检/监测数据的动态评估方法,并据此建立混凝土结构耐久性寿命评估体系,是一项非常重要和有意义的工作。
同时,由于实际预测混凝土结构使用寿命较现行的结构耐久性评估方法复杂得多,现有的标准不足以给出结构使用寿命的合适信息。因此需要建立新的标准体系,新的评估标准应具有通用性,且应包括环境特性的描述、耐久性指标的确定、耐久性检/监测方法、耐久性动态评估方法、材料寿命预测及结构寿命预测结果的报告等。
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4 混凝土耐久性结构层面研究的关键问题
根据上述混凝土结构耐久性层面研究内容的总结,认为混凝土结构层面尚缺乏以下几方面的基础理论研究:(1)界定一定环境和使用要求下的混凝土结构耐久性失效极限状态;(2)确定表征材料与结构耐久特征的指标与参数;(3)建立耐久性动态检测数据分析理论。
图1 混凝土结构耐久性特征时间与结构可靠指标的关系
Fig 11 The relation of the concrete -structural durability
eigen -time and structural reliability index
确定耐久性极限状态是混凝土结构耐久性设计和寿命预测的关键问题,目前尚无定论。按照混凝土材料和构件的劣化过程,依次可以选择不同的劣化状态作为耐久性极限状态,如图1中所示的特征时间t 0,t 1,t 2和t 3等。特征时间的确定不仅与结构的耐久性性能指标有关,而且与结构的安全适用可靠指标有关。
已有研究成果[33,37,39-40,42,52-59]
表明:各个特征时间的确定并不是绝对的。与此相应的耐久性失效极限状态既可能是正常使用和外观美学的要求,也有可能是结构安全性的要求。从混凝土结构安全储备的角度出
发,很多学术观点推荐将t 0和t 1对应的极限状态作为耐久性失效极限状态;也有学者提出结构寿命极限可以取其可靠指标B 值下降到某一水平时所需要的时间,对应于时间t 2和t 3。为了建立基于性能的混凝土结构全生命耐久性设计理论和寿命预测体系,必须首先确定不同环境和使用条件下耐久性失效极限状态。混凝土结构耐久性设计和寿命预测必须要通过混凝土结构耐久性参数的表达来实现。目前通常是将混凝土保护层厚度和氯离子渗透系数作为表征混凝土结构耐久能力的参数,事实上,这两个参数仅能表征0~t 0阶段(钢筋锈蚀诱导阶段)混凝土结构的耐久性;由于钢筋锈蚀而导致结构劣化阶段(钢筋锈蚀发展阶段t 0~t 3)的耐久性参数目前尚未见诸报道。而结构劣化阶段耐久参数的确定与合理表征对混凝土结构耐久性设计和寿命预测至关重要,必须要重点研究和明确表达。
寿命预测的准确性还依赖于合理的耐久性检测与评估方法。科学的检测与评估应该在混凝土结构中埋入耐久性传感器,动态地、长期地获取混凝土结构的耐久性发展情况和混凝土结构原体耐久性关键参数的信息反馈;根据在时间轴上不断积累的监测和检测数据,对混凝土结构进行动态评估,并在此基础上建立结构寿命预测模型。要实现这个目标,首先必须建立混凝土结构耐久性健康监测与检测完善的理论与实用的方法,这样科研和工程技术人员不但可以在某一时刻对混凝土结构耐久性状况进行检测与分析,还同时可以通过健康监测体系实现对混凝土结构耐久性参数的实时观测与分析。健康监测是一个近年来兴起的新兴研究领域,混凝土结构耐久性监测的理论和方法并不成熟。目前,在德国、丹麦和日本等发达国家已经开始研究和应用混凝土耐久性监测理论和技术[63]
,而我国尚无研究全面监测混凝土结构耐久性能的报道。因此,为了达到在役混凝土结构的耐久性动态评估和剩余寿命预测的目标,建立混凝土结构耐久性健康监测与检测理论与实用方法非常必要。
5 结束语
我国目前已处于土建工程新建和维修并存的时期,面临的耐久性问题是发达国家20~30年前曾经遇
到过的问题,发达国家为此已经付出了巨大代价。为
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了避免重蹈覆辙,对混凝土结构耐久性进行深入系统的研究,解决混凝土结构耐久性设计、评估和寿命预测中的关键问题,完善混凝土结构耐久性设计、评估和寿命预测方法是我国科研工作者的迫切任务。
本文分析了混凝土结构耐久性设计、评估和寿命预测的研究现状,并就该研究领域的发展方向提出了一些观点。同时,提出了在混凝土结构耐久性设计、评估和寿命预测中尚存在的一些基本问题,包括:(1)如何界定给定环境和使用要求下的混凝土结构耐久性失效极限状态;(2)如何确定表征材料与结构耐久特征的指标与参数;(3)如何建立耐久性动态检测数据分析理论。这些问题亟待广大从事混凝土结构耐久性研究的学者和科技人员共同研究,以早日建立基于SLCC理念的耐久性设计理论体系和混凝土结构的耐久性动态评估与寿命预测体系。这对于完善混凝土结构耐久性研究体系,以及将混凝土结构耐久性研究成果运用到实际工程都有重大意义。
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基于耐久性的建筑工程结构设计分析 发表时间：2016-12-01T17:13:17.893Z 来源：《基层建设》2015年第35期作者：卢俊坤 [导读] 摘要：近年来我国社会经济飞速发展，建筑行业也取得了很快发展，这对建筑的耐久性提出了更高的要求。本文主要分析了建筑工程结构耐久性设计的重要性，针对目前建筑工程结构耐久性设计中的主要问题提出了几点的建筑工程耐久性设计技术。 广东省建筑设计研究院广东广州 510010 摘要：近年来我国社会经济飞速发展，建筑行业也取得了很快发展，这对建筑的耐久性提出了更高的要求。本文主要分析了建筑工程结构耐久性设计的重要性，针对目前建筑工程结构耐久性设计中的主要问题提出了几点的建筑工程耐久性设计技术。 关键词：建筑工程；耐久性；结构设计 建筑结构耐久性是现代建筑工程设计的重要内容，也是建筑安全设计的重点内容，建筑结构耐久性直接和建筑功能结构设计、工程材料以及环境等各方面因素密切相关。下面笔者主要基于耐久性的角度分析了建筑工程结构设计要点。 1.建筑工程结构耐久性设计的重要性 我国基础工程建设目前得到了飞速发展，在很大程度上带动了建筑工程行业的发展，工程结构设计技术也有了很大提高。然而，一直以来建筑结构耐久性设计都是其中的重难点内容。当前主要的建筑结构形式是混凝土结构，而且多数人认为混凝土是稳定性、耐久性比较好的建筑材料，然而通过相关的研究显示，混凝土建筑结构在相应的应用环境下极易出现早期失效现象，甚至有的建筑结构应用20-30年后就容易出现稳定性急速下降的现象。近年来很多建筑安全事故都是由于建筑结构早期失效导致的，因此现代建筑工程设计中应该充分重视建筑结构耐久性设计，不断提高建筑结构耐久性设计水平。 2.目前建筑工程结构耐久性设计中的主要问题 现阶段建筑结构耐久性设计的时候，由于没有全面、深入的认识，在实际设计工作中常常会通过经验式方法来补强结构，并没有建立一种系统性的耐久性设计体系，这样很容易导致耐久性建筑工程结构设计中出现以下几点问题：①建筑结构耐久性设计制度、设计规范以及设计标准等有待进一步完善，尚未形成一个可靠、完善、全面的技术体系，虽然针对抗氧离子、混凝土配合比以及结构保护层厚度等容易实现的指标提出了相应要求，然而并未系统性分析混凝土碳化以及钢筋锈蚀等情况。②影响耐久性的相关因素并未得到全面分析，进行建筑结构设计的过程中，并未强调实际的工艺问题以及结构设计细节的影响。③建筑工程结构设计的过程中并没有全面、正确的认识耐久性设计，这样会导致构件截面厚度相对较小、保护层厚度不足、混凝土强度等级降低以及钢筋直径偏小等诸多问题，这样会对建筑工程结构的稳定性、耐久性造成很大的影响。 3.建筑工程结构耐久性设计技术要点 3.1混凝土耐久性的设计及原则 在混凝土结构应用中，其周围的环境能明显的致使混凝土的结构材料的性能发生变化，并且随着使用时间的延长而劣化，所以混凝土的结构耐久性设计是其结构设计中必不可少的重要内容。在进行混凝土耐久性设计方面，设计人员首先要明确这个结构耐久性的目标是什么，也就是预期设计中的使用寿命是多少，然后要清楚耐久性的失效标准是什么。关于结构的预期设计使用寿命情况，我国新修订的《建筑结构设计统一标准》已经明确把结构设计的使用年限划分为4 类（见表1）。 表1 设计使用年限分类 3.2防冻融设计 根据相关研究表明，建筑工程混凝土结构有早期破坏问题主要是由于冻融循环应力所致，这也是评价和衡量建筑混凝土结构设计耐久性的重要指标之一。混凝土实现水化硬结后，混凝土的内部会出现很多毛细孔，在混凝土浇筑的过程中添加的水量往往会多于水泥水化所需水量，从而增强混凝土的和易性。混凝土毛细孔中残留的水处于低温环境中会快速结冰，而且当温度反复、持续变化的时候会使毛细孔中的水分发生体积上的变化，进而破坏混凝土内部毛细孔体积，进而破坏整个混凝土结构。因此，为了有效控制混凝土循环冻融作用，一定要采用相应的混凝土结构设计措施，从而有效增强建筑结构的耐久性。建筑工程结构设计的过程中，一定要选择合理的水泥品种，从而有效提高混凝土抗冻融性能，混凝土适用于0℃左右的低温环境下，比如盐水泥、早强硅酸盐水泥等可以充分、合理的利用自身早期化热强度高、水化热比较大等特点尽可能减少混凝土毛细孔内残留水分。而且制作混凝土的过程中可以将水灰比适当降低，进而加大水泥比重，提高混凝土化热量。 3.3建筑功能结构耐久性设计技术 从某种意义上而言，建筑使用功能结构设计会对整体建筑结构稳定性造成很大影响，因此建筑结构设计的时候，为了有效提高建筑结构耐久性，非常有必要进行科学、合理的功能结构设计。建筑工程结构设计的时候应该做出以下工作： ①科学合理地设置水分侵袭结构。比如防结露、防潮、放水等技术构造，主要是指室内外高差台阶、防水层、踢脚、檐口、腰线、天沟、室内外高差台阶、雨水口、地漏、防潮层以及雨水口等，确保建筑结构都可以处在一种相对干燥的环境。②防止高温、低温的建筑结构措施设置。比如，防火墙、屋面隔热层、墙体保温层以及防火区等技术都可在一定程度上提高建筑结构的耐久性。③有效控制建筑结构裂缝节点构造以及变形缝。具体包括墙体连接位置结构、沉降缝、温度缝以及防震缝等。 3.4钢筋防锈蚀设计 一旦建筑混凝土出现硬化后很容易生成氢氧化钙，这种物质带有碱性性质，这样会导致混凝土孔隙残留水分也带有强碱性质，而且钢
建筑结构设计不规则性问题的分析董良 发表时间：2018-06-15T09:59:12.437Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第1期作者：董良[导读] 建筑结构不规则性就是指在建筑工程之中，由于受到平面布局、水平或者垂直受力影响。 山东文孚建筑设计有限公司山东济南 250000 摘要：伴随着我国现代化建筑行业的不断发展,同时其结构空间也得到不断进步,然而在对建筑结构进行设计过程中,不仅只是简单的进行对称的设计,已经开始进行不规则结构设计,针对不规则设计而言,在很多方法依然存在一些问题,并且对建筑结构也存在不良影响。对此在本文中笔者将从建筑结构设计不规则性分类出发，从而提出以下解决建筑结构设计不规则性问题措施，希望能够满足建筑结构稳定性要 求。 关键词：建筑结构设计；不规则性；问题 建筑结构不规则性就是指在建筑工程之中，由于受到平面布局、水平或者垂直受力影响，从而导致建筑结构不规则，这对于建筑结构质量或者稳定性造成了严重的影响，因此在今后的建筑结构设计过程中，必须要加强建筑结构设计不规则性问题研究，从而为建筑企业创造更高的经济效益，推动我国建筑行业稳固发展。 1 建筑结构设计不规则性分类 在建筑结构设计中,对于建筑结构的不规则性问题必须采取合理的计算方法以及计算参数,不断优化设计方案,同时加大对于建筑结构的重点部位以及薄弱部位的分析,从而保证不规则结构设计具有合理性,最大程度的提高不规则建筑的安全性以及稳定性。 在进行建筑结构设计时，所表现出的不规则性主要分为两种，即平面结构不规则与竖向结构不规则，首先平面结合不规则是最常见的一种建筑结构设计不规则表现，具体而言主要体现在以下三个方面，①不规则扭转，在对不规则扭转进行判断时，设计者可以从建筑物的弹性水平位移进行判断。②不规则凹凸，在进行建筑结构设计时，设计者可以从建筑物的投影方向以及投影尺寸去进行对凹凸值进行判断，并且在这个过程中要求建筑结构中凹进去的一侧不能小于30％，这样可以防止建筑出现变形。③局部楼板不连续性，关于不连续判断可以从建筑物结构的平面刚度变化或者楼面面积出发。其次是竖向结构不规则，体现在以下四个方面，①不规则倾向刚度，在设计过程中要求不规则设计刚度值要小于70％，并且建筑物本身与周边建筑物的平均刚度值控制在80％以内。②竖向抗侧力构建不连续性，建筑物的竖向结构，抗侧力构建应该注重从水平方向到垂直方向的传递。③楼层承载能力不均匀，这要求设计人员楼层受力程度应该低于80％。④楼层质量不均匀性，也就是和下一层相比，应该高出上一层的1.5倍。 2 解决建筑结构设计不规则性问题措施 2.1 减少偏心距 有数据显示建筑结构之所以会出现扭转与建筑物偏心距有着绝对的关系，并且两种之间呈线性函数关系，因此在进行建筑结构设计时，为了防止出现扭转现象，提升建筑物结构设计规则性，在进行建筑结构设计时，就必须要不断的减少偏心距，这样才能通过线性函数调节，从而使整体的建筑结构更加的平均分布，而减少偏心距的方法有很多种，如通过详细的数据计算，从而对主体结构以及平面空间分布进行调整，并且在设计图纸之中，将建筑结构的重量核心与刚度中心位置进行标注，除此之外，在进行偏心距调节时，还可以采用数据分析的方式，从而对建筑结构刚度进行重新分布，这样可以对核心较远的抗侧力进行调整。 2.2 提高建筑结构抗扭承载力 在进行建筑结构设计时，会受到很多的因素影响，这些因素造成了建筑结构的不规则性转变，因此在进行建筑结构设计时提高建筑结构抗扭承载力就显得越发重要[2]。对此美国IBC规范曾经做出一个这样的调查，其发现在进行建筑结构设计时，每增加一个计算扭矩，地震扭矩也就是质心与刚心不重合时，就会与附加扭矩等比例放大，并且当位移小于等于1.2时，放大系数就会等于1，而当位移大于1.2时，位移系数也会大于1，由此可以看出，在附加扭矩不断增大的过程中，抗承载能力也会不断增加，而这会增加偏心距，而通过上述文章介绍也可以发现，偏心距是导致建筑结构设计不规则的主要原因，因此提高建筑结构抗扭承载力，是可以解决建筑结构设计不规则性问题的有效措施。 2.3 提高建筑物抗震性能 在进行建筑物结构设计时，可以分为主体设计与基础设计两个部分，其中主体设计是建筑结构设计的重点内容，而在进行建筑物主体设计时，绝对不能忽视建筑物边缘构件的设计内容，因此从某个角度分析，建筑结构边缘设计对于建筑结构物的整体质量具有绝对的影响，而通过以往的相关研究中发现，建筑结构抗剪性设计有利于提升建筑边缘结构性能，尤其是当建筑物长期处于非弹性阶段时，当受到地震或者外力作用时，易出现一些偏心问题，从而导致建筑结构出现不规则性，因此在进行建筑结构设计时，能够提升抗震性能，强化建筑物边缘结构设计的抗剪强度，这可以从本质上提升建筑物的抗外力作用，从而发挥出建筑物的弹性作用，满足建筑物规则性要求[3]。 2.4 提高建筑抗侧刚度 在进行建筑结构设计时，提高建筑物的抗侧刚度是有助于解决建筑物结构设计不规则性问题的，并且通过以往的数据调查研究发现，当建筑物主体结构出现扭转效应时，会与自我震动周期出现一个平方值函数关系，利用这种比例关系进行建筑结构设计可以减低建筑结构自我诊断周期，并且消除主体结构的扭转效应，为此在进行建筑结构设计时，应该采用科学的计算调整方法，从而对墙体长度与墙体厚度进行调节，进而使建筑结构刚度远离中心墙体，并且采取边缘装置柱梁的方式，从而对主体结构震动周期进行调整，这样有利于建筑结构刚度值的提升，从而实现改善扭转刚度的目的。 3 总结 在经济建设迅速发展的过程中，建筑行业迅速崛起，在这个过程中对于建筑结构设计要求也在不断的提升，而在进行建筑结构设计过程中，不可避免的会出现一些不规则设计现象，这也为建筑结构设计增添了难度，因此为了能够更好的满足建筑结构合理设计要求，设计人员必须要加大建筑结构设计不规则性问题分析研究，从而不断的提高建筑结构设计的质量，满足建筑结构设计的需求，从而实现建筑结构设计工作的顺利完成，促进建筑行业长远发展。
提高混凝土结构耐久性的技术措施 混凝土结构的设计寿命要求一般为40~50年，有的要求上百年。而现实中，处于腐蚀环境中的混凝土远远达不到设计寿命要求，有的在15~20年就出现了钢筋锈蚀破坏，甚至不足五年就开始修复。此方面的花费是惊人的，已经是一个重大经济问题。因此，提高混凝土结构耐久性的意义是不言而喻的。 提高混凝土结构耐久性措施主要包括两大类：基本措施和补充措施。基本措施的基本内容是：通过仔细设计与施工，最大限度地提高混凝土本身的耐久性，在使用中保持低渗透性，以限制环境侵蚀介质渗透混凝土，从而预防钢筋锈蚀。 ①最大限度地改善混凝土本身性能，是提高混凝土结构耐久性的许多措施中最经济合理的。 （1）结构采用耐久性设计。 （2）提高混凝土保护层厚度和质量。 （3）采用高性能混凝土。 ②补充措施是指：环境侵蚀作用特别严重时，或设计、施工不当，单靠上述基本措施还不能保护混凝土结构必要的耐久性时，需要另外增加的其他防护措施。有以下几方面： （1）采用耐腐蚀钢筋。 （2）对混凝土进行表面处理。 （3）混凝土中掺加阻锈剂。 （4）电化学保护
结构设计 1、结构选型和细部设计 频繁地干温交替会加剧钢筋锈蚀，所以在结构选型和细部设计时，应昼限制混凝土表面、接缝和密封处积水，加强排水，尽量减少受潮和溅湿的表面积。 由于环境侵蚀介质在构件棱角或突出部分可以同时从多方面侵入混凝土，而凹入部分易积存侵蚀介质、应力异常，因此从提高混凝土结构耐久性角度出发，混凝土构件选型应力戒单薄、复杂和多棱角。预计腐蚀破坏严重的构件应便于检测、维护和更换。 2、控制裂缝 不可控制的裂缝包括混凝土塑性收缩、沉降或过载造成的裂缝，常为较宽的裂缝，应针对成因采取措施预防开裂，即使难以预料也应加以引导，使其发生于次要部位或便于处理的位置。 可控制裂缝是靠传统的结构设计知识，按结构几何尺寸与荷载可以合理预防和控制的裂缝。 七、提高海工混凝土耐久性的技术措施 国内外相关科研成果和长期工程实践调研显示，当前较为成熟的提高海洋钢筋混凝土工程耐久性的主要技术措施有： （1）高性能海工混凝土 其技术途径是采用优质混凝土矿物掺和料和新型高效减水剂复合，配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，低缺陷，高密实、高耐久的混凝土材料。高性能海工混凝土较高的抗
桥梁结构设计中的耐久性设计王永超 发表时间：2018-04-02T16:23:41.447Z 来源：《基层建设》2017年第36期作者：王永超 [导读] 摘要：桥梁结构设计中耐久性问题一直以来是桥梁设计人员研究的重点问题，在桥梁设计过程中，采用哪种方式提升桥梁耐久性是非常重要的，结合作者实际，从桥梁安全性耐久性存在的问题以及提高桥梁结构耐久性设计的主要措施进行了分析，希望在分析过后能够给广大设计人员提供一些参考。 唐山市交通勘察设计院有限公司河北唐山 063000 摘要：桥梁结构设计中耐久性问题一直以来是桥梁设计人员研究的重点问题，在桥梁设计过程中，采用哪种方式提升桥梁耐久性是非常重要的，结合作者实际，从桥梁安全性耐久性存在的问题以及提高桥梁结构耐久性设计的主要措施进行了分析，希望在分析过后能够给广大设计人员提供一些参考。 关键词：桥梁；结构设计；耐久性 随着现代经济发展，桥梁建筑有了很大的发展空间，在施工过程中，使用建筑材料问题上，要重视混凝土以及桥梁结构的耐久性，两者在建筑过程中起到重要作用，减少施工问题发生的可能性。在设计前，要掌握各个结构的承载力、根据材料使用过程进行设计。在使用混凝土前，要对各个施工结构的承载力进行控制，根据基本原则进行设计。 1影响桥梁安全性与耐久性的因素分析 1.1环境影响不容忽视 现代建设桥梁过程中，其的施工过程以及施工环境问题与设计内容仍然存在着一定的距离，施工人员必须要重视环境影响问题。混凝土实际施工的抗拉强度只是设计抗拉强度的10%，早期水化热现象以及干缩现象都有较大变化，环境的温度以及湿度在加上日晒雨淋不断的冲击荷载力，导致混凝土的总体结构出现裂缝现象，出现裂缝后，遭到水分子以及氯离子进入到其中，使钢筋面层不断出现纯化现象，直至腐蚀，导致钢筋表面和混凝土之间的胶结力达不到化学标准，钢筋与混凝土在后期施工中无法顺利完成作业。混凝土结构的耐久性遭到破坏的主要原因是因为其构件的强度以及刚度都达不到标准。 1.2 施工和管理水平低 目前，大多数桥梁的安全性以及耐久性都达不到设计标准，其主要原因是因为在施工过程中，施工人员没能按照设计要求进行作业，在管理问题上也存在着很多问题。大部分桥梁的施工质量与规范要求以及设计要求存在着一定的差距，施工材料的强度以及施工技术都达不到规范标准，导致桥梁在短期使用中就出现破坏以及倒塌现象；另外，部分桥梁在施工过程中，管理人员没能做好管理工作，导致偷工减料现象发生，对桥梁的安全问题带来很大影响。 1.3设计理论和结构构造体系不够完善 设计过程中，在桥梁的施工过程以及使用过程的安全问题上设计不够全面。在设计桥梁结构时，应当根据合理的结构方案进行设计，做好整个桥梁结构的分析工作，设计出构件连接过程，并按照规范要求，掌握桥梁的安全系数以及指标，确保整个施工结构达到安全性。 在设计过程中，设计人员不能单只按照规范要求满足结构强度的安全度，应当根据结构的体系以及构造和使用材料、维护和耐久性等问题进行设计，总结出设计过程以及施工过程和使用过程出现的问题，在根据总结出的结果进行改进，加强桥梁稳定性的同时不断提升桥梁结构的安全性。 此外，在施工过程中，个别结构的整体性以及延性达不到标准，导致冗余性小；设计的计算图式与实际受力路线不相符，导致局部的受力超出设计标准；混凝土的强度以及保护层的厚度与钢筋直径和构件戴面都达不到设计要求；导致桥梁结构的耐久性达不到预算要求，无法确保桥梁结构的安全性。大部分桥梁结构达到设计规范要求强度的情况下，无法确保桥梁的耐久性，在使用时间上，达不到预算标准，导致结构的安全问题得不到保障。因此，在设计过程中，设计人员应当加强重视桥梁的结构以及使用的施工材料，提高桥梁结构的耐久性。 2桥梁结构耐久性设计 2.1要满足接混凝土耐久性指标 要想提高桥梁结构的耐久性，就要确保混凝土的耐久性能够达到标准。混凝土的耐久性是由混凝土材料决定的，材料中的水灰比例以及水泥的用量和强度等级与混凝土的耐久性有着密切联系。在设计时，应当围绕《桥规JTG1362》制定的标准进行设计，在施工过程中，根据不同的施工环境制定合理的施工方案，并要自觉遵守设计标准进行作业，控制好水灰比例以及水泥用量、了解强度等级以及大氯离子的含量与碱含量，提升混凝土的耐久性。 2.2 重视钢筋混凝土保护层设计厚度 钢筋的锈蚀程度是由混凝土的碳化决定的。一般情况下，混凝土的保护层一旦出现碳化，会直接影响到钢筋表层的钝化膜，导致钢筋出现锈蚀现象。在施工过程中，首先，要注重钢筋混凝土，应当根据标准增加其保护层的厚度，减少钢筋出现锈蚀的可能性，确保混凝土结构的耐久性。其次，相关管理部门制定钢筋混凝土保护层的厚度范围跟以往实际设计范围不同，两者之间存在着一定的距离。在设计过程中，根据现场实际施工情况增加混凝土保护层的厚度，确保混凝土结构的耐久性。 2.3 做好构造配筋设计，减少混凝土裂缝出现 混凝土一旦出现裂缝，桥梁整体结构会受到一定的损害，混凝土的结构在遇到日晒雨淋影响后容易出现裂缝现象，出现裂缝后，混凝土的渗透性有所提高，侵蚀速度不断提高，增加侵蚀力度，导致混凝土结构的耐久性达不到标准。因此，要想提升混凝土结构的耐久性就必须要预防混凝土出现裂缝现象，在施工过程中，必须要按照规范标准进行作业，并掌握实际施工情况围绕混凝土结构制定合理的施工方案，对混凝土施工过程做好监督工作，减少在使用中出来多数裂缝的可能性。 2.4提高后张法预应力钢筋管道压浆质量 根据了解《混凝土结构耐久性设计与施工指南》具体内容得知，在设计钢筋耐久性过程中，必须要重视预应力钢筋的锈蚀程度，在没有任何提示的情况下，其会直接影响到钢筋的整体结构，应根据实际情况制定合理的施工防护措施。对混凝土结构出现预应力氯盐侵蚀程度以及筋和锚具与连接器等钢材做好防护工作，可以运用环氧或锌对钢材进行涂抹，根据施工进度往密封性能方向制定合理的预应力体系，在施工过程中，不允许出现金属螺旋管，应当运用具有密封性能的塑料波形管进行作业，另外，在施工前，管理人员要对管道灌浆材
1、等效荷载 利用荷载效应相等的原则将复杂荷载等效为均布荷载。针对不同的效应会等效出不同的均布荷载，过分追求计算结果的精度意义不大。实际中主要是确定最不利的荷载效应。根据实际设计要求，效应包括内力(剪力、弯矩)和变形(挠度、裂缝)。计算中等效的结果与结构的跨度直接相关，因此等效的结果的应用位置需注意。相同的复杂荷载对于不同的效应会等效出不同的等效荷载，因此不同的结构构件计算时此效应不能通用。另外计算的等效荷载还与结构的边界条件有直接关系。等效荷载只是一种假象荷载，不能追求等效的精度，以满足结构的计算精度要求为宜。 2、汽车荷载 汽车轮压的等效荷载大小与结构的跨度成反比。规范中的汽车等效荷载为直接作用的楼板的荷载，另外考虑了汽车荷载的动力系数。汽车荷载的动力系数与楼板的覆土厚度直接相关，当结构的覆土厚度大于时，结构的动力系数取。计算梁柱时要考虑活荷载的折减系数。 3、消防车等效荷载计算 (1)、等效荷载的大小与板跨（非柱网）的大小有直接关系。 (2)、等效荷载的大小与覆土厚度有直接关系。 (3)、消防车的作业区域应该是消防车能够到达的任何区域。对消防车经 常出现的场所(主要消防通道、消防中心)，消防车荷载是一种出现频率很高的荷载，此时应该考虑构件的裂缝和挠度，对消防车不经常出现的住宅小区，可不考虑消防车对构件裂缝和挠度的影响。但要是但考虑经常出现的车辆荷载的影响(一般控制首层地面活荷载不小于5KN/m2)。 (4)、地下是外墙的计算中，《全国民用建筑设计技术措施》中规定：地下 室外墙计算时，室外地面荷载取值不小于10kN/m2，汽车通道还应考虑汽车荷载的影响。 4、抗震设防类别 商业建筑《建筑抗震设防分类标准》规定：人流密集的大型的多层商场抗震分类标准应划为重点设防类。其中人流密集和大型的解释为一个区段人流5000人换算成建筑面积17000m2或营业面积7000m2以上的商业建筑。 这里的一个区段考察的是人员的聚集程度，与建筑的功能区分和区段的出口有关，与结构的分缝没有直接关系。高层建筑中，结构单元内经常使用的人数超过8000人，抗震分类标准应划为重点设防类。这里的结构单元也不是以结构缝作为划分，还是应该以建筑功能和区段划分作为依据。 5、地震动参数 多遇地震参数应根据场地安全评价报告和《抗震规范》合理取用，并不应该小于规范数值，设防烈度和罕遇地震参数应该参考规范数值。一个地区的抗震设防烈度是基本固定不变的，而抗震设防的分类标准时可以调整的。根据地区的抗震设防烈度、场地类别和结构的设防类别确定结构的抗震措施和抗震构造措施。抗震措施是除地震作用计算和抗力计算以外的所
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/8a1383454.html, 桥梁结构设计中的耐久性设计 作者：张振华 来源：《科学与技术》2018年第13期 摘要：随着城市规模的不断扩大，城市布局错综复杂，为了是人们的出行更方便，城市中的桥梁建设越来越多，桥梁负荷越来越重，这就使得混凝土结构桥梁的耐久性大大降低。在目前的混凝土结构桥梁设计中还存在不少问题，这些严重影响了桥梁的使用寿命。因此，对混凝土结构桥梁耐久性设计进行研究，就显得十分有必要了。本文对桥梁结构设计中的耐久性设计进行了探讨。 关键词：桥梁结构设计；耐久性设计；措施 耐久性是桥梁工程结构设计的重要内容之一，其会受到设计问題和超载问题等因素影响。所以要保证桥梁工程结构设计整体质量，就应在优选结构设计材料的基础上，重视结构冗余设计和桥梁构造设计，确保可以增强其耐久性。 1桥梁结构耐久性的概念与重要作用 桥梁结构设计过程中必须考虑其结构耐久性，为了更有助于相关设计人员采用有效合理的设计方案来保证桥梁的耐久性要求，首先有必要对结构耐久性加以充分仔细的了解，完全掌握领会其含义要求，所谓结构耐久性，是指结构所具备的在有限的使用寿命和维护措施的前提下，针对外界荷载、环境变化以及材料等因素可能受到的各种力的作用，能够有效抵御恶劣影响的能力，而这种能力，无论对于提升桥梁的安全运行效率、经济营收效益，还是促进社会交通秩序发展、百姓日常出行的便利都具有着无比重要的作用，这不再是某个人或某个企业为追求经济利润所做出的工程业绩，而是国家的公共交通基础设施建设的巨大需要，所以其作用意义是深远的。 2影响桥梁耐久性的因素 2.1结构构造与设计体系存在缺陷 桥梁结构的耐久性设计是桥梁设计领域急需解决的一个重要问题。在实际操作过程中，桥梁工程设计人员很容易只重视桥梁结构强度，用结构强度满足工程安全性的需求，而忽视溺寸过程和施工过程中的人为错误，因为人为错误极易使结构耐久性降低。当桥梁工程计算标准不明确、设计标准较低、混凝土强度较低时，会给结构的耐久性带来一定的影响。与此同时，按照工程的使用条件和使用环境的不同，对体系的设计要求也有所不同。要保证桥梁结构具有较强的可靠性，设计过程中一定要严格依据设计规范进御蜀十，确保设计人员深刻了解桥梁结构的本性，仔细判断设计结构是否真正科学合理日。 2.2设计规范存有不足
桥梁的结构形式和美学发展 随着科学技术的进步，工业水平的提高，桥梁建筑技术得以迅速发展。千里江面上的座座跨江大桥、现代高速公路迂回交叉的立交桥、高架桥和城市高架道路，以及更长的跨海湾、海峡大桥，城郊高速铁路桥与轻轨运输高架桥等，犹如一条条“彩虹”使得天堑变通途，涌现出多种桥梁结构形式。桥梁建成之后，与当地自然环境、人文环境共同构成一处景观，具有时代的特征。 1、桥梁的结构形式 从桥梁的结构体系及其受力特点来看，现代桥梁可划分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、斜拉桥、悬索桥。 1.1梁式桥 梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，故与同样跨径的其他结构体系相比，梁内产生的弯矩最大，通常需用抗弯能力强的材料（钢、木、钢筋混凝土）来建造。目前在公路上应用最广的是预制装配式的钢筋混凝土简支梁桥。这种梁桥的结构简单，施工方便，对地基承载能力的要求也不高，常用跨径在25m以下。当跨度较大时，需要采用预应力混凝土简支梁桥，跨度一般不超过50m。为了达到经济、省料的目的，可根据地质条件等修建悬臂式或连续式的梁桥，对于很大跨径，以及对于承受很大荷载的特大桥
梁，除建造使用高强度材料的预应力混凝土梁桥外，可建造钢桥。 1.2拱式桥 拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。拱在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力，同时，此水平推力将显著抵消荷载所引起的拱圈或拱肋内的弯矩作用。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形要小得多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常就可用抗压能力强的圬工材料（如砖、石、混凝土）和钢筋混凝土等来建造。拱桥的跨越能力很大，在条件许可的情况下，修建拱桥往往是经济合理的。同时应当注意，为了确保拱桥能安全使用，下部结构和地基必须能经受住很大的水平推力的不利作用。 1.3刚架桥 刚架桥的主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连接处具有很大的刚性。在竖向荷载作用下，梁部主要受弯，而在柱脚处也具有水平反力，其受力状态介于梁桥与拱桥之间。当遇到线路立体交叉或需要跨越通航江河时，采用这种桥型能尽量降低线路高程，以改善纵坡并能减少路堤土方量。 1.4悬索桥 传统的悬索桥（又称吊桥）均用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构。在竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，通常就需要在两岸桥台的后方修筑非常巨大的锚碇结构。悬索桥也是具有水平反力（拉力）的结构。现代的悬索桥上，广泛采用高强度的钢丝成股编制的钢缆，以充分发挥其优异的抗拉性能，因此结构自重较轻，能以较小的
中国土木工程学会标准CCES 01－2004 混凝土结构 耐久性设计与施工指南 Guide to Durability Design and Construction of Reinforced Structures 2004年1月
前言 鉴于工程安全性与耐久性对我国当前大规模土建工程建设的重要意义，中国工程院土木水利与建筑学部于2000年提出了一个名为“工程结构安全性与耐久性研究”的咨询项目，旨在联络国内专家，就我国土木和建筑工程结构安全性与耐久性的现状与亟待解决的问题进行探讨，并为政府部门提供技术政策方面的建议。考虑到混凝土结构的耐久性问题最为突出，而现行的设计与施工规范在许多方面又不能保证工程的耐久性需要，所以项目组决定联系各方专家，组织成立编审组，着手编写混凝土结构耐久性设计与施工的指导性技术文件，供工程设计、施工与管理人员使用。与此同时，国家建设部建筑业司和科技司也委托中国土木工程学会与清华大学土木系就建筑物耐久性与使用年限的课题进行研究。这份《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，就是依托上述项目和课题，在国内众多专家的共同参与下编审完成的。环境作用下的混凝土结构劣化机理非常复杂，许多方面还认识不清，而且耐久性问题又具有相当大的不确定性与不确知性。在这种情况下，提出指南这样的指导性技术文件，可能更便于设计、施工人员能够结合工程的具体特点使用。《指南》的初稿、讨论稿和送审稿曾分别在2001年、2002年两次学术会议上和在会后广泛征求过意见并经多次修改。由于时间和认识上的限制，不足之处，有待今后定期补充。 2003年6月，中国土木工程学会报请国家建设部组织领导小组和专家组对指南送审稿进行审查和鉴定，并获得通过；经中国土木工程学会研究认定，本指南作为中国土木工程学会技术标准。 本指南将每年做局部修订补充，并发布于中国土木工程学会网站(https://www.doczj.com/doc/8a1383454.html,)。 对指南在使用过程中发现的问题，请将意见和建议寄：清华大学土木系结构工程实验室（邮编100084，电子信箱Jiegou@https://www.doczj.com/doc/8a1383454.html,）转有关编写人。 指南编审组 2003年
桥梁结构设计问题探讨 摘要：近年来，随着科学技术的发展，桥梁结构设计也得到了相应的发展，但是我国的桥梁设计理论和结构构造体系仍不够完善。本文通过桥梁结构设计中应注意事项，对桥梁结构设计的理论及设计问题进行探讨。 关键词：桥梁结构；设计问题；分析 abstract: in recent years, with the development of science and technology, the bridge structure design also got the corresponding development, but china’’s bridge design theory and structure system is still not perfect. this article through the bridge structure design should note, bridge structure design theory and design issues were discussed. keywords: bridge structure; design problems; analysis 中图分类号：u443文献标识码：a 文章编号： 一、桥梁结构设计现状 目前的桥梁设计中，对于耐久性更多的只是作为一种概念受到关注，既没有明确提出使用年限的要求，也没有进行专门的耐久性设计。这些倾向在一定程度上导致了当前工程事故频发、结构使用性能差、使用寿命短的不良后果，也与国际结构工程界日益重视耐久性、安全性、适用性的趋势相违背，也不符合结构动态和综合经济性的要求。
中国土木工程学会标准CCES 01-2004 混凝土结构耐久性设计与施工指南 一、 《混凝土结构耐久性设计与施工指南》 CCES 01－2004的2005年修订版，已于2005年10月由中国建筑工业出版社正式出版 2005年修订版说明 根据《指南》第一版(CCES 01－2004)使用过程中征集到的意见、建议以及近期获得的新的信息，这一修订版对原有条文作了局部的修改、补充和必要的订正，并以单印本的形式正式发行，取代原先刊载于文集《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（中国建筑工业出版社2004年5月第一版）中的条文。与第一版相比，修订版增添了一些新的条文和附录，篇幅增加近40％。读者如欲继续使用指南第一版中的条文内容，请注意新的修订版中已作出的更改，后者可从以下网站查得： 中国土木工程学会 https://www.doczj.com/doc/8a1383454.html, 2005年9月 二、 《指南》2005年修订版的主要修改内容 持有《指南》第一版的读者如欲继续使用或参考第一版的条文，请注意修订版中已作出的局部修改，其中与第一版有较大区别的，可下载修订版中的如下条文。至于修订版中的增加内容，可参阅新出版的指南，主要有：对于不同环境类别和作用等级下的混凝土原材料品种与用量的范围作了限定；对混凝土养护和钢筋保护层厚度的合格验收要求作了补充；新增了附录C（氯离子侵入混凝土过程的Fick模型）和附录D（后张预应力混凝土体系的耐久性要求）。 1 环境类别与环境作用等级 修订版对环境类别和环境作用等级有个别调整，相关条文如下，与之对应的第一版中条文为3.0.4条。
3.1.1 结构所处的环境按其对钢筋和混凝土材料的不同腐蚀作用机理分为5类（表3.1.1）。 表3.1.1 环境分类 类别 名称 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅴ1Ⅴ2Ⅴ3碳化引起钢筋锈蚀的一般环境 反复冻融引起混凝土冻蚀的环境 海水氯化物引起钢筋锈蚀的近海或海洋环境 除冰盐等其他氯化物引起钢筋锈蚀的环境 其他化学物质引起混凝土腐蚀的环境: 土中和水中的化学腐蚀环境 大气污染环境 盐结晶环境 注：氯化物环境（Ⅲ和Ⅳ）对混凝土材料也有一定腐蚀作用，但主要是引 起钢筋的严重锈蚀。反复冻融（Ⅱ）和其他化学介质（Ⅴ1、Ⅴ2、Ⅴ3） 对混凝土的冻蚀和腐蚀，也会间接促进钢筋锈蚀，有的并能直接引起 钢筋锈蚀，但主要是对混凝土的损伤和破坏。 3.1.2 环境作用按其对配筋（钢筋和预应力筋）混凝土结构侵蚀的严重程度分为6级（表3.1.2）。 表3.1.2 环境作用等级 作用等级 作用程度的定性描述 A B 可忽略 轻度
分析建筑结构设计中的常见问题及其应对措施 发表时间：2016-08-22T13:42:43.237Z 来源：《低碳地产》2015年第11期作者：谷峰云 [导读] 由于市场经济的高速运行，人们的物质生活水平得到了显著的提高。 信阳市水利勘测设计院 【摘要】由于市场经济的高速运行，人们的物质生活水平得到了显著的提高，特别是在工程建筑工作中，针对相关建筑项目的结构设计问题也提出了更深层次的要求。建筑结构设计是一项繁重而又责任重大的工作，直接影响到建筑物的安全、适用、经济和合理性。本文对建筑结构设计的方法进行了分析总结，并详细分析了建筑结构设计中存在的问题，希望相关研究工作可为设计师提供一定的帮助。 【关键词】建筑结构设计；问题；应对措施 1.引言 近年来，社会不断发展前行，人们生活水平日益提高，生活环境也不断改善，建筑工程的规模也在不断攀升，人们对建筑结构质量的要求也越来越高。在建筑的设计中，结构设计是一个关键的环节，也是一项复杂、全面并且系统的工作，需要加强对其的重视，认真分析结构设计中的问题，并采取有针对性的措施来保证结构设计的合理性，保证建筑的整体质量，同时，做到美观、经济和适用。但现阶段，在我国建筑结构设计的过程中仍然存在着诸多的问题，特别是使用最多的框架结构建筑存在许多令人不满意的缺陷。此外，现代化的建筑结构设计理念较之前并没有较大的突破，工程人员只是单纯凭借单一的设计模式来建筑项目构建，在一定程度上极大地限制了建筑项目的设计质量。因此，分析建筑结构设计过程中所出现的问题，探讨其解决方案对保障建筑结构质量、安全等意义重大。 2.建筑结构设计 2.1建筑结构分类 建筑物有各种不同的使用功能要求，建筑结构按照不同的划分标准具有不同的划分形式。建筑结构的分类具体如下：（1）根据建筑物的层数，可以分为单层、多层、高层和超高层建筑；（2）依据建筑物的实际使用性能进行划分：工业建筑与民用建筑；（3）建筑物可以根据其结构形式进行划分：框架结构、排架结构、筒体结构、剪力墙结构等；（4）建筑物根据所使用的结构材料可以分为：砌体结构、木结构、钢结构、混凝土结构和混合结构等。 2.2建筑结构设计的原则 适用、安全、经济、美观、便于施工是进行建筑结构设计的基本原则。建筑物的设计应该从实际出发，在满足建筑物各项功能要求的前提下，必须综合运用有关技术知识，确保结构的坚固、安全。在进行建筑构造设计时，应该改变传统设计师浮夸的设计理念，力求做到建筑物符合用户的实际需求。此外，还要通过科学的设计方案，节省投资方的资金投入。同时，应该适当融合国内外的美学原理，使建筑物具有一定的观赏性。 2.3建筑结构设计 建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础，结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分，主要包括以下四个过程：方案设计→结构分析→构件设计→绘施工图。 3.建筑结构设计中的常见问题 3.1 建筑结构设计中地基设计存在的具体问题 在工程结构的建筑设计工作中，地基和基础的建筑构造通常是工程人员比较关注的工程建设问题，在此基础上由于地基构造是制约工程后期质量的关键要素，所以地基基础建设对提高整体建筑质量具有相当积极的推进作用。建筑结构设计中地基设计所存在的具体问题主要表现在以下两个方面：（1）地基设计过程中忽视了地基沉降的问题：现如今，在建筑地基结构设计的过程中，地基沉降问题很容易被忽略，建筑物地基沉降可以导致建筑物上部结构出现裂痕，更甚者可以导致地基破坏。地基质量一旦出现问题，将严重威胁建筑结构的安全性能，对居民的正常使用造成威胁；（2）建筑结构设计中对地基埋设所进行的设计不够合理：在现实的基础地基设计中高层建筑基础有效埋置深度不足的问题非常普遍，建筑地基作为承受建筑结构物荷载的岩体埋设深度不符合建设标准，将严重影响到地基的有效承载能力，严重威胁了建筑结构的安全性能。 3.2建筑框架结构设计不合理 建筑结构设计不合理主要表现在以下几个方面：（1）在进行结构设计时，只关注横向设计，而忽略了纵向框架设计，影响建筑物的使用性能；（2）框架梁端截面的底层纵向受力钢筋和顶层的纵向受力钢筋配筋量的比值不符合规范要求，这种设计方式不仅影响建筑工程质量，降低建筑物的安全性，更为严重的是，一旦发生地震，很可能会引起房屋倒塌；（3）在建筑结构设计中，承重柱的截面设计高度过小；（4）连梁全长箍筋设计没有按规定的构造方式对两端进行加密处理；（5）连续梁的设计问题，一般在进行建筑结构设计时，往往会把连续梁按照单梁来设计。 3.3建筑上部结构的设计所出现的问题 上部结构设计中所存在的问题主要表现在以下几个方面：（1）现浇混凝土强度等级：现浇框架结构设计时，根据结构中梁、柱、板的受力特性，常常将它们设计为不同的混凝土等级，但是在浇筑一块楼板的四周设置施工缝时，由于混凝土等级不同，造成施工工艺不当；此外，在同一平面内浇筑不同的混凝土既增加了框架结构的施工难度，又会增加施工管理的难度，并且使高强度混凝土浇筑了低强度混凝土区域，既造成了混凝土的浪费，又造成了建筑结构的安全隐患；（2）钢筋混凝土保护层厚度：混凝土保护层的厚度直接影响着混凝土构件的耐久性，如果主梁、楼板、次梁交叉处的钢筋分布不当，使得楼板负筋一侧的保护层厚度不足，影响到整个工程结构的强度、稳定性。 4.建筑结构设计所出现问题的解决措施 4.1地基结构设计优化 在具体的设计过程中设计工作人员应针对施工的具体环境，对天然地基与人工的地基的沉降量进行科学的估算，并在施工过程中对建
中国地质大学研究生院 硕士研究生入学考试《地下建筑工程设计与施工》考试大纲 试卷结构： （一）内容比例 地下建筑工程设计约40% 地下建筑施工约60% （二）题型比例 名词解释约20% 简答（述）题约40% 论述题约40% 考试内容与要求： 地下建筑工程设计 一、地下建筑结构基本概念 考试内容 地下建筑结构的定义地下建筑结构体系的组成地下建筑工程的特点地下支护结构的类型地下建筑物的用途地下建筑结构的功能与要求 考试要求 1.理解地下建筑结构的定义。 2.了解地下建筑结构体系的组成。 3.理解地下建筑工程的特点。 4.掌握地下支护结构的类型。 5.了解地下建筑物的用途，了解地下建筑结构的功能与要求。 二、地下洞室围岩稳定性分析 考试内容 围岩初始应力场的组成、变化规律和影响因素确定初始应力值的原则和经验围岩应力重分布的计算各类结构围岩的变形特点围岩位移计算理论围岩破坏区范围及塑性松动圈半径的确定方法围岩压力概念围岩压力的计算围岩岩体破坏类型与特征分析围岩失稳分析方法影响围岩稳定的因素支护作用 考试要求 1.理解围岩初始应力场的组成、变化规律和影响因素，了解确定初始应力值的原则和经验。 2.理解围岩重分布应力计算方法，掌握圆形洞室重分布应力的特征，会分析各种形状地下洞室的应力集中特征，掌握圆形洞室弹性和塑性状态下应力变化图，理解应力集中系
数概念。 3.掌握各类结构围岩的变形特点。 4.了解围岩位移计算理论。 5.了解围岩破坏区范围及塑性松动圈半径的确定方法。 6.掌握围岩压力概念，掌握围岩压力的计算理论，掌握围岩特征曲线、支护特征曲线的基本概念，并理解支护与围岩间的平衡关系。 7.掌握围岩岩体破坏类型，理解岩体破坏特征。 8.理解围岩失稳分析的基本步骤，掌握影响围岩稳定的因素与支护作用。 三、地下建筑结构设计方法 考试内容 地下建筑结构计算理论的发展历史地下建筑结构的设计内容常用的地下建筑结构设计方法力学分析法工程类比法新奥法思想与信息化设计法解析计算设计方法不连续面分析方法 考试要求 1.了解地下建筑结构计算理论的发展发展阶段及各阶段的基本特征。 2.了解地下建筑结构的设计内容。 3.了解常用的地下建筑结构设计方法。 4.理解力学分析法的基本思路和步骤。 5.理解工程类比法基本思路。 6.掌握新奥法的基本思想，了解新奥法设计的程序，掌握信息化设计基本原理，了解其基本流程。 7.了解解析计算设计方法基本思路。 8.理解关键块理论的基本原理和方法。 四、围岩分级与初期支护结构设计 考试内容 围岩分级概念“Q”系统围岩分级法与经验设计岩体RSR分级与经验设计 RMR法分级与经验设计我国公路隧道围岩分级方法岩体锚喷支护理论分析法设计软岩锚喷支护结构设计方法 考试要求 1.了解围岩分级概念，了解围岩分级的发展阶段及各阶段的基本特征。 2.了解“Q”系统围岩分级法的原理与特点。 3.掌握采用“Q”系统围岩分级法进行地下建筑结构设计经验设计的基本思路和步骤。了解常用的地下建筑结构设计方法。 4.了解RSR围岩分级法的原理，了解荷载和锚喷支护参数的确定原则。 5.了解RMR围岩分级法的原理，了解锚喷支护参数的确定原则。 6.了解我国公路隧道围岩分级的基本原理，了解锚喷支护参数的确定原则。 7.掌握初期支护结构设计的三种方法及其特点。 8.了解锚喷支护理论分析设计法的基本原理和方法 9.了解采用支护剪切锥理论进行锚喷支护设计的基本原理和方法 五、隧道衬砌结构计算 考试内容
精心整理 作为特殊桥梁结构设计负责人的几点心得与感受 （转载） 近年来，铁路建设项目数量不断增多，技术难度不断加大，项目负责人在生产组织和技术管理面临巨大挑战。以下是我担任项目负责人（直接参与结构设计）以来的一些心得与感受，借此机会与大家交流、沟通，希望能够达到相互学习、共同提高的目的。 统一II 建立目 现阶段在建或拟建的铁路线很多，每当拿到一个任务，工期都比较紧张，保证工期就成了控制因素中的硬性指标，所以作为项目负责人就要比较准确的估计工作量，确定人员需求。 项目工作量的大小与设计阶段、工期长短、结构形式、难易程度等有关。比如2008年作京沪连续梁施工图设计，由于计算量大，画图量大，工期又紧张，需要的人员自然就很多，其中32+48+32m 无砟连续梁分支架现浇和挂篮悬浇两套，根据轨道板类型又分为Ⅰ型板和Ⅱ型板两种，这一种跨度
就要出四套图；其他跨度正线连续梁还有45+70+70+45m、32+48+48+32m、36.45+53+53+36.45m等也都在开展设计，那段时间几乎全室都在忙这个项目。 又比如今年的松花江特大桥主桥（包括桥墩设计）方案设计、初步设计以及鉴修，结构计算、画结构概图、全桥图以及联系效果图公司作效果图，这个项目主要是我一个人在作，虽然桥式结构复杂，比选方案多，但由于不是施工图设计，重点是在工程数量估算和桥式方案的可行性上，许多细节构造现阶段都不用详细计算和画图，可以施工图设计阶段时再研究，所以能精简人员就尽量精简，毕竟现在施工图太多，人力资源非常紧张。 韵律感。的公路斜拉桥。尽量做到“ 拱连续梁、刚性悬索连续钢桁结合梁等多种桥式方案，通过从实用性、经济性、景观性、施工方法等多方面的比选，最终确定了变高系杆拱加劲变截面连续梁。 上面叙述的是方案设计阶段的主要过程，当设计阶段进行到施工图阶段时，所要做的工作就需要详细繁杂的多了，为了设计工作有条不紊的进行，首先规划设计思路、想到可能遇到的技术难点及关键技术节点，然后充分利用现有技术资源，有目的性、针对性的查阅国内外相关资料，做到心中有数，为施工图做好前期工作准备。 以跨度125m正交异性桥面系简支钢桁梁为例，技术难点在于该桥位于R＝700m的曲线线路，采用曲梁直做时，由于曲线半径较小造成的桁宽较宽、内外侧弦杆不对称的空间受力行为、正交异