混凝土結構安全性問題的探討
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摘要: 混凝土結構安全性問題取決于設計、施工及日常的維修等人為因素, 以及自然災害等自然因素。提高結構設計安全設置水準, 完善結構耐久性設計標準, 加強使用階段的安全檢測等手段是提高混凝土結構安全性的有效途徑與方法。
關鍵詞: 混凝土; 結構; 安全性; 耐久性 1 緒論
混凝土結構的安全性就是結構及其構件在外力作用下防止破壞、倒塌, 保護人員和設備不受損傷的能力。一個時期以來, 由于混凝土結構安全質量事故頻繁發(fā)生, 混凝土結構的安全性問題倍受社會和政府關注。分析混凝土結構的安全性現(xiàn)狀, 尋求存在的問題、差距和根源, 探索解決的途徑、方法和對策, 并為修訂或制定有關技術政策提供建議,已成為解決混凝土結構安全性問題的當務之急。
2 混凝土結構安全事故及其原因
混凝土結構安全性取決于設計、施工和使用過程中的正常維修和保養(yǎng), 也與工程技術人員和管理人員的技術水平和業(yè)務素質相關聯(lián)。設計、施工取決于工程的法律、法規(guī)、規(guī)范所規(guī)定的安全設置水準, 設計安全系數(shù)偏低, 施工質量差, 混凝土結構的承載能力和結構整體牢固性先天不足, 就會為混凝土結構發(fā)生安全事故埋下隱患; 如果養(yǎng)護維修不及時, 結構安全性也得不到保證。在我國, 由于設計、施工以及維修保養(yǎng)等原因造成的安全事故時有發(fā)生。此外, 由于自然災害造成的安全事故的頻繁發(fā)生, 給國家、人民生命財產(chǎn)造成巨大損失。究其原因主要有以下幾個方面:
( 1) 現(xiàn)行技術標準存在差異, 安全系數(shù)設置水平偏低 按照我國現(xiàn)行結構設計規(guī)范所采用的可靠度設計方法, 結構安全性的可靠度定義為“規(guī)定”荷載作用下的強度保證率, 既不反映不同設計規(guī)范在荷載標準值上存在很大差異, 也不體現(xiàn)結構整體上的差別。而設計規(guī)范中的結構可靠度只是對結構的構件而言, 構件的安全性很大程度取決于荷載的取值, 設計時安全系數(shù)設置水平與荷載系數(shù)取值有關。據(jù)有關資料, 我國規(guī)范中的動荷載安全系數(shù)比美、英等國家規(guī)范低14%～21%, 比歐洲規(guī)范低7%;靜載安全系數(shù)比美、英等國低17%, 比歐洲低13%;在強度安全系數(shù)方面, 我國規(guī)范的混凝土強度安全系數(shù)比歐美低15%, 鋼材強度安全系數(shù)低6%。這樣一來, 按我國規(guī)范設計的柱子假設動載和靜載比為1: 2, 由于荷載和材料方面的影響, 其承載能力較美、英規(guī)范設計的柱子的承載能力低35%, 較歐洲低28%; 梁板的安全系數(shù)比美英低24%, 比歐洲低18%。
( 2) 設計、施工等人為錯誤或差錯
由于設計差錯或錯誤造成的結構安全事故主要是因為結構或構件沒有足夠的承載能力, 導致結構開裂和結構坍塌。但絕大多數(shù)人為錯誤或差錯并非主觀故意, 出現(xiàn)設計差錯或錯誤往往都是因為設計人員素質不高、設計能力差、調查研究不細致、基礎資料不全、設計參數(shù)的選取不合理、計算能力差、缺乏設計經(jīng)驗; 其次是由于行政干預、長官意志、缺乏合理的設計周期; 再次, 勘測設計的全過程監(jiān)理尚未全面展開, 即使有勘察設計監(jiān)理, 也是流于形式, 把關不嚴。 混凝土結構安全事故相當一部分是由于施工質量差造成的。在我國現(xiàn)行工程項目建設招投標管理體制下, 或多或少存在高資質中標、低能力施工的現(xiàn)象, 工程層層轉包, 施工材料以次充好, 偷工減料, 為工程質量埋下重大隱患。同時, 施工管理水平低下, 從業(yè)人員素質較低, 也是當今我國建筑行業(yè)中的一個突出問題。正因為如此, 人為的差錯難以被及時發(fā)現(xiàn)和有效消除, 從而最終釀成安全事故。
( 3) 火災、爆炸事故
火災和爆炸可能導致災難性的后果。2001年發(fā)生的震驚全國的石家莊爆炸, 造成整棟房屋所有單元連續(xù)倒塌; 衡陽113特大火災事故, 造成衡陽大廈倒塌和重大人員傷亡。這些都是由于混凝土結構遭火災后, 混凝土的抗壓強度和鋼筋抗拉強度降低,導致結構的承載能力降低。特別是爆炸, 瞬間巨大沖擊力遠遠超過結構的極限承載能力, 造成結構瞬間破壞。
( 4) 自然災害 自然災害指的是地震、滑坡、泥石流、颶風、洪水等不可抗力的自然現(xiàn)象, 一旦發(fā)生會造成災難性的破壞。據(jù)調查統(tǒng)計, 全球自然災害導致結構倒塌的數(shù)量相當驚人, 造成的損失不可估量。1976年的唐山7.8級的大地震, 80%的建筑物倒塌或遭到毀滅性的破壞; 今年夏天的云娜號臺風襲擊浙江溫嶺,造成數(shù)億元的經(jīng)濟損失, 以及重慶、四川省東部地區(qū)特大暴雨, 造成大量的房屋和交通設施的破壞等等。
但是要完全避免自然災害對結構的破壞是不現(xiàn)實, 也是不可能的。隨著經(jīng)濟的發(fā)展、國力的增強、社會財富的增加和科學技術的進步, 人們應增強防患意識, 提高對災害的預測水平和結構抗災能力, 并以此做為改進結構安全質量的重點。 ( 5) 缺乏較為完整的法規(guī)和標準體系及管理機制 在我國, 工程建設和使用在管理上缺乏立法約束, 重視項目建設, 輕視使用過程中的日常維修、保養(yǎng); 重視建設資金的投入, 忽視保養(yǎng)維修基金設置。在結構的保養(yǎng)維修方面缺乏強制性措施, 一些結構由于保養(yǎng)不及時或長年失修造成結構損傷, 最終導致結構破壞。其次, 設計、施工、保養(yǎng)及維修技術不配套, 過于依賴技術規(guī)范的作用, 缺乏指南、工法等較為具體詳盡的技術標準。再次是對規(guī)范的錯位認識與管理, 局限于現(xiàn)有的標準、規(guī)范, 缺乏創(chuàng)新性,對規(guī)范、標準的修訂不及時, 不能與時俱進。 3 改善混凝土結構安全性的主要方法與途徑
3.1 提高混凝土結構安全系數(shù)的設置標準提高結構安全系數(shù)的設置標準無疑有利于提高結構安全性, 但建設成本會增加。合理設置安全系數(shù)既有利于提高結構整體牢固性, 又能適應目前政府或企業(yè)的經(jīng)濟承受能力。因此, 我們應從客觀實際出發(fā), 審視安全系數(shù)設置標準, 著力提高結構抗擊突發(fā)事件的能力, 提高抗震、設防等級, 增強結構整體牢固性。對重要部位、重點場所, 重點設置安全系數(shù)。設計荷載等級和結構、構件的承載能力有必要儲備, 并結合長遠考慮荷載等級和使用功能的可能變化。
3.2 完善結構耐久性設計標準 結構耐久性是指結構、構件所處的各種作用維持使用功能的能力, 耐久性問題也是長期以來被各國結構工程師十分關注的問題。在我國, 由于長期處于短缺經(jīng)濟和計劃經(jīng)濟歷史條件的影響, 現(xiàn)行的設計規(guī)范和施工規(guī)范主要局限于荷載作用下結構、構件的安全性問題, 對于結構、構件在長期使用過程中由于環(huán)境作用導致材料性能劣化的影響, 被置于比較次要或從屬地位, 這主要是因為對耐久性認識不足, 環(huán)境作用下結構耐久性問題比較復雜, 存在很多不確定性, 不象結構安全性通過加載試驗可以確定, 而耐久性只有通過預測、估計。但隨著工程實踐和工程技術人員的理論研究, 已有可能使對耐久性的預測、估計接近實際。
3.3 加強施工過程中工程質量的監(jiān)管 工程質量的優(yōu)劣直接關系到結構的安全性能和耐久性能, 因此, 加強施工過程中工程質量的監(jiān)管是有效遏制結構安全事故的重要手段。政府和企業(yè)( 業(yè)主) 應本著對國家、對社會、對人民負責的態(tài)度, 認真履行監(jiān)管的職能; 施工單位要嚴格按照《中華人民共和國產(chǎn)品質量法》施工, 使工程能經(jīng)得起歷史的檢驗、社會的檢驗和用戶的檢驗; 社會監(jiān)理要認真履行監(jiān)理職責, 把好過程關, 禁止存在質量隱患的產(chǎn)品投入使用。
3.4 制定科學合理的項目建設工期
科學合理的項目建設工期是保證工程質量的前提和基礎, 然而在一些具體的項目建設中, 存在人為的行政干預、長官意志、盲目追求工期、進度的現(xiàn)象, 特別是一些政績工程, 有大干快上的“大躍進”之風, 缺乏合理工期, 為結構安全性和耐久性埋下了隱患。應在科學發(fā)展觀的指導下, 以科學的態(tài)度、科學的思維方式、科學的組織行為制定科學合理的建設工期, 為結構構件安全性和耐久性創(chuàng)造前提條件。
3.5 強化使用過程中的安全檢測結構、構件的安全性與設計、施工和使用過程中的保養(yǎng)、維修相關, 也與工程技術人員和管理人員的水平和素質相關聯(lián)。在我國, 結構工程施工中技術水平和人員素質相對較差, 安全系數(shù)的設置較低, 質量保證體系和質量保證制度尚不完善, 政府的監(jiān)督職能沒有真正發(fā)揮, 有些項目交付使用時存在質量缺陷, 因此有必要加強結構、構件在使用過程中的安全檢測。 通過有效的安全檢測, 可以及時發(fā)現(xiàn)問題, 采取整改措施, 避免事故的發(fā)生, 把安全事故的發(fā)生率降低到最小限度, 從而達到預防為主的目的。要結合結構、構件的使用情況編制安全檢測計劃, 配備檢測儀器, 安排檢測經(jīng)費, 對一些重點的結構、構件要進行強制性檢測。 3.6 提高結構材料的耐久性提高結構材料的耐久性是提高結構、構件使用年限的有效途徑。近年來, 隨著結構耐久性問題的實踐和理論研究, 控制水泥和粗骨料的使用, 推廣引氣混凝土, 開發(fā)耐銹蝕的鋼筋以及海砂混凝土的控制和利用, 積極推廣應用耐久性能高的人工合成的高分子材料, 使結構耐久性得到很大程度地提高。 4 幾點建議 結構設計中, 結構的安全性和耐久性在荷載取值標準上要縮小與發(fā)達國家間的差距, 而且除了提高相應的安全儲備外, 更為重要的是加強工程的抗災、減災能力。
工程結構在使用過程中, 檢測、保養(yǎng)和維修應足夠重視, 更有必要建立使用過程中安全檢測制度, 并制定相應的標準?；A設施和公共場所建設投資上, 既要重視建設, 也要重視維修, 要加大維修資金的投入。同時積極推廣耐久性材料的使用, 推廣應用高性能混凝土。
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[3] 中國工程院士土木水利與建筑學部工程結構安全性與耐久性研究咨詢項目組.混凝土結構耐久性設計與施工指南[R].中國建筑工業(yè)出版社, 2004.
收稿日期: 2006- 02- 27
作者簡介: 李付林( 1976.1- ) , 男, 山東單縣人, 單縣水務局助
理工程師, 主要從事農(nóng)田水利工程施工和管理工作。 |
| 原作者： 李付林 曹廣占 龔景毅 |
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