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詳解結構延性破壞與脆性破壞方式
RSS 打印 復制鏈接 發布時間:2019-04-30 16:57:09

結構與構件的破壞方式的確定是在結構設計之初就要明確的問題,延性破壞顯然是工程師們的首選。
所謂延性破壞是指材料、構件或結構具有在破壞前發生較大變形并保持其承載力的能力,宏觀表現上為撓度、傾斜、裂縫等明顯破壞先兆的破壞模式,更為重要的是,盡管出現明顯的破壞征兆,但延性材料或結構仍然能夠保持其承載力。

延性破壞的這種性能對于建筑物是十分重要的,其真正的意義在于以下幾方面:

首先,破壞先兆與示警作用——歷史上發生的重特大建筑事故大多屬于脆性破壞,如果建筑物在破壞之前的明顯征兆可以提醒人們及時撤離現場或進行補救。完全不能破壞的材料是不存在的,因此材料在破壞之前的示警作用對于建筑物來講就十分重要了。

其次,延性材料或結構的延性不僅僅要體現在變形上,還要體現在破壞延遲上,即在承載力不降低或不明顯降低的前提下,產生較大的明顯的變形,即發生屈服。這種破壞的延遲效應可以為逃生或者建筑物的修補提供寶貴的時間。

第三,正是由于延性材料與結構所產生的變形能力,因此對于動荷載的作用,可以體現出良好的工作性能,這對于結構的抗震是十分關鍵的。在地震的作用下,結構所發生的宏觀與微觀的變形,都會儲存大量的能量,避免發生破壞。
相反,脆性是與延性相對應的破壞性質,脆性材料或構件、結構在破壞前幾乎沒變形能力,在宏觀上則表現為突然性的斷裂、失穩或坍塌等。
應注意的問題是,雖然有些脆性材料可能具有較高的強度,采用脆性材料或構件、結構可能存在較大的承載力,但因沒有破壞征兆或破壞征兆不明顯,采用時宜多加慎重。

在結構設計時實現延性與防止脆性的方法其實并不復雜,一般遵循以下原則:

其一,要盡可能采用延性材料為建筑結構材料,鋼材是很好的延性材料,以往鋼結構多用于高層、大跨度建筑、承擔動荷載建筑中,隨著科學技術的發展,鋼結構住宅也已經開始逐步推廣。

其二,對于脆性材料,可以采用延性材料改善其不良的性能,是指具有延性材料的破壞特征。最為明顯的例子是鋼筋混凝土、勁性混凝土與鋼管混凝土的應用。實踐證明,經由鋼材改良后,混凝土作為脆性材料,也可以在建筑中大量使用,并且體現出很好的延性。尤其是鋼管混凝土,由于鋼管的約束作用,混凝土在高應力作用下,甚至可以發生塑流,體現出塑性。

其三,在結構中避免出現細長結構桿件、薄壁構件,以防止失穩的發生。失穩破壞是由于尺度關系造成的破壞形式,一般與材料關系不大。采用延性材料的結構并不一定是延性結構,失穩就是特例。由于失穩問題,使得很多輕質高強的材料在使用時稍有不慎,就會發生意外。調查表明,鋼結構建筑由于自身材料受力屈服的破壞是很少的,多是由于失穩造成的。

其四,對于不能夠簡單的依靠延性材料進行改良的脆性材料,使用時應該慎重。使用比較多的脆性材料是磚石材料,經過長期的工程實踐,磚石結構的適用范圍、結構模式都是比較確定的。選用磚石作為結構材料時,不宜采用新型結構形式,同時應該注意增大脆性材料的安全系數,要偏于安全使用材料。

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