結(jié)構(gòu)模型破壞實(shí)驗(yàn)

史長(zhǎng)瑩++郜迪

摘 要：結(jié)構(gòu)模型破壞試驗(yàn)的目的是研究結(jié)構(gòu)本身的極限承載能力或安全度。結(jié)構(gòu)模型破壞實(shí)驗(yàn)還要研究結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)以及其破壞的發(fā)生及發(fā)展過(guò)程，主要是找到結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，從而對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，使它的各部分材料都能最大限度的發(fā)揮作用，達(dá)到即經(jīng)濟(jì)又安全的目的。

關(guān)鍵詞：破壞試驗(yàn)；安全系數(shù)；破壞荷載；設(shè)計(jì)荷載；彈性階段

中圖分類號(hào)：TU756.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2016）12-0057-01

進(jìn)行破壞試驗(yàn)的重要目的之一就是研究結(jié)構(gòu)物的實(shí)際安全度，通常所指出的安全系數(shù)。對(duì)于結(jié)構(gòu)物安全度或安全系數(shù)的理解，按結(jié)構(gòu)物的破壞原因，存在著兩種不同的概念。第一種結(jié)構(gòu)安全度的概念認(rèn)為，由于一些原因，作用于壩上外荷載超過(guò)了設(shè)計(jì)外荷載，因而使混凝土壩遭到破壞。使結(jié)構(gòu)物遭到破壞時(shí)的外荷載與設(shè)計(jì)荷載之比，即為結(jié)構(gòu)物的安全系數(shù)K。通常在模型上進(jìn)行這種試驗(yàn)的方法是，壩體自重不變，逐漸增加壩體上游面加液體的容重或水頭，直至模型破壞為止。

第二種結(jié)構(gòu)安全度的概念認(rèn)為，作用于結(jié)構(gòu)上的外荷載超過(guò)設(shè)計(jì)荷載的機(jī)率是比較小的。比較可能的情況是，由于混凝土的不均勻或施工質(zhì)量不好等等原因，指使壩體混凝土的實(shí)際號(hào)低于設(shè)計(jì)號(hào)，因而壩體在受荷載時(shí)遭到破壞。

且比較兩式，其形式是相似的，但卻有著不同的含義，前者是超載安全系數(shù)，后者是強(qiáng)度安全系數(shù)。欲在模型試驗(yàn)中獲得強(qiáng)度安全系數(shù)，需在荷載不變的情況下，不斷降低模型材料強(qiáng)度直至破壞，但這樣做實(shí)際上是很困難的，通常的做法是在模型上將水荷載及自重以相同的比例逐漸增加直至模型破壞為止，此時(shí)破壞荷載與設(shè)計(jì)荷載之比，即為強(qiáng)度安全系數(shù)。上述的強(qiáng)度安全系數(shù)，從物理概念來(lái)說(shuō)是比較清楚的，但由于它加載麻煩，故目前機(jī)構(gòu)模的破壞試驗(yàn)，大多數(shù)還是采用超載安全系數(shù)的試驗(yàn)方法。一般來(lái)說(shuō)，在數(shù)值上超載安全系數(shù)小于強(qiáng)度安全系數(shù)。為反應(yīng)超載后的結(jié)構(gòu)破壞程度及破壞過(guò)程，有時(shí)還將安全度分兩個(gè)階段來(lái)表達(dá)，前者代表結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)裂縫時(shí)安全系數(shù)，稱初裂安全系數(shù)，或第一超載安全系數(shù)，后者代表結(jié)構(gòu)完全喪失承載能力時(shí)的安全系數(shù)，稱潰壩安全系數(shù)或第二超載安全系數(shù)。

1 模型材料

對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的破壞試驗(yàn)，其模型材料的物理力學(xué)特性須與混凝土相似。目前常用的模型材料有混凝土、水泥浮石混合料、石膏混合料等類型。用物理力學(xué)特性與原材料相同。但因混凝土強(qiáng)度及彈模均較高，故需施加較大的集中力來(lái)模擬混凝土自重。在較小的模型中，混凝土中的粗骨料亦會(huì)影響到模型材料的均勻性，因而通常將骨料的最大粒徑限制在較小的范圍內(nèi)，各級(jí)骨料粒徑也相應(yīng)縮小。

2 模擬加荷載

結(jié)構(gòu)模型破壞試驗(yàn)的荷載，通常不是固定在某一數(shù)值，而是逐漸加大直至模型破壞為止，因此荷載要求是可變的。施加荷載的設(shè)備與常規(guī)彈性應(yīng)力模型試驗(yàn)相似，即可采用液壓、氣壓或油壓千斤頂組。為了安全起見，破壞試驗(yàn)不用水銀加荷載，大都采用千斤頂組。自重必須先施加或與水荷載同時(shí)施加，不能采用各自加荷載然后將成果疊加的方法，因?yàn)槠茐脑囼?yàn)時(shí)材料已超過(guò)彈性階段。且對(duì)重力式擋水結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，未加自重就施加水壓，結(jié)構(gòu)將會(huì)很快遭到破壞，這種破壞條件不反映實(shí)際情況。

3 破壞試驗(yàn)成果的修正問(wèn)題

修正的原理是考慮到混凝土與石膏均脆性材料，它們受拉的應(yīng)力應(yīng)變曲線以及抗拉破壞形態(tài)均比較相似，只是石膏抗拉強(qiáng)度偏高，這樣，可在它的荷載-應(yīng)變關(guān)系曲線上，根據(jù)混凝土的彈塑性特點(diǎn)及極限拉伸值來(lái)控制或判別材料的開裂荷載，從而對(duì)抗裂安全系數(shù)進(jìn)行近似的修正。

參考文獻(xiàn)：

[1]同濟(jì)大學(xué)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，中國(guó)建筑工業(yè)出版社。

[2]任青文，《水利學(xué)報(bào)》，2007年，《高拱壩安全性研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題分析》。

[3]楊令強(qiáng)，《水電能源科學(xué)》，2007，《高拱壩破壞分析研究綜述》。