施工結構安全與動(dòng)力學(xué)計算

第26卷第4期Vol 26 No, 4陳偉誠、劉厚純、熊耀瑩:施工結構安全與動(dòng)力學(xué)計算BUILDING CONSTRUCTIOI施工結構安全與動(dòng)力學(xué)計算口陳偉誠(上海凱鑫建設工程有限公司200435)口劉厚純熊耀瑩(蘇中建設集團有限公司上?！菊酷槍κ┕ぶ懈甙l(fā)事故的動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現,沖擊能對結構剛度和被沖擊的結構材料比能是施工結構事故危險的焦點(diǎn)和理論棖源。通過(guò)對比能的研究還發(fā)現動(dòng)靜兩種方法的結果相悖,與此同時(shí),還意外發(fā)現了有趣的沖擊等體積結構應力雷同效應,和直接利用能量原理求解結構應力的新方法?！娟P(guān)鍵詞】沖擊能動(dòng)力學(xué)應變能比能結構剛度變位撕裂原理【中圖分類(lèi)號】TrU311/文獻識別碼A【文章編號】1004-1001(2004)04-0342-03Structural Safety and Dynamic Calculation for ConstructionChe Weicheg Liu Houchun Xiong Yaoying歷史上所向披靡的拿破侖鐵軍因齊步走的小小失誤導致行軍途中橋斷人亡的慘劇,美國911事件中國貿中心雙子星座的徹底摧毀,這些都是動(dòng)荷載沖擊作用形成的強L曲線(xiàn)大破壞力。我們在施工中常見(jiàn)模架的倒塌、塔吊鋼絲繩滑輪圖1簡(jiǎn)支梁受靜力示意圖的緊固高強螺栓成組地被剪斷、包括一些基坑圍護塌方事故都可以看到類(lèi)似的影像。這一切不得不引起我們反思:以算強度的安全系數鎖定為2就是這個(gè)道理),在建筑施工中靜力學(xué)方法分析結構應力的舉措與實(shí)際形成的動(dòng)力過(guò)程的的轉料平臺就可能發(fā)生突然添載的情況,而我們習慣于將結果孰是孰非?可變荷載的系數與房屋結構的荷載系數等同取1.4是遠遠不足的。同時(shí)我們還無(wú)法保證吊車(chē)司機有絕對把握保障吊1以動(dòng)力學(xué)觀(guān)點(diǎn)洞察結構受力過(guò)程物不產(chǎn)生絲毫的自由墜落的現象發(fā)生。眾所周知,一個(gè)簡(jiǎn)支梁上作用一集中力,梁有一變形△s,梁給予P力的反力亦為大小相等方向相反的反作用力ATER然而當P力與梁面剛剛接觸時(shí),梁給予作用反力并沒(méi)有P力大,當變形為△s時(shí)作用力與反作用力所達到數值相等根據能量守恒原理就隱藏了一個(gè)很大的矛盾,即外力P作圖2簡(jiǎn)支粱受沖擊荷載功為P·△s,梁的變應能僅為P·△s÷2,這一差距標志著(zhù)靜力的平衡,但能量不平衡,P力作用多余的能量必然引起因此,P(H+△)=F·△/2梁的震蕩,通過(guò)震蕩消耗了多余的能量。為此我們在仔細觀(guān)根據梁的彈性變形原理可知△/△s=F/P=K察當梁瞬時(shí)震蕩過(guò)程的最大沖擊和最大變形,設梁瞬時(shí)最將K代入上式,并可解出:K=1++2HA3……(2)大變形為△,根據能量守恒原理可建立下式如H=0時(shí),K=2與前分析結果相同。從(2)式來(lái)分析沖P·△=F·△/2F/P=2令F∥P=K(1)擊系數與H和△s有密切關(guān)系。當我們以5×5cm2木方、跨上式表明即P力突然加荷梁上時(shí),P力因梁極其微小的度為1m的簡(jiǎn)支梁中央作用10N(1kg)的荷載,木材按靜力計變形而形成梁的瞬時(shí)應力可能性與靜載計算相比提高了算最大應力為omax=0.12MPa倍(這一結果為 Poncelet所發(fā)現,長(cháng)期以來(lái)人們曾把材料計如果將1kg重物從35cm處下墜時(shí)木材最大應力為【收稿日期】2004-05-14Tr山中國煤化工!施工現場(chǎng)在澆筑混凝【作者簡(jiǎn)介與地址】陳偉誠,男,1982生,大學(xué)專(zhuān)科,上海凱鑫建設工程有限公司技術(shù)科。聯(lián)系地址:上海市通河路45號時(shí),口計人員因遵循我國現有(200435),電話(huà)021-3609020。的規范而無(wú)視于客觀(guān)的現實(shí),所以事故的發(fā)生并不意外(當342《建筑施工》第26卷第26卷第4期Vol 26 No練偉誠、劉厚純、熊耀瑩:施工結構安全與動(dòng)力學(xué)計算NG CONSTRUCTION然還有其它原因)料比能也有限值。在靜力學(xué)中高強度的材料占有優(yōu)勢,但許5000N多高強度的材料其破裂比能極限要比低強度的材料要小,因而在使用螺栓或吊鉤時(shí)安全上往往規定只能使用低強度的圓鋼而禁止使用高強度的低合鋼。鋼絲繩因破裂比能極限較低,故上人結構安全系數取14之多,盡管如此事故還是時(shí)有發(fā)生,至于預應力構件抗沖擊能力也差,所以小孔板樓蓋斷塌的事故全國發(fā)生也不在少數。如果材料受沖擊比能分布不勻僅集中于某一個(gè)點(diǎn)線(xiàn)上則材料在不大的沖擊力下就可能使材料比能升至破裂極限圖3螺栓抗剪切示意圖狀態(tài)。如裁玻璃的鉆石僅在玻璃上劃開(kāi)一條僅有幾微米的刻痕,再在玻璃的另一側用力,玻璃就會(huì )輕輕折斷。裁?，F象在另一方面沖擊系數還取決于△s值,某些地方細小的關(guān)建筑結構中破壞力較大,如果混凝土表面有收縮裂縫,在輕鍵結構,由于剛度大(△s值很小)也會(huì )導致K值的劇增。上微外力作用下馬上就會(huì )貫穿和向縱深發(fā)展,為此三峽大壩對海某高層施工過(guò)程中曾發(fā)生電梯井內模板托架因鋼銷(xiāo)切斷所有的暫時(shí)無(wú)害混凝土裂縫都進(jìn)行了認真的處理發(fā)生墜落事故。究其原因工程師設計時(shí)根據毎個(gè)鋼銷(xiāo)承受切比能高度集中的另一種狀態(tài)是撕裂現象,因為外力所做力小于500kg的荷載按靜力計算,用安全系數大于10的的功僅作用在一點(diǎn)上,所以材料比能急劇升高,賣(mài)布人不用d25mm圓鋼。但在模板吊裝時(shí),司機對電梯井內的情況只能剪刀就可以利用一個(gè)小口把能承受10kN以上拉力的布輕靠指揮間接獲得落地信息。假設模板可能在停放時(shí)僅有1cm輕以數十牛的力撕開(kāi)。在高層整體腳手架坍塌過(guò)程中由某一的墜落沖擊。則H=10mm,圓鋼截面A=490.9mm吊點(diǎn)破裂而后各吊點(diǎn)逐步各個(gè)擊破的“撕裂”過(guò)程也不鮮見(jiàn)。在焊接構件中焊縫應力實(shí)際也存在應力集中而造成比能△s=PL/GA=0.001289mm分配不勻的現象,在動(dòng)載作用下焊縫逐步被撕開(kāi),所以許多G一鋼材剪切模量79×10MPa鋼結構大橋的倒塌和焊縫有特別的關(guān)聯(lián)。如果我們把沖擊能沖擊系數由公式(2)可得出為K=124.567沖擊力=P作用在一個(gè)微小的體積上,比能將隨著(zhù)被作用物體的縮小而K=622.8kN升高,如圖3中將L縮小就可能使沖擊系數達到幾千倍,用原設計中安全系數大于10,工程師感覺(jué)安全良好,而實(shí)僅幾公斤的錘子來(lái)沖切一根25mm的鋼筋就是這個(gè)道理。際通過(guò)上述計算d25mm鋼銷(xiāo)剪斷勢在必行,因500kg模板cm的自由墜落就會(huì )造成620kN的沖擊力。漁竿的制作者根據經(jīng)驗做得細而長(cháng),這樣可以加大△s值以減小魚(yú)兒想脫鉤的沖擊力。習慣于靜力計算的工程師卻不容易理解,如前例將5×5cm2木方跨度從1m改為500cm時(shí),木材的沖擊應力反而比跨度為1m時(shí)加大成1.414倍這是由于跨度縮小對△s值的收斂的三次方的速度縮小圖4焊縫應力分布△s=FL/48El,而內力的收斂為一次方M=FL/4。對此下面我們還可以從比能的角度來(lái)觀(guān)察將會(huì )更直觀(guān)。在我國過(guò)去的屋面防水油氈規范中曾明確規定當基層靜力學(xué)的計算無(wú)法估價(jià)動(dòng)力沖擊后果,白象忠教授主編可能有變形時(shí),不應采用滿(mǎn)貼法,而是以點(diǎn)貼或條貼等空鋪的《材料力學(xué)》(2003年版)教材中舉例某機械在10秒內剎方法。其目的就是有效防止基面開(kāi)裂而降低油氈的形變比車(chē)改為急剎車(chē)時(shí)對一個(gè)圓軸的剪力便上升了395倍,可見(jiàn)動(dòng)能,以保護油氈不致開(kāi)裂。通過(guò)材料比能研究,使我們更清楚力沖擊對結構的破壞是十分厲害的。材料力學(xué)的本質(zhì)2關(guān)于沖擊比能的討論3沖擊等體積應力雷同效應所謂比能即單位體積的應變能,某材料單向受力時(shí)的應在靜力學(xué)中改善梁的斷面可以提高承載能力,我國宋代力狀態(tài)σ和比能u之間有密不可分的關(guān)系,可用下式表示:《營(yíng)造法計管部番時(shí)峰圓木化方(矩形)的u=a2/2E或a=√2uE最佳尺中國煤化工結果1:0.707+分上式僅適用于材料處于彈性階段,而當至彈塑性階段則相似。然CNMHG正方形為最經(jīng)濟因可由材料應力應變圖求出。材料的應變有一個(gè)限值,因而材為正方形為圓中面積極值,可以獲得最大體積的梁而降低沖2004年第4期第26卷第4期Vol 26 No 4許月根:建筑施工現場(chǎng)臨時(shí)用電安全隱患與治理對策BUILDING CONSTRUCTION建筑施工現場(chǎng)臨時(shí)用電安全隱患與治理對策口許月根(上海建工(集團)總公司200120)【摘要】為解決建筑施工用電不規范等安全隱患,一一例舉當前施工用電中存在的主要通病提出了建立安全管理體系的構想和相對應的冶理對策?！娟P(guān)鍵詞】建筑施工臨時(shí)用電應患冶理【中圖分類(lèi)號】rU852/文獻識別碼A【文章編號】004-1001(2004)04-0344-03Hidden Safety -Trouble of Temporary Power Supply in Construction Siteand Preventive MeasuresXu yuegen1建筑施工現場(chǎng)用電通病三十條近幾年通過(guò)各種形式的檢查,發(fā)現在施工現場(chǎng)用電中【收稿日期】2004-06-29存在著(zhù)漏電保護器、保護接零(接地)以及線(xiàn)路敷設不正確等【作者簡(jiǎn)介與地址】許月根,男,52年生,上海建工(集團)方面的通病,大致有以下三十條:總公司安全設備處處長(cháng)高級工程師。聯(lián)系地址:上海市浦東新區1)、把配電箱當作開(kāi)關(guān)箱使用,控制多臺設備。福山路33號(200120),電話(huà)。2)、一只開(kāi)關(guān)箱控制兩臺用電設備擊應力。當外部同樣多的沖擊能作用在某一結構,若體積不再作專(zhuān)題詳細討論。變,僅改變結構的尺寸組成并保證尺寸改變后能維持原有比能分配的比例關(guān)系,則結構的最大應力和最大比能也不會(huì )變4結語(yǔ)化。我們把這一現象稱(chēng)為沖擊等體積應力雷同效應。這一現象不僅有趣,而且也很重要,為我們繞過(guò)靜力方法直接通過(guò)切結構的破壞的過(guò)程并不是靜力學(xué)所能描述的,通過(guò)動(dòng)能和結構體積來(lái)求解梁內最大應力提供了可能。為了直觀(guān)以上說(shuō)明靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)以不同的視點(diǎn)來(lái)觀(guān)察問(wèn)題時(shí)有天地了解沖擊應力的雷同效應本質(zhì),現以舉例說(shuō)明:我們將一壤之別,但我們一直墨守陳規沿用舊法以靜止的方法來(lái)處理等體積的三個(gè)木條變換尺寸后組成作簡(jiǎn)支梁進(jìn)行等沖擊應力的運動(dòng)與變化,顯然是不能與客觀(guān)事實(shí)相吻合的,所以事力雷同效應的驗算如下:故也必然會(huì )發(fā)生。因此從有關(guān)規范的源頭應把動(dòng)力設計納入木材尺寸「黔度荷沖擊高度沖擊系沖擊應力靜力變形沖擊瞬間變靜應力程序,不能以一個(gè)簡(jiǎn)單的模糊系數來(lái)抵擋一切,否則將是掩Lxbxbmm l mmIN H△=△N/m耳盜鈴。這里特別要指出的是我國塔吊的設計工程師應充分00081090138159900531601考慮動(dòng)力學(xué)對各部件的沖擊力計算對于在設計中不能滿(mǎn)足500×50×100500103501093158950063s06210500×109010390505159051323400最不利的工況時(shí)應在設計中加以說(shuō)明如嚴格控制回轉和吊物的下降速度,乃至剎車(chē)的時(shí)間(因急剎車(chē)可能導致部件應上表中表明三個(gè)等體積木材不管跨度如何改變或平放力上升數百倍)?；蛄⒎?簡(jiǎn)支梁內的最大沖擊應力均雷同,表中所出現的沖在模架設計方面首要的是在保障靜力計算簡(jiǎn)圖可靠的擊應力微小差異是由于每個(gè)梁承受的沖擊變形△有差異,形基礎上再進(jìn)行必要的動(dòng)力驗算。把可能出現各種不利工況的成沖擊能量的微小差異所引起的?？墒歉髂玖旱撵o力計算結沖擊力仔細加以考慮,并列人理論計算中去,在施工中的模果差異很大,與此同時(shí)由于不同的結構尺寸也造成了不同的架也不能忽視某個(gè)點(diǎn)的薄弱環(huán)節,因為一個(gè)局部的坍塌會(huì )產(chǎn)沖擊系數,隨著(zhù)剛度的增加而增加,而萬(wàn)變不離其宗的是沖生應T積計和坯的危險結構應該有足夠的擊應力不變,根據這個(gè)道理,沖擊最大應力與沖擊能有密切理中國煤化工保險措施,如各種防墜裝關(guān)系。為此我們通過(guò)沖擊能量來(lái)計算材料最大比能即可繞置CNMHG該是每個(gè)建筑工程師或學(xué)過(guò)靜力學(xué)方法直接求解木材受彎的最大應力,這些將在以后者研究的重要課題?！督ㄖ┕ぁ返?6卷