摘要: 混凝土结构安全性问题取决于设计、施工及日常的维修等人为因素, 以及自然灾害等自然因素。提高结构设计安全设置水准, 完善结构耐久性设计标准, 加强使用阶段的安全检测等手段是提高混凝土结构安全性的有效途径与方法。
关键词: 混凝土; 结构; 安全性; 耐久性
1 绪论
混凝土结构的安全性就是结构及其构件在外力作用下防止破坏、倒塌, 保护人员和设备不受损伤的能力。一个时期以来, 由于混凝土结构安全质量事故频繁发生, 混凝土结构的安全性问题倍受社会和政府关注。分析混凝土结构的安全性现状, 寻求存在的问题、差距和根源, 探索解决的途径、方法和对策, 并为修订或制定有关技术政策提供建议,已成为解决混凝土结构安全性问题的当务之急。
2 混凝土结构安全事故及其原因
混凝土结构安全性取决于设计、施工和使用过程中的正常维修和保养, 也与工程技术人员和管理人员的技术水平和业务素质相关联。设计、施工取决于工程的法律、法规、规范所规定的安全设置水准, 设计安全系数偏低, 施工质量差, 混凝土结构的承载能力和结构整体牢固性先天不足, 就会为混凝土结构发生安全事故埋下隐患; 如果养护维修不及时, 结构安全性也得不到保证。在我国, 由于设计、施工以及维修保养等原因造成的安全事故时有发生。此外, 由于自然灾害造成的安全事故的频繁发生, 给国家、人民生命财产造成巨大损失。究其原因主要有以下几个方面:
( 1) 现行技术标准存在差异, 安全系数设置水平偏低
按照我国现行结构设计规范所采用的可靠度设计方法, 结构安全性的可靠度定义为“规定”荷载作用下的强度保证率, 既不反映不同设计规范在荷载标准值上存在很大差异, 也不体现结构整体上的差别。而设计规范中的结构可靠度只是对结构的构件而言, 构件的安全性很大程度取决于荷载的取值, 设计时安全系数设置水平与荷载系数取值有关。据有关资料, 我国规范中的动荷载安全系数比美、英等国家规范低14%～21%, 比欧洲规范低7%;静载安全系数比美、英等国低17%, 比欧洲低13%;在强度安全系数方面, 我国规范的混凝土强度安全系数比欧美低15%, 钢材强度安全系数低6%。这样一来, 按我国规范设计的柱子假设动载和静载比为1: 2, 由于荷载和材料方面的影响, 其承载能力较美、英规范设计的柱子的承载能力低35%, 较欧洲低28%; 梁板的安全系数比美英低24%, 比欧洲低18%。
( 2) 设计、施工等人为错误或差错
由于设计差错或错误造成的结构安全事故主要是因为结构或构件没有足够的承载能力, 导致结构开裂和结构坍塌。但绝大多数人为错误或差错并非主观故意, 出现设计差错或错误往往都是因为设计人员素质不高、设计能力差、调查研究不细致、基础资料不全、设计参数的选取不合理、计算能力差、缺乏设计经验; 其次是由于行政干预、长官意志、缺乏合理的设计周期; 再次, 勘测设计的全过程监理尚未全面展开, 即使有勘察设计监理, 也是流于形式, 把关不严。
混凝土结构安全事故相当一部分是由于施工质量差造成的。在我国现行工程项目建设招投标管理体制下, 或多或少存在高资质中标、低能力施工的现象, 工程层层转包, 施工材料以次充好, 偷工减料, 为工程质量埋下重大隐患。同时, 施工管理水平低下, 从业人员素质较低, 也是当今我国建筑行业中的一个突出问题。正因为如此, 人为的差错难以被及时发现和有效消除, 从而最终酿成安全事故。
( 3) 火灾、爆炸事故
火灾和爆炸可能导致灾难性的后果。2001年发生的震惊全国的石家庄爆炸, 造成整栋房屋所有单元连续倒塌; 衡阳113特大火灾事故, 造成衡阳大厦倒塌和重大人员伤亡。这些都是由于混凝土结构遭火灾后, 混凝土的抗压强度和钢筋抗拉强度降低,导致结构的承载能力降低。特别是爆炸, 瞬间巨大冲击力远远超过结构的极限承载能力, 造成结构瞬间破坏。
( 4) 自然灾害
自然灾害指的是地震、滑坡、泥石流、飓风、洪水等不可抗力的自然现象, 一旦发生会造成灾难性的破坏。据调查统计, 全球自然灾害导致结构倒塌的数量相当惊人, 造成的损失不可估量。1976年的唐山7.8级的大地震, 80%的建筑物倒塌或遭到毁灭性的破坏; 今年夏天的云娜号台风袭击浙江温岭,造成数亿元的经济损失, 以及重庆、四川省东部地区特大暴雨, 造成大量的房屋和交通设施的破坏等等。
但是要完全避免自然灾害对结构的破坏是不现实, 也是不可能的。随着经济的发展、国力的增强、社会财富的增加和科学技术的进步, 人们应增强防患意识, 提高对灾害的预测水平和结构抗灾能力, 并以此做为改进结构安全质量的重点。
( 5) 缺乏较为完整的法规和标准体系及管理机制
在我国, 工程建设和使用在管理上缺乏立法约束, 重视项目建设, 轻视使用过程中的日常维修、保养; 重视建设资金的投入, 忽视保养维修基金设置。在结构的保养维修方面缺乏强制性措施, 一些结构由于保养不及时或长年失修造成结构损伤, 最终导致结构破坏。其次, 设计、施工、保养及维修技术不配套, 过于依赖技术规范的作用, 缺乏指南、工法等较为具体详尽的技术标准。再次是对规范的错位认识与管理, 局限于现有的标准、规范, 缺乏创新性,对规范、标准的修订不及时, 不能与时俱进。
3 改善混凝土结构安全性的主要方法与途径
3.1 提高混凝土结构安全系数的设置标准提高结构安全系数的设置标准无疑有利于提高结构安全性, 但建设成本会增加。合理设置安全系数既有利于提高结构整体牢固性, 又能适应目前政府或企业的经济承受能力。因此, 我们应从客观实际出发, 审视安全系数设置标准, 着力提高结构抗击突发事件的能力, 提高抗震、设防等级, 增强结构整体牢固性。对重要部位、重点场所, 重点设置安全系数。设计荷载等级和结构、构件的承载能力有必要储备, 并结合长远考虑荷载等级和使用功能的可能变化。
3.2 完善结构耐久性设计标准
结构耐久性是指结构、构件所处的各种作用维持使用功能的能力, 耐久性问题也是长期以来被各国结构工程师十分关注的问题。在我国, 由于长期处于短缺经济和计划经济历史条件的影响, 现行的设计规范和施工规范主要局限于荷载作用下结构、构件的安全性问题, 对于结构、构件在长期使用过程中由于环境作用导致材料性能劣化的影响, 被置于比较次要或从属地位, 这主要是因为对耐久性认识不足, 环境作用下结构耐久性问题比较复杂, 存在很多不确定性, 不象结构安全性通过加载试验可以确定, 而耐久性只有通过预测、估计。但随着工程实践和工程技术人员的理论研究, 已有可能使对耐久性的预测、估计接近实际。
3.3 加强施工过程中工程质量的监管
工程质量的优劣直接关系到结构的安全性能和耐久性能, 因此, 加强施工过程中工程质量的监管是有效遏制结构安全事故的重要手段。政府和企业( 业主) 应本着对国家、对社会、对人民负责的态度, 认真履行监管的职能; 施工单位要严格按照《中华人民共和国产品质量法》施工, 使工程能经得起历史的检验、社会的检验和用户的检验; 社会监理要认真履行监理职责, 把好过程关, 禁止存在质量隐患的产品投入使用。
3.4 制定科学合理的项目建设工期
科学合理的项目建设工期是保证工程质量的前提和基础, 然而在一些具体的项目建设中, 存在人为的行政干预、长官意志、盲目追求工期、进度的现象, 特别是一些政绩工程, 有大干快上的“大跃进”之风, 缺乏合理工期, 为结构安全性和耐久性埋下了隐患。应在科学发展观的指导下, 以科学的态度、科学的思维方式、科学的组织行为制定科学合理的建设工期, 为结构构件安全性和耐久性创造前提条件。
3.5 强化使用过程中的安全检测结构、构件的安全性与设计、施工和使用过程中的保养、维修相关, 也与工程技术人员和管理人员的水平和素质相关联。在我国, 结构工程施工中技术水平和人员素质相对较差, 安全系数的设置较低, 质量保证体系和质量保证制度尚不完善, 政府的监督职能没有真正发挥, 有些项目交付使用时存在质量缺陷, 因此有必要加强结构、构件在使用过程中的安全检测。
通过有效的安全检测, 可以及时发现问题, 采取整改措施, 避免事故的发生, 把安全事故的发生率降低到最小限度, 从而达到预防为主的目的。要结合结构、构件的使用情况编制安全检测计划, 配备检测仪器, 安排检测经费, 对一些重点的结构、构件要进行强制性检测。
3.6 提高结构材料的耐久性提高结构材料的耐久性是提高结构、构件使用年限的有效途径。近年来, 随着结构耐久性问题的实践和理论研究, 控制水泥和粗骨料的使用, 推广引气混凝土, 开发耐锈蚀的钢筋以及海砂混凝土的控制和利用, 积极推广应用耐久性能高的人工合成的高分子材料, 使结构耐久性得到很大程度地提高。
4 几点建议
结构设计中, 结构的安全性和耐久性在荷载取值标准上要缩小与发达国家间的差距, 而且除了提高相应的安全储备外, 更为重要的是加强工程的抗灾、减灾能力。
工程结构在使用过程中, 检测、保养和维修应足够重视, 更有必要建立使用过程中安全检测制度, 并制定相应的标准。基础设施和公共场所建设投资上, 既要重视建设, 也要重视维修, 要加大维修资金的投入。同时积极推广耐久性材料的使用, 推广应用高性能混凝土。
参考文献:
[1]陈肇元.土建结构工程的安全性与耐久性[M].北京中国建筑出版社, 2003.
[2]陈肇元.结构安全性与可靠度设计方法[R].中国土木工程学会第9 届年会学术讨论会报告, 2000, 5.
[3] 中国工程院士土木水利与建筑学部工程结构安全性与耐久性研究咨询项目组.混凝土结构耐久性设计与施工指南[R].中国建筑工业出版社, 2004.
收稿日期: 2006- 02- 27
作者简介: 李付林( 1976.1- ) , 男, 山东单县人, 单县水务局助
理工程师, 主要从事农田水利工程施工和管理工作。
