高清PDF《土木工程结构受力安全问题的思考》朱汉华 周智辉 等著 2012年

内容提要
土木工程结构安全的关键是把握物理概念与全过程力学状态正确性和措施有效到位,越是复杂的问题,把握物理概念与全过程力学状态正确性和措施有效到位越重要。本书从工程结构受力安全问题内涵、典型工程的安全问题思考、地震中不同地区工程结构的启示、不合理工程结构失效的相似性四个方面,揭示了土木工程结构安全问题存在的实质性关系及其具体表现、安全合理的工程结构必须满足的条件等内容。
本书适合土木工程施工技术人员、监理技术人员以及相关专业从事土木工程技术工作人员参考使用。

前言
哲学家用不同的方式解释复杂世界的各种事物及其相互关系;工程师则善于针对具体问题,通过不断地改变某些事物及其关系而达到改变世界的目的。对于复杂的地下工程问题,科技工作人员既要用哲学家的思维方式,合理解释地下工程和各种物质作用及其相互关系,又要用工程师对技术的把握能力,通过科学地改变某些物质作用及其相互关系,达到地下工程全过程稳定、平衡的目的。
正如国家安全的关键是战略和军事实力,而经济和科技实力等是支撑一样;工程结构安全的关键是把握物理概念与全过程力学状态正确性和措施有效到位,而数值分析和模型试验等是支撑。越是复杂的问题,把握物理概念与全过程力学状态正确性和措施有效到位越重要。
实现工程结构安全首先要确保整体周边环境(地基﹑围岩、水)的稳定平衡，其次要确保局部环境与结构的相互作用不但要满足艺术上的形似平衡,更要从“力、变形、能量”等方面确保系统始终处于稳定平衡状态。“力和能量要有相应物质载体,并具有相应传递或转换途径”,结构“稳定平衡与变形协调”和“外力做功有效转换为结构弹性应变能”是统一的,变形协调又是能量法和力法结构分析的必要条件。确保“力、变形、能量”按设计路径传递及方式转化是结构稳定、安全,合理的基本要求,也是保证设计形式不产生有害影响的基础。确保结构的“稳定平衡与变形协调”,不仅需要目标控制,更需要围绕目标实现结构安全合理的过程控制,否则结构就会不稳定或破坏。随着材料性能、设备性能、分析方法、计算手段、工艺工法等的进步和结构大型化与外部条件复杂化等情况的出现,虽然结构“力、变形、能量”三要素的内涵,属性、过程是不变的,但把握物理概念与过程力学状态的复杂性与难度增加。因此,根据实际情况,分别运用“力、变形、能量”中的一个或几个要素便可更好地控制地下工程结构行为,一般来说用“力、能量”定性或定量分析结构行为,用“变形”控制结构行为。在工程实践中,科技人员必须经过反复模拟与试验,做到理念和手段先进、到位,保证结构全过程稳定平衡和安全合理,才能推进大型复杂结构建设进程。
土木工程结构安全问题存在三个实质性关系:①力学稳定平衡;②力与变形关系;③变形协调。在工程实践过程中具体表现为如下四个层面。

第一层面:( 1)牛顿力学、有限元等理论:解决了结构稳定平衡问题;(2)虎克定律、本构关系等理论:建立了材料力与变形之间的关系; (3)变形协调问题认定解决或自然满足:对于简单结构,基于成熟的构造措施以及经实践验证合理的变形假定一般能够解决变形协调问题,对应类似“苹果落地点预测”等相对简单成熟工程问题。
第二层面:( 1)牛顿力学,有限元等理论;(2)虎克定律、本构关系等理论;(3)变形协调不满足或难于解决:对于复杂结构而言,合理工法与构造创新虽然克服了大部分连接可靠性问题,但是对构件之间或非均匀构件内部或组合变形协调问题往往重视不够,有时导致结构开裂或不利变形甚至破坏,对应类似“树叶落地点预测”等相对复杂新型工程问题。
第三层面:构件之间或非均匀构件内部或组合变形不协调问题可能会产生两方面现象:功能不能有效转换、力不能有效传递;导致两种结果:在重复荷载作用下会加速公路桥梁结构或构件材料积累损伤过程,甚至引起公路桥梁结构或构件破坏;软弱不良地质环境地下工程全过程存在安全隐患,甚至引起地下工程结构或构件破坏。
第四层面:解决问题的方法有如下两类:(1)传统解决办法:关系①＋关系②(认定关系③自然满足,只适用于类似“苹果落地点预测”等相对简单成熟工程问题);(2)基于传统思路的综合解决办法:关系①＋关系②＋关系③(采用整体控制与细节把握和围绕目标的过程控制方法解决结构变形协调问题后,把类似“树叶落地点预测"等相对复杂新型工程问题转变为类似“苹果落地点预测”的相对简单成熟工程问题,才能简单有效地利用传统解决思路,解决类似“树叶落地点预测”的相对夏杂新型工程回题)。
参照仿生学,安全合理的工程结构必须满足四个条件:( 1)工程结构平衡必须稳定;(2)工程结构变形必须稳定与协调;(3)工程结构功能能够有效转换;(4)工程结构敏感构件或连接件可以被检测、维护、替换。以上条件正好符合经典与现代安全合理的工程结构所具备的条件(见第1章)。对照这些条件,分析古今中外工程结构出现的各种问题可知:目前公路桥梁工程存在的问题可以简明概括为功能不能有效转换和力不能有效传递。这样在重复荷载作用下会加速公路桥梁结构或构件材料积累损伤过程,甚至引起公路桥梁结构或构件破坏。从实际工程的具体表现来看,存在的主要不足为:( 1)建设前期认识不足或标准与工艺欠缺;(2)荷载管理不到位或超负荷;(3)建设质量局部缺陷或存在问题;(4)维护水平不高或不律(包含结构相互作用或伸缩缝隙等) ,以及外力做功有效转换为弹性应变能规律,落实定期单位和个人责任考核,才能真正到位。本书仅介绍整体认识而不做详细分析,供读者参考。对书中存在的错误认识,敬请批评指正。部分图片选自网络或其他媒体,特此申明,敬请谅解!
安全兴趣小组组成人员:朱汉华,周智辉、刘俊珂,高珊、陈孟冲、文颖、袁迎捷、潘明军、吴明、叶剑锋、陈亮、田浩、王润建、王国良等。

投稿会员：qwer