施工结构安全与动力学计算

第26卷第4期Vol 26 No, 4陈伟诚、刘厚纯、熊耀莹:施工结构安全与动力学计算BUILDING CONSTRUCTIOI施工结构安全与动力学计算口陈伟诚(上海凯鑫建设工程有限公司200435)口刘厚纯熊耀莹(苏中建设集团有限公司上海【摘要】针对施工中高发事故的动力学分析发现,冲击能对结构刚度和被冲击的结构材料比能是施工结构事故危险的焦点和理论棖源。通过对比能的研究还发现动静两种方法的结果相悖,与此同时,还意外发现了有趣的冲击等体积结构应力雷同效应,和直接利用能量原理求解结构应力的新方法。【关键词】冲击能动力学应变能比能结构刚度变位撕裂原理【中图分类号】TrU311/文献识别码A【文章编号】1004-1001(2004)04-0342-03Structural Safety and Dynamic Calculation for ConstructionChe Weicheg Liu Houchun Xiong Yaoying历史上所向披靡的拿破仑铁军因齐步走的小小失误导致行军途中桥断人亡的惨剧,美国911事件中国贸中心双子星座的彻底摧毁,这些都是动荷载冲击作用形成的强L曲线大破坏力。我们在施工中常见模架的倒塌、塔吊钢丝绳滑轮图1简支梁受静力示意图的紧固高强螺栓成组地被剪断、包括一些基坑围护塌方事故都可以看到类似的影像。这一切不得不引起我们反思:以算强度的安全系数锁定为2就是这个道理),在建筑施工中静力学方法分析结构应力的举措与实际形成的动力过程的的转料平台就可能发生突然添载的情况,而我们习惯于将结果孰是孰非?可变荷载的系数与房屋结构的荷载系数等同取1.4是远远不足的。同时我们还无法保证吊车司机有绝对把握保障吊1以动力学观点洞察结构受力过程物不产生丝毫的自由坠落的现象发生。众所周知,一个简支梁上作用一集中力,梁有一变形△s,梁给予P力的反力亦为大小相等方向相反的反作用力ATER然而当P力与梁面刚刚接触时,梁给予作用反力并没有P力大,当变形为△s时作用力与反作用力所达到数值相等根据能量守恒原理就隐藏了一个很大的矛盾,即外力P作图2简支粱受冲击荷载功为P·△s,梁的变应能仅为P·△s÷2,这一差距标志着静力的平衡,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梁的震荡,通过震荡消耗了多余的能量。为此我们在仔细观根据梁的弹性变形原理可知△/△s=F/P=K察当梁瞬时震荡过程的最大冲击和最大变形,设梁瞬时最将K代入上式,并可解出:K=1++2HA3……(2)大变形为△,根据能量守恒原理可建立下式如H=0时,K=2与前分析结果相同。从(2)式来分析冲P·△=F·△/2F/P=2令F∥P=K(1)击系数与H和△s有密切关系。当我们以5×5cm2木方、跨上式表明即P力突然加荷梁上时,P力因梁极其微小的度为1m的简支梁中央作用10N(1kg)的荷载,木材按静力计变形而形成梁的瞬时应力可能性与静载计算相比提高了算最大应力为omax=0.12MPa倍(这一结果为 Poncelet所发现,长期以来人们曾把材料计如果将1kg重物从35cm处下坠时木材最大应力为【收稿日期】2004-05-14Tr山中国煤化工!施工现场在浇筑混凝【作者简介与地址】陈伟诚,男,1982生,大学专科,上海凯鑫建设工程有限公司技术科。联系地址:上海市通河路45号时,口计人员因遵循我国现有(200435),电话021-3609020。的规范而无视于客观的现实,所以事故的发生并不意外(当342《建筑施工》第26卷第26卷第4期Vol 26 No练伟诚、刘厚纯、熊耀莹:施工结构安全与动力学计算NG CONSTRUCTION然还有其它原因)料比能也有限值。在静力学中高强度的材料占有优势,但许5000N多高强度的材料其破裂比能极限要比低强度的材料要小,因而在使用螺栓或吊钩时安全上往往规定只能使用低强度的圆钢而禁止使用高强度的低合钢。钢丝绳因破裂比能极限较低,故上人结构安全系数取14之多,尽管如此事故还是时有发生,至于预应力构件抗冲击能力也差,所以小孔板楼盖断塌的事故全国发生也不在少数。如果材料受冲击比能分布不匀仅集中于某一个点线上则材料在不大的冲击力下就可能使材料比能升至破裂极限图3螺栓抗剪切示意图状态。如裁玻璃的钻石仅在玻璃上划开一条仅有几微米的刻痕,再在玻璃的另一侧用力,玻璃就会轻轻折断。裁玻现象在另一方面冲击系数还取决于△s值,某些地方细小的关建筑结构中破坏力较大,如果混凝土表面有收缩裂缝,在轻键结构,由于刚度大(△s值很小)也会导致K值的剧增。上微外力作用下马上就会贯穿和向纵深发展,为此三峡大坝对海某高层施工过程中曾发生电梯井内模板托架因钢销切断所有的暂时无害混凝土裂缝都进行了认真的处理发生坠落事故。究其原因工程师设计时根据毎个钢销承受切比能高度集中的另一种状态是撕裂现象,因为外力所做力小于500kg的荷载按静力计算,用安全系数大于10的的功仅作用在一点上,所以材料比能急剧升高,卖布人不用d25mm圆钢。但在模板吊装时,司机对电梯井内的情况只能剪刀就可以利用一个小口把能承受10kN以上拉力的布轻靠指挥间接获得落地信息。假设模板可能在停放时仅有1cm轻以数十牛的力撕开。在高层整体脚手架坍塌过程中由某一的坠落冲击。则H=10mm,圆钢截面A=490.9mm吊点破裂而后各吊点逐步各个击破的“撕裂”过程也不鲜见。在焊接构件中焊缝应力实际也存在应力集中而造成比能△s=PL/GA=0.001289mm分配不匀的现象,在动载作用下焊缝逐步被撕开,所以许多G一钢材剪切模量79×10MPa钢结构大桥的倒塌和焊缝有特别的关联。如果我们把冲击能冲击系数由公式(2)可得出为K=124.567冲击力=P作用在一个微小的体积上,比能将随着被作用物体的缩小而K=622.8kN升高,如图3中将L缩小就可能使冲击系数达到几千倍,用原设计中安全系数大于10,工程师感觉安全良好,而实仅几公斤的锤子来冲切一根25mm的钢筋就是这个道理。际通过上述计算d25mm钢销剪断势在必行,因500kg模板cm的自由坠落就会造成620kN的冲击力。渔竿的制作者根据经验做得细而长,这样可以加大△s值以减小鱼儿想脱钩的冲击力。习惯于静力计算的工程师却不容易理解,如前例将5×5cm2木方跨度从1m改为500cm时,木材的冲击应力反而比跨度为1m时加大成1.414倍这是由于跨度缩小对△s值的收敛的三次方的速度缩小图4焊缝应力分布△s=FL/48El,而内力的收敛为一次方M=FL/4。对此下面我们还可以从比能的角度来观察将会更直观。在我国过去的屋面防水油毡规范中曾明确规定当基层静力学的计算无法估价动力冲击后果,白象忠教授主编可能有变形时,不应采用满贴法,而是以点贴或条贴等空铺的《材料力学》(2003年版)教材中举例某机械在10秒内刹方法。其目的就是有效防止基面开裂而降低油毡的形变比车改为急刹车时对一个圆轴的剪力便上升了395倍,可见动能,以保护油毡不致开裂。通过材料比能研究,使我们更清楚力冲击对结构的破坏是十分厉害的。材料力学的本质2关于冲击比能的讨论3冲击等体积应力雷同效应所谓比能即单位体积的应变能,某材料单向受力时的应在静力学中改善梁的断面可以提高承载能力,我国宋代力状态σ和比能u之间有密不可分的关系,可用下式表示:《营造法计管部番时峰圆木化方(矩形)的u=a2/2E或a=√2uE最佳尺中国煤化工结果1:0.707+分上式仅适用于材料处于弹性阶段,而当至弹塑性阶段则相似。然CNMHG正方形为最经济因可由材料应力应变图求出。材料的应变有一个限值,因而材为正方形为圆中面积极值,可以获得最大体积的梁而降低冲2004年第4期第26卷第4期Vol 26 No 4许月根:建筑施工现场临时用电安全隐患与治理对策BUILDING CONSTRUCTION建筑施工现场临时用电安全隐患与治理对策口许月根(上海建工(集团)总公司200120)【摘要】为解决建筑施工用电不规范等安全隐患,一一例举当前施工用电中存在的主要通病提出了建立安全管理体系的构想和相对应的冶理对策。【关键词】建筑施工临时用电應患冶理【中图分类号】rU852/文献识别码A【文章编号】004-1001(2004)04-0344-03Hidden Safety -Trouble of Temporary Power Supply in Construction Siteand Preventive MeasuresXu yuegen1建筑施工现场用电通病三十条近几年通过各种形式的检查,发现在施工现场用电中【收稿日期】2004-06-29存在着漏电保护器、保护接零(接地)以及线路敷设不正确等【作者简介与地址】许月根,男,52年生,上海建工(集团)方面的通病,大致有以下三十条:总公司安全设备处处长高级工程师。联系地址:上海市浦东新区1)、把配电箱当作开关箱使用,控制多台设备。福山路33号(200120),电话。2)、一只开关箱控制两台用电设备击应力。当外部同样多的冲击能作用在某一结构,若体积不再作专题详细讨论。变,仅改变结构的尺寸组成并保证尺寸改变后能维持原有比能分配的比例关系,则结构的最大应力和最大比能也不会变4结语化。我们把这一现象称为冲击等体积应力雷同效应。这一现象不仅有趣,而且也很重要,为我们绕过静力方法直接通过切结构的破坏的过程并不是静力学所能描述的,通过动能和结构体积来求解梁内最大应力提供了可能。为了直观以上说明静力学与动力学以不同的视点来观察问题时有天地了解冲击应力的雷同效应本质,现以举例说明:我们将一壤之别,但我们一直墨守陈规沿用旧法以静止的方法来处理等体积的三个木条变换尺寸后组成作简支梁进行等冲击应力的运动与变化,显然是不能与客观事实相吻合的,所以事力雷同效应的验算如下:故也必然会发生。因此从有关规范的源头应把动力设计纳入木材尺寸「黔度荷冲击高度冲击系冲击应力静力变形冲击瞬间变静应力程序,不能以一个简单的模糊系数来抵挡一切,否则将是掩Lxbxbmm l mmIN H△=△N/m耳盗铃。这里特别要指出的是我国塔吊的设计工程师应充分00081090138159900531601考虑动力学对各部件的冲击力计算对于在设计中不能满足500×50×100500103501093158950063s06210500×109010390505159051323400最不利的工况时应在设计中加以说明如严格控制回转和吊物的下降速度,乃至刹车的时间(因急刹车可能导致部件应上表中表明三个等体积木材不管跨度如何改变或平放力上升数百倍)。或立放,简支梁内的最大冲击应力均雷同,表中所出现的冲在模架设计方面首要的是在保障静力计算简图可靠的击应力微小差异是由于每个梁承受的冲击变形△有差异,形基础上再进行必要的动力验算。把可能出现各种不利工况的成冲击能量的微小差异所引起的。可是各木梁的静力计算结冲击力仔细加以考虑,并列人理论计算中去,在施工中的模果差异很大,与此同时由于不同的结构尺寸也造成了不同的架也不能忽视某个点的薄弱环节,因为一个局部的坍塌会产冲击系数,随着刚度的增加而增加,而万变不离其宗的是冲生应T积計和坯的危险结构应该有足够的击应力不变,根据这个道理,冲击最大应力与冲击能有密切理中国煤化工保险措施,如各种防坠装关系。为此我们通过冲击能量来计算材料最大比能即可绕置CNMHG该是每个建筑工程师或学过静力学方法直接求解木材受弯的最大应力,这些将在以后者研究的重要课题。《建筑施工》第26卷