结构机理（共11篇）
结构机理 篇1
在51·2汶川特大地震面前, 桥梁结构作为生命线工程的重要组成部分, 总体上说经受住了地震的考验, 完成了震后保持交通畅通的使命。但对于桥梁结构在地震中表现出来的共性问题仍需进行深入讨论, 为此作者所在课题组在地震发生后对受灾地区各类型桥梁进行了考查总结, 并借鉴了相关文献的经验[1,2,3], 希望对今后桥梁的抗震设计提出一些有价值的建议。
1 典型桥梁震害分析
1.1 庙子坪大桥
庙子坪大桥为都汶高速公路最长的一座桥梁, 横跨都江堰紫坪铺库区通往漩口镇的岷江。如图1, 该桥主桥为预应力连续刚构桥, 125m+220m+125m设计, 其余19跨每跨50m, 为连续梁桥, 每跨梁由10片T梁构成, 总长1436m, 墩高大于100m[1]。
此次汶川地震, 该桥主体结构预应力连续刚构部分基本经受住了考验, 破坏主要集中在中间一跨位于伸缩缝位置处出现落梁及部分墩跨之间挡块出现横向挤压破坏。如图2 (a) 所示为落梁后残存在桥墩上相临跨T梁截面, 仔细观察发现两侧横向挡块均出现挤压破坏, 这也证明T梁受到横向往复地震力作用, 同时发现该桥为设置纵向挡块;图2 (b) 为两跨梁伸缩缝附近位置破坏情况, 其横纵向错动均非常明显, 伸缩缝纵向间距被拉大约1m, 横向的护栏被剪断;图2 (c) 显示的是位于预应力刚构部分与连续梁交接处的破坏情况, 显然, 交接处处于材料刚度的过渡, 破坏更为严重。
对于庙子坪大桥这样的特大桥梁, 纵向距离超过1000m, 其纵向未设置挡块是造成中间一跨出现落梁的根本原因, 加之桥梁中间跨其本身为桥梁变位最大的地方, 最终导致中间一跨出现落梁破坏。
1.2 小渔洞大桥
小渔洞大桥为四跨拱桥, 拱圈采用钢筋混凝土构架结构形式, 由一系列承压桁架杆组成, 桥墩台主要承受两侧桁架杆的侧向压力及上部桥面结构的重力, 各跨桥面板之间简支连接于桥墩台。汶川地震导致该桥产生了毁灭性破坏, 据最新消息, 该桥将被修建为 ‘汶川大地震遗址公园’从而将其保留下来。
通过对小渔洞大桥进行细致的现场调查, 结合图3显示的左数依次各跨的破坏情况, 认为该桥主要受到来自图3 (a) 左侧沿桥纵向的地震力作用, 第一跨桥面出现沿桥纵向的严重水平位移错动, 进而第二跨同样出现水平错动, 由于各跨桥面简支, 导致左数第一二跨出现落梁破坏, 这种作用力一直作用到图3 (c) 所示第四跨的桥台, 导致桥台出现挤压破坏。
对该桥结构破坏进行具体分析, 图3 (a) 为第一跨破坏情况, 显然当桥梁上部结构发生严重侧移, 而其构架式拱圈无法承受上部荷载最终导致落梁破坏, 脱落的纵梁击打到桥墩使桥墩严重倾斜, 而桁架杆件则完全挤压叠合在一起。图3 (b) 所示为第二跨与第三跨交接处的破坏, 清楚的显示该桥上部为简支结构, 同时其纵向搭接长度明显不足, 并且没有构造钢筋将两侧的桥板相连接。图3 (c) 为第四跨的破坏情况, 相比而言桥跨结构没有发生垮塌, 但与桥台连接处的桁架杆件仍然出现了严重的错位变形, 出现压屈破坏。
小渔洞大桥的破坏总结为:上部桥面过短的纵向搭接长度及复杂的刚构架拱圈结构形式是造成该桥破坏的主要原因。
1.3 高原大桥
虹口高原大桥位于都江堰虹口乡, 2006年竣工, 4×25m简支梁桥, 墩高15m, 梁系上部结构由8根矩形截面梁构成, 桥墩与每跨梁的纵向搭接长度为0.55m。
通过对该桥进行细致的现场考查, 认为其主要受到来自图4 (a) 显示的左侧沿桥纵向的地震力作用, 导致桥梁上部结构整体出现移位, 并在左数第三跨位置处出现落梁破坏, 如图4 (c) 显示, 落梁打到下部的桥墩上, 导致桥墩出现严重倾斜, 这股地震力一直传到右侧桥台处, 导致桥台出现严重挤压破坏, 桥面板挤压隆起达1m高, 估计该桥沿其纵向的最大水平位移达1.2m。
在桥梁受纵向地震力的同时, 其横向地震力作用不容忽视, 由于简支梁桥各跨是通过桥墩台简支相连, 其抵御横向地震力的方式仅是在桥墩处设置横向挡块将其约束, 如图4 (c) 所示, 其挡块已出现严重挤压破坏, 完全无法抵御更大的横向地震力作用。
高原大桥的破坏总结为:针对多跨简支梁桥, 其纵向挡块的设计是十分必要的, 它可使桥梁在一定程度上实现其整体工作, 同时横向挡块的设计受力需要提高。
2 其它桥梁震害分析
2.1 百花大桥
百花大桥是此次汶川地震中破坏最为严重的桥梁之一, 由于震后该桥处于失稳平衡状态而进行了爆破处理。由图5 (a) 显示, 显然过小的转弯半径是造成破坏的根本原因。
3.2 紫坪铺拱桥
如图6 (a) 所示, 紫坪铺拱桥毗邻紫坪铺大坝, 为两跨中承式钢管混凝土拱桥, 该桥在这次地震中表现很好, 主体结构没有发生破坏, 仅在拱桥与桥面交接处出现混凝土裂缝。
2.3 红白镇铁路桥
图7为一座位于什邡市红白镇的修建于70年代的山区铁路桥, 三跨结构, 两边各跨采用铁路桥梁典型的∏型截面, 中间一跨采用变截面预应力钢筋混凝土梁, 该桥在此次地震中仅左侧出现约10cm的水平错位, 结构整体完好。
2.4 山区拱桥
此次地震主要位于川西北地区, 以山区地形为主, 修建于不同年代的圬工拱桥结构形式非常普遍, 并且总体讲, 它们在地震中的表现非常出色, 不完全统计数据显示其破坏比例并不大, 故有必要在本文中加以提及。
特别注意图8 (b) 所示通往虹口山区的一座混凝土拱桥, 由图所示, 在周围发生山崩地裂、山体滑坡极为严重、道路严重损坏的情况下, 该拱桥却安然的屹立于此, 表现令人震惊。
3 结语
由于汶川地震发生于川西北, 以山区地形为主, 故该地区桥梁结构受很强的地理因素影响, 以多跨连续梁桥 (庙子坪大桥、百花大桥) 、简支梁桥 (高原大桥) 及各个年代修建的拱桥 (小渔洞大桥、山区拱桥等) 为主。
这次桥梁破坏总体表现为以下几个方面:
(1) 无论连续梁桥还是简支梁桥, 破坏主要集中在上部结构的落梁破坏及横纵向滑移问题, 桥梁下部结构如桥墩基础基本完好。
(2) 小渔洞桥等典型的桁架式拱桥由于其结构传力途径复杂, 破坏严重。
(3) 相比于许多现地桥梁结构, 拱桥这种古老的结构形式在地震中的表现很好。
对今后桥梁抗震设计建议:
(1) 加强桥梁各跨间的构造连接, 特别注意纵向挡块的设置以防止落梁的产生。
(2) 桥梁结构的设计应以截面形式简洁、结构传力途径明确为目标。
致谢:本文所作大量现场调研工作得到了四川大学科技处和外事处的大力支持, 也得到四川大学建筑与环境学院相关老师同学以及当地政府和老白姓无私帮助, 在此表示衷心的感谢, 其中部分照片来自台湾地震研究中心 (NCREE) 洪晓慧副研究员及长安大学刘健新教授网络上提供的相关资料, 在此也表示衷心的感谢!
摘要：汶川地震影响范围大、波及范围广历史罕见, 桥梁结构作为生命线工程的重要组成部分, 抗震意义非常重大。笔者所在的课题组在震后多次深入灾区考查, 收集关于桥梁结构的震害资料, 通过总结现行桥梁震害特征, 提出沿桥梁纵向各桥跨间应设置有效构造连接及纵向挡块, 以及桥梁结构设计应以截面形式简洁、结构传力途径明确为目标。
关键词：汶川地震,桥梁结构,震害特征
参考文献
[1]洪晓慧.从四川汶川地震看桥梁耐震问题与对策探ht-tp://www.narl.org.tw/tw/topicfile_download.php?top-ic_file_id=566.
[2]刘健新.公路桥梁抗震设计细则《08细则》.长安大学.
[3]百花大桥图片来自中国空军网.
[4]丁剑霆, 姜淑珍.唐山地震桥梁震害回顾[J].世界地震工程, 2006, 22 (1) .
[5]陈敬.云南地区地震的桥梁震害[J].地震研究, 2000, 23 (4) .
[6]陈彦江, 袁振友.美国加利福尼亚州桥梁震害及其抗震加固原则和方法[J].东北公路, 2001 (1) .
结构机理 篇2
结合汶川地震浅析桥梁结构震害机理
汶川地震影响范围大、波及范围广历史罕见,桥梁结构作为生命线工程的.重要组成部分,抗震意义非常重大.笔者所在的课题组在震后多次深入灾区考查,收集关于桥梁结构的震害资料,通过总结现行桥梁震害特征,提出沿桥梁纵向各桥跨间应设置有效构造连接及纵向挡块,以及桥梁结构设计应以截面形式简洁、结构传力途径明确为目标.
作 者：王旋 李碧雄 王哲 顺远坤 雷涛 Wang Xuan Li Bixiong Wang Zhe Shun Yuankun Lei Tao 作者单位：四川大学,建筑与环境学院,四川,成都,610065 刊 名：甘肃科技 英文刊名：GANSU SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： 25(5) 分类号：P315.6 关键词：汶川地震 桥梁结构 震害特征结构机理 篇3
关键词：沥青路面 影响因素分析 水损破坏 细观结构 损
伤演化规律
1 概述
近年来，由于环境的破坏致使雨水灾害频发，沥青路面结构水损坏现象越来越突出，致使路面结构的使用寿命和性能大幅下降，该问题已逐步引起学术界和工程界的关注。
目前，我国的沥青路面采用多层的结构形式，各层在材料组成、压实程度等方面存在一定差异，另外，层内不同材料在热学、物理、力学等方面的特性也不尽相同，导致层间或层内不同材料的交界面存在各种形状的微裂缝、微缺陷。投入运营后，在降雨-蒸发循环、雨水侵蚀、车辆载荷等因素的共同作用下，材料的性能和材料间的粘结强度会逐渐降低，结构内微裂缝、微缺陷的状态也会逐步劣化，进而导致路面结构发生各种形式的损坏。有资料表明，由雨水引发的沥青路面微细结构损伤主要体现在材料内聚力和材料间粘着力的降低，以及雨水对结构的腐蚀、冲刷等方面。考虑到雨水对路面结构影响的严重性，国内外一些学者从不同层面对其进行了研究。
2 现状综述
2.1沥青路面结构水损影响因素分析 为明确沥青路面结构水损的影响因素，评价其影响情况，学者们在此方面进行了一些研究，如Lytton.R.L等人认为路面结构水损坏可归结为水分进入沥青与集料交界面或进入沥青材料内部引起结构强度和耐久性降低两个方面，并借助表面能理论和动力学理论，提出了一个可用来解释沥青混合料动力学计算结果和结构损坏程度的新方法；G.D.Airey等人针对沥青材料的粘结性受时间影响显著这一实际情况，提出了一个老化沥青混合料水损试验方法（SATS），并将该法用于分析集料、填充材料、沥青等材料对路面水损的影响情况；沙庆林院士通过分析水破坏的现象和原因，提出从控制沥青路面结构面层空气率（不大于5%）、增强沥青与矿料的粘结力、提高压实标准、增设排水层或防水层等方面来降低雨水对沥青路面结构的破坏程度。
2.2 沥青路面水损细观结构变化分析 为探讨沥青混凝土内部结构排列，及其与整体宏观性能间的关系，学者们进行了一些研究，如WANG L B[4]基于沥青混凝土X- ray CT切片图像，提出了一种进行三维细观结构重构的图像差值方法，并用对3种沥青混凝土内部孔隙的大小、空间分布、损伤面积、损伤张量等进行了定量研究；李晓军通过不同扫描参数下的CT扫描，从CT数和CT图像两方面分析了试件内部的初始结构，着重对比了试件内部不同层面孔隙的分布，为评价沥青胶结颗粒材料初始损伤奠定了基础；Jonathan Howson等人通过分析集料与沥青粘结面的微观损伤过程、粘结材料的粘结强度和耐久性，从组成材料的基本特性方面对沥青混合料的水损破坏过程进行了较为详细的研究。
2.3 沥青路面结构损伤演化规律 在结构损伤演化方面，学者们也进行了一些研究，如周志刚通过研究认为沥青类路面疲劳开裂的实质是结构层在交通荷载循环作用下内部逐渐损伤劣化形成宏观裂缝的过程，裂缝扩展阶段的寿命直接影响路面结构的疲劳寿命。Q.Z.Zhu等采用热力学分析方法对于拉、剪和拉剪组合应力状态下，脆性材料裂纹滑动与损伤演化的相互作用进行了研究。
3 现状分析
综观上述各方面研究，尽管各研究均具有一定的实用价值和理论指导意义，但受试验设备、研究手段、研究侧重点等方面因素的限制，现有的研究成果尚难全面揭示沥青路面结构水损问题，主要体现在：①关于沥青路面水损方面的研究成果主要基于对宏观物理力学指标的分析，提出的评估模型和防治措施的细观理论支撑不足。②涉及水损状况下微结构状态变化、微裂纹（微缺陷）发展、材料粘结力降低等方面的研究成果很少，难以揭示结构破坏的细部原因。③关于沥青路面结构水损演化规律方面的研究成果不多，且损伤因子定义中对材料内聚力、材料间粘结力、微裂缝（微缺陷）等因素的考虑不足。④所建立的损伤演化规律评估模型中未考虑细观指标的不确定性，影响评估结论的可靠性。
4 讨论
鉴于现在研究成果中的欠缺，有必要在如下几方面开展进一步的研究：①从宏、微细观试验研究入手，研究沥青路面结构水损过程中细观结构状态、微裂缝（微缺陷）发展等细观指标的变化，以及材料内聚力和材料间粘结力降低情况，揭示沥青路面结构水损破坏机理。②根据水损的实际情况，从微观角度对结构损伤过程进行分析，建立沥青路面结构水损演化方程和损伤状态评估模型。③进一步完善路面结构设计理论和水损防治理论，在研究方法和理念上有所创新与突破。
参考文献：
[1]Lytton，R.L.，Masad，E.A.，Zollinger，C.，Bulut，R.and Little，D. Measurements of Surface Energy and its Relationship to Moisture Damage[R].Technical Report.2005，FHWA/TX-05/0-
4524-2.
[2]沙庆林.高速公路沥青路面的水破坏及其防治措施（上）[J]. 国外公路，2000，20（3）：1-4.
[3]WANGLB，FROST J D，VOYIADJIS G Z，et al.Quantification of damage parameters using X-ray tomography images[J].Mechanics of Materials，2003，35（8）：777-790.
[4]李晓军，张肖宁，武建民.沥青混合料单轴重复加卸载破损CT识别[J].哈尔滨工业大学学报，2005，37（9）：1228-1230.
桥梁结构裂缝机理分析及防治对策 篇4
桥梁结构在施工和营运使用过程中,常常会出现各种不同形式的裂缝。由砖、石、混凝土构筑而成的桥梁结构物,由于砖石砌体及混凝土材料的抗拉能力弱,稍微受拉就有可能产生裂缝。当混凝土的裂缝宽度发展到一定程度时,构件内的钢筋就会因混凝土开裂而锈蚀;对于砖石砌体结构,其抗拉强度小,结构脆性较大,裂缝荷载比较接近或几乎等于破坏荷载,当砖石砌体出现由于荷载引起的裂缝时,往往是砌体破坏的特征或前兆,应作及时分析和处理。因此,由砖石砌体及混凝土构成的桥梁结构裂缝,如果得不到及时处理,将会危及桥梁安全并最终导致桥梁损毁,给人们生命财产安全带来损失。研究桥梁结构裂缝的机理,并据此采取相应的防护措施,保障桥梁安全营运具有重要意义[1]。
2 桥梁结构裂缝机理分析
砖石砌体产生裂缝是常见的一种缺陷。裂缝的产生将对结构的耐久性、美观、强度和刚度等方面产生不同程度的影响。砖石砌体裂缝根据其产生的原因可分为三种[2]:(1)沉降裂缝。它一般是由地基基础沉降和砌体灰缝沉降引起的,基础沉降产生的砌体裂缝有斜面裂缝、垂直裂缝和水平裂缝三种。(2)温度裂缝。砖石砌体不均匀受热,温差较大时亦易引起裂缝,尤其是当结构的温度变形受到约束时,温度应力可导致砌体的开裂。(3)砌体的强度不足及荷载引起的裂缝。它通常包括受竖向荷载而产生的竖向裂缝、受水平拉力而产生的裂缝、受弯时产生的裂缝、受偏心压力时产生的裂缝、水平受剪时产生的水平裂缝、竖向受剪时产生的竖向错开裂缝。
混凝土构件出现的裂缝的形式很多,根据裂缝产生的原因,一般可分为两大类,由自身应力形成的裂缝和荷载作用下产生的裂缝。
由混凝土自身应力形成的裂缝主要包括:(1)收缩裂缝——混凝土凝固时,一些水分与水泥颗粒结合,使体积减小,另一些水分蒸发,也使体积减小,混凝土的干燥过程是由表面逐步扩展到内部,在混凝土内呈现含水梯度。因此产生表面收缩大,内部收缩小的不均匀收缩,致使表面混凝土承受拉力,内部混凝土承受压力。当表面混凝土所受的拉力超过其抗拉强度时,便产生收缩裂缝。(2)温度裂缝——混凝土受水泥水化放热、阳光照射、大气及周围温度、电弧焊接等因素影响而出现冷热变化时,将发生收缩和膨胀,产生温度应力,温度应力超过混凝土强度时,即产生裂缝。通常,大体积混凝土,灌注之后由于水化放热,内部温度很高,如无妥善散热措施,由于内外温差太大,很易形成温度裂缝。蒸气养护及冬季施工时如措施不当,混凝土骤冷骤热,内外温度不均,也易发生温度裂缝。当构件较长且两端固定时,由于周围温度变化将产生附加的温度应力,该附加应力和原有内力的合力超过混凝土强度时就会产生破坏裂缝。在新旧混凝土接头处、沿接缝面的垂直方向也易产生裂缝,这也是由于水泥水化热引起的温度裂缝。预制构件安装时,预埋铁件焊接措施不当,使铁件附近混凝土产生的裂缝也是一种温度裂缝。
由荷载作用下产生的裂缝包括:(1)弯曲裂缝——对受弯构件和压弯构件,弯曲裂缝首先出现在弯矩最大的截面的混凝土受拉区。梁板结构的正弯矩裂缝一般位于跨中,从底边开始向上发展,负弯矩裂缝位于连续或悬臂梁板的支座附近,自上向下发展。随着荷载的增大,裂缝宽度增大,长度延伸,缝数增多,裂缝区域逐渐向两侧发展。(2)剪切裂缝——首先发生在剪应力最大的部位,对受弯构件和压弯构件,往往发生在支座附近,由下部开始,沿着与轴线成25°~50°的角度裂开。随着荷载的增大,裂缝长度将不断增大并向受压区发展,裂缝缝数不断增多并分岔,裂缝区也逐渐向跨中方向扩大。(3)断开裂缝——受拉构件在荷载作用下产生的裂缝均沿正截面开展,裂缝的间距有一定的规律性。受拉构件在内力较小时,混凝土和钢筋均匀承受拉力,拉应力值较小不超过混凝土抗拉极度限,随着内力增大,钢筋应力达到流动极限,钢筋伸长率较大,裂缝很宽超过设计规范允许宽度的许多倍,这时多为使用所不允许的状态。(4)扭曲裂缝——该裂缝一般45°倾斜方向。钢筋混凝土构件在扭曲作用下,产生的裂缝一般有许多条,裂缝出现后混凝土保护层剥落,扭曲产生的扭矩改由钢筋承担,直至钢筋滑动时构件完全破坏。(5)局部应力引起的裂缝——其主要表现在:墩台支座处受到大局部压力、构件突然受到冲击荷载、构件角隅处、预应力梁端锚固端受到较大局部应力而引起裂缝。
3 桥梁结构裂缝的维修处治对策[3]
桥梁结构出现裂缝之后,应加强检查与观测。根据裂缝的特征,结合设计、施工资料进行分析,查明裂缝性质、原因及其危害程度,确定是否需要修补并为修补方案的制订提供可靠的依据。砖石砌体、混凝土及钢筋混凝土结构物裂缝的修理,主要的目的是恢复结构的整体性、保持结构的强度、刚度、耐久性、抗渗性及外形的美观。笔者结合近几年来国内外的有关桥梁维修加固工作实例,总结出几种对桥梁结构裂缝的维修处治措施。
3.1 表面封闭修补法
包括填缝、表面抹灰、凿槽嵌补、表面喷浆等几种。(1)填缝是砖石砌体裂缝修理中最简便的一种方法。操作时,将缝隙清理干净,根据裂缝宽度不同分别用勾缝刀、抹子、刮刀等工具进行操作,所用灰浆通常采用1:2.5或1:3水泥砂浆,一般不得低于砌筑灰浆的强度。填缝处理后可在美观、耐久性等方面起到一定的作用,而对砌体的整体性、强度等方面所起的作用甚微。(2)表面抹灰是指用水泥浆、水泥砂浆、环氧基液及环氧砂浆等材料涂抹在裂缝部位的砖石砌体或混凝土表面上的一种修补方法。采用水泥砂浆涂抹可先将裂缝附近的混凝土表面凿毛,并尽可能使糙面平整,经洗刷干净后,洒水使之保持湿润,涂抹时注意厚度,太厚容易使砂浆在自重作用下剥落,太薄则易在收缩时开裂,其总厚度一般应为1.0cm~2.0cm。温度高时,涂抹3.0h~4.0h后即需洒水养护,并防止阳光直接照射,冬季应注意保温,切不可受冻。(3)凿槽嵌补是沿混凝土裂缝凿一条深槽,然后在槽内嵌补各种粘结材料。修补时先沿裂缝凿槽,槽形根据裂缝位置和填补材料而定。槽的两边混凝土面必须修理平整,槽内要清洗干净,必要时可在填料前用丙酮擦一遍。用水泥砂浆填补,事先要保持槽内湿润;用沥青或环氧材料填补时,要保持槽内干燥,否则应先采取其他措施,使槽内干燥后再进行填补。(4)表面喷浆修补是在经凿毛处理的裂缝表面,喷射一层密实而且强度高的水泥砂浆保护层来封闭裂缝的一种修补方法。根据裂缝的部位、性质和修理要求与条件,可分别采用无筋素喷浆、挂网喷浆,或挂网喷浆结合凿槽嵌补等修补方法。
3.2 压力灌浆修补法
指施加一定的压力,将某种浆液灌入结构物内部裂缝中去,以达到封闭裂缝,恢复并提高结构强度、耐久性和抗渗性能的一种修补方法。此法一般用于裂缝多且深入结构内部或结构有空隙的修补场合,它包括水泥灌浆、化学灌浆。(1)水泥灌浆的工艺流程包括六个部分:裂缝检查及处理→钻孔及清孔→止浆或堵漏处理→压水试验→灌浆→封孔及质量检查。在每一道工序操作中,都应严格遵守相应的施工规范,否则起不到良好的效果。(2)采用化学材料灌浆,修补结构裂缝,可以大大改善灌浆材料的可灌性能,施工机械简单,操作简便,其应用日趋广泛,用于修补混凝土裂缝的化学灌浆材料,常用的主要有环氧树脂灌浆材料和丙烯酸酯类灌浆材料两种。采用化学材料灌浆时要注意采取防护措施,包括有效通风、密封、皮肤保护、环境保护、防火防爆等。
3.3 表面粘贴修补法
指用胶黏剂把玻璃布或钢板等材料粘贴在裂缝部位的混凝土面上,达到封闭裂缝的目的的一种修补方法。常用的有玻璃布粘贴和钢板粘贴两种方法。
4 结语
桥梁结构裂缝的成因有多种多样,处理的方法也各有不同,上述诸方法都是在日常工作中经过长期探索得到的,经过了实践的检验,是行之有效的。当然,有关桥梁结构裂缝的成因及防治对策是很复杂的,都有待进一步研究。只有搞清楚了裂缝的机理,才能对症下药,找到合理的处治措施,充分利用国家有限的建设资金发挥最大的经济效益。
摘要：对桥梁结构裂缝的形成机理作了深入分析,指出了砖石砌体结构和钢筋混凝土结构裂缝形成的根本原因,提出了相应的防治对策,并对各种防治措施的施工过程作了简明扼要的介绍,为桥梁维修加固工作提供了指导依据。
关键词：结构裂缝,表面封闭修补,压力灌浆修补,表面粘贴修补
参考文献
[1]杨文渊.桥梁维修与加固[M].北京:人民交通出版社,1994.
[2]邵容光.结构设计原理[M].北京:人民交通出版社,1995.
结构机理 篇5
库车坳陷异常压力十分发育,根据实测地层压力数据和声波时差曲线的变化特征,把该坳陷纵向压力结构划分为5个具有不同特征的压力带:正常压力带、第一压力过渡带、第一超压带、第二压力过渡带和第二超压带.各压力过渡带压力梯度明显超过静水压力带和超压带,具有高声波时差的特征,在地质上基本都是区域性盖层;在超压带中,气藏的`剩余压力随深度的增加而减小.对坳陷内主要圈闭实测剩余压力与盖层厚度、构造挤压强度、烃源岩排烃强度、埋藏深度的变化(埋藏和剥蚀)等地质因素相关性统计分析表明,构造挤压和流体充注是目前库车坳陷异常高压形成的主要因素,而膏盐盖层的厚度对超压的保持具有至关重要的作用.
作 者：柳广弟 王雅星 Liu Guangdi Wang Yaxing 作者单位：教育部“石油天然气成藏机理”重点实验室・中国石油大学 刊 名：天然气工业 ISTIC PKU英文刊名：NATURAL GAS INDUSTRY 年，卷(期)：2006 26(9) 分类号：P61 关键词：塔里木盆地 库车坳陷 异常高压 盖层 构造挤压 排烃★ 青春痘的形成原因
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结构机理 篇6
关键词：混凝土结构；钢筋锈蚀；机理；因素
1混凝土中钢筋锈蚀的原因
1.1在施工方面对钢筋保护层厚度重视不够，造成钢筋保护层厚度不足
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）在构造规定中，对设计使用年限为50年的结构受力钢筋的混凝土最小保护层厚度有明确规定；只有包裹在钢筋外边的混凝土不小于规定的厚度，50年后钢筋才开始锈蚀。如果保护层厚度不足，里面的钢筋就会提前锈蚀。
1.2施工材料的不正常使用
建国十周年的十大建筑属于特级建筑，应该使用100年以上不会有问题，但在使用了50年左右翻新时发现，其中的有些25mm的钢筋锈得只有10mm了，承载力和原来相比相差甚远。问题主要就是施工材料的使用，当时冬季施工要在混凝土中加入了很多盐，以保证混凝土不冻，这样就可以加快施工进度，这种方法非常腐蚀钢筋，因此极大的影响了建筑物的使用寿命。
1.3钢筋混凝土中裂缝的影响
一般认为混凝土只要达到设计强度等级的要求就可以了，对混凝土存在的开裂却认识不足。混凝土是非匀质材料，在空气中永远呈收缩变形。有些施工单位为保护混凝土的强度，盲目加大水泥的用量；使用水化热较大的水泥配制大体积混凝土为保证混凝土的流动性，在施工过程中随意加水或选用不合适的外加剂和掺合料；混凝土浇筑后的养护跟不上或根本不注意混凝土的养护等等,都是造成混凝土开裂的原因，混凝土裂缝的产生，就等于减小了钢筋保护层厚度，如果裂缝深度超过了保护层的厚度，就意味着钢筋从此就已经开始锈蚀了。
参考文献
[1]《混凝土结构》罗向荣主编
[2]《建筑材料》王春阳主编
焊接结构的脆性破坏机理与预防 篇7
通过大量焊接结构脆断事故分析发现有下述一些现象和特点。
1.1 破坏时没有或极少有宏观塑性变形产生, 一般都有断裂碎片散落在事故周围。
断口是脆性的平断口, 宏观外貌呈人字纹和晶粒状, 根据人字纹的尖端可以找到裂纹源。微观上多为晶界断裂和解理性断裂。
1.2 脆断时, 裂纹传播速度极高, 当裂纹扩展进入更低的应力区或材料的高韧性区时, 裂纹就停止扩展。
1.3 若模拟断裂时的温度, 在断口附近材料做韧性实验, 则发现其
韧性均很差, 对离断口较远材料进行力学性能复验, 其强度和伸长率往往仍符合原规范要求。
2 焊接结构脆断的原因
2.1 影响金属材料脆断的主要因素
同一种金属材料由于受到外界因素的影响, 其断裂的性质会发生改变, 其中最主要的因素是温度、加载速度和应力改变, 而且这三者往往是共同起作用。
2.1.1 温度对材料断裂性质影响很大。
随着温度降低, 材料的屈服应力和断裂应力增加。而反映材料塑性的断面收缩率却随温度降低而降低。温度不仅对材料的拉伸性能有影响, 也对材料的冲击韧度、断裂韧度发生类似的影响。随着温度降低, 其韧性和韧度都下降。
2.1.2 应力状态的影响。
物体受外载时, 在不同截面上产生不同的正应力和切应力, 在主平面上作用有最大正应力, 与另一与之垂直的主平面上作用着的最小主应力与主平面成45°角的平面上作用着最大的切应力, 当最大切应力达到屈服强度后产生滑移, 表现为塑性变形。若先达到材料切断抗力, 则发生延性断裂。若最大拉正应力首先达到材料的正断抗力, 则发生脆性断裂。
2.2 影响结构脆断的设计因素
焊接结构是根据焊接工艺特点和使用要求而设计的。设计上, 有些不利因素是这类结构固有特点造成的。因而比其他结构更易于引起脆断。这些因素如下。
2.2.1 焊接连接是刚性连接。
焊接接头是通过焊缝把两母材熔合成连续的, 不可拆卸的整体, 两母材之间已没有任何相对松动的可能。结构一旦开裂, 裂纹很容易从一个构件穿越焊缝传播到另一构件, 断面扩展到结构整体, 造成整体断裂。
2.2.2 结构的整体性, 因而其刚性大。焊接结构这一特点, 导致对应力集中因素特别敏感。
2.2.3 构造设计上存在有不同程度的应力集中因素。
焊接接头中的搭接接头、T形接头和解接头, 本身就是结构上不连续部位。连接这些接头的角焊缝, 在焊趾和焊根处便是应力集中点。
2.2.4 结构细部设计不合理。尤其是细部设计考虑不周, 也会导致缺陷处或几何形状突变、就独联体和应变集中处开始的。
2.3 影响结构脆断的工艺因素
焊接结构在生产过程中一般要经历下料、冷 (或热) 成形、装配、焊接、矫形和焊后热处理等工序。金属材料经过这些工序其材质可能发生变化, 焊接可能产生缺陷, 焊后产生残余应力和变形等, 都对结构脆断有影响。
2.3.1 应变时效对结构脆断的影响。
许多低强度结构钢应变时效引起局部脆化非常严重, 它大大降低了材料延性, 提高了材料的脆性转变温度, 使材料的缺口韧性和断裂韧度值下降。热 (动) 应变时效对脆性的影响比作硬化后的应变时效更大, 即前者的脆性转变温度高于后者。
2.3.2 焊接接头非均质性的影响。
焊接接头中焊缝金属与母材之间有强度匹配问题, 以及焊接的快速加热与冷却, 使焊缝和热影响区发生金相组织变化问题。这种非均质性对结构脆断有影响。
1) 焊缝金属与母材性能不匹配。结构钢焊接在选择焊接填充金属时, 总是以母材强度为依据。由于焊材供应或焊接工艺需要等原因, 可能有三种不同强度匹配情况, 即焊缝金属强度略高于母材, 等于母材强度, 略低于母材强度的匹配。这三者只考虑了强度问题, 因而不够全面。通常强度特别高的钢材其延性和韧性相对较差。相反, 强度级别低的钢材其延性的韧性相对都较好。很难做到既等强度又等韧性的理想匹配。
2) 接头金相组织发生变化。焊接局部快速加热和冷却的特点, 使焊缝和热影响区发生一系列金相组织的变化, 因而相应地改变了接头部位的缺口韧性。
4) 焊接工艺缺陷的影响
焊接接头中易产生三种缺陷:平面缺陷、体积缺陷、成形不佳。这三类缺陷中以平面缺陷对结构断裂影响最为严重, 而平面缺陷中又以裂纹缺陷影响最甚。
平面缺陷中若裂纹位于高值拉应力区, 就更容易引起低应力破坏。体积缺陷也同样是削减工作截面而造成结构不连续, 也是产生应力集中的部位, 它对脆断的影响程度决定于缺陷的形态和所处位置。焊接角变形越大, 破坏应力也越低。
3 防止焊接结构脆性破坏的措施
材料在工作条件下韧性不足, 结构上存在严重应力集中和过大的拉应力是造成结构脆性破坏的主要因素。若能有效地解决其中一方面因素所存在的问题, 则发生脆断的可能性将显著减小。通常从选材、设计和制造三方面采取措施来防止结构的脆性破坏。
3.1 正确选用材料
所选钢材和焊接填充金属材料应保证在使用温度下具有合格的缺口韧性。通常是从缺口韧性和断裂韧度两方面进行材料选定。
3.1.1 按缺口韧性试验选择材料。
对某一用途的钢材, 在什么温度下, 用什么冲击试样以及冲击值应达到多少才符合设计要求, 各国家和部门都有标准和规定。
3.1.2 按断裂韧度来选择材料。
当选择某一用途的结构材料时, 必须综合考虑强度和韧度两方面的要求。抗裂比大的材料, 容易因强度不够而失效, 这属于传统强度条件解决的问题。抗裂比小的材料, 则容易因断裂韧度不足而引起低应力的脆性断裂, 而使强度未得到充分发挥。所以选材最理想的情况是同时满足传统的强度条件和断裂力学断裂准则, 这样确定材料的屈服极限可达到最优的强度水平。
3.2 合理的结构设计
设计有脆断倾向的焊接结构, 应注意以下几个原则。
3.2.1 尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中。
1) 应尽量采用应力集中系数小的对接接头, 避免采用搭接接头。2) 尽量避免断面有突变。3) 避免焊缝密集, 焊缝之间应保持一定的距离。4) 焊缝应布置在便于施焊和检验的部位, 以减少焊接缺陷。
3.2.2 减小结构刚度
在满足使用要求下, 尽量减小结构的刚度。刚度过大会引起对应力集中的敏感性和大的拘束应力。
3.2.3 避免过厚截面
不采用过厚的截面, 厚截面结构容易形成三向拉应力状态, 约束塑性变形, 而降低断裂韧性并提高脆性转变温度, 增加了脆断危险。
3.3 制造
有脆断倾向的焊接结构制造应注意以下几点
3.1对结构上任何焊缝都应看成是工作焊缝, 焊缝内外质量同样重要。
3.2在保证焊透的前提下减少焊接热输入, 或选择热输入量小的焊接方法。
3.3 充分考虑应变时效引起局部脆性的不利影响。尤其是结构上受拉边缘, 要注意加工硬化, 一般不用剪切而用气割或刨边机加工边缘。
3.4 减小或消除焊接残余内应力。
焊后热处理可消除焊接残余应力。同时也能消除冷作引起的应变时效和焊接引起的动应变时效的不利影响。
4 结束语
为防止重要焊接结构发生脆性破坏, 除采取上述措施外, 在制造过程中还要加强质量检查, 采用多种无损检测手段, 及时发现焊接缺陷。在使用过程中也应不间断地进行监控。发现不安全因素及时处理, 能修复的须及时修复。才能有效防止脆断事故的发生。
摘要：焊接结构应用以来, 曾发生过一些脆性断裂事故。这些事故无征兆, 是突然发生的。一般都有灾难后果, 所以必须予以高度重视。引起焊接结构脆断的原因是多方面的, 它涉及材料选用、构造设计、制造质量和运行条件等。防止焊接结构脆断是一个系统工程, 光靠个别试验或计算方法是不能确保安全使用的。
结构机理 篇8
产业结构作为以往经济增长的结果和未来经济增长的基础, 成为经济发展的根本因素。产业结构向着合理化方向调整, 能够更充分利用国际分工的好处和本国的各种资源, 全社会的生产、交换、分配、消费和扩大再生产能够顺畅地进行, 形成良性循环[1]。
产业结构的调整动力来源于市场需求的变化和产业之间成本的相对变化。 市场需求的变化使得产品供应结构发生改变, 产业间相对成本的变化使得某个国家或区域的相对比较优势发生变化。市场需求的变化和产业成本的改变都将引导要素在产业间的增加或减少。波兰经济学家布辛斯基 (Rybczynski) 认为一种生产要素的增加将会减少另一种要素密集型产品的生产。随着某种生产要素的积累和增加, 要素密集度就会发生变化, 从而导致比较优势的变化, 这时应相应地调整产业结构, 否则不当的产业结构将阻碍经济的持续增长[2]。
产业集群是一种高效率的产业组织形式, 产业集群的形成使得生产要素快速集聚, 并形成信息集聚和市场集聚。市场规模与社会资源、经济制度、生产要素、信息等形成正强化特性, 促使产业集群快速发展。产业集群的发展通过集群行业市场的成熟和挑剔性的需求, 改变行业中需求结构的变化, 同时集群内部关联企业群体的竞争与竞合, 促进了技术进步和成果的转化。技术创新使得集群内要素的单位利润上升, 要素使用的集约化进一步吸引要素的快速集聚, 要素在市场机制的作用下, 在不同产业之间自由的流动, 使得产业结构自发的进行调整和升级。
2 产业结构调整机理
2.1 市场需求拉动产业结构调整
在市场经济环境下, 任何生产活动无不是围绕着市场的需求来进行。无论产品科技含量如何高, 功能如何先进, 如果没有了市场需求企业将无法生存, 同时该产业也会走向衰退与消亡。
首先, 一个新兴产业的产生以具有了一定的市场需求为前提。社会资源的有限性和人类欲望的无限性之间的矛盾推动着社会经济的不断发展, 随着社会的不断发展, 人们对产品产生更为苛刻的需求以及全新的欲望, 为了满足新的市场需求, 社会化分工不断细化, 在市场规模较小时, 往往由一些原有的产业中增加新的工艺, 而随着市场容量的不断扩大, 使得市场规模能够吸纳一个新兴的产业时, 新兴产业就此诞生。因此市场需求规模的大小往往是与产业分工空间是一一对应的。
其次, 需求结构的变动是产业结构调整的原动力。需求结构是按照需求层次按照一定得顺序从低级向高级演化的。按照恩格尔定律, 随着经济的不断发展, 恩格尔系数逐渐减小。按照产品增值环节, 需求分为中间需求和最终需求。中间需求是在产业链条中, 由某一产业生产出来的产品, 被链条中的下一产业或者生产环节所购买, 用作原料或者投入品。最终需求是由个人消费、设备投资、政府购买和出口组成, 无论哪种最终需求, 它们的特点都是用来最终消费。随着经济的不断发展, 经济社会创造的社会总价值不断提高, 人均可支配收入不断增加, 人们的消费结构也随之产生了巨大的变化, 从一开始收入主要用于食品、服饰等生活必需品, 发展到可支配收入主要用于住房、汽车、电器等耐用品的消费, 从主要用于物质消费发展为追求精神消费的需求结构。为了适应经济社会消费结构的变化, 生产结构自然随之进行调整, 呈现出第一产业和产品粗加工发展相对缓慢, 产品的深加工和高附加值行业、高新技术产业、服务业等快速增长的态势。在人们最终需求不断追求高端化的过程中, 下游产业对上游产业产品的要求也日渐苛刻, 因此带动了中间需求的快速发展。“消费需求变动推动生产发展和结构变化, 生产发展和结构变化又创造出新的需求, 反过来再影响生产发展和结构变化的趋势”[3]。这些比例关系的变化无一不推动产业结构变化。
第三, 产业的生命周期是产品生命周期的宏观反映。产品的生命周期分为产生——发展——成熟——衰退的过程, 当新产品产生时, 一方面由于技术不够成熟和市场认知度的欠缺, 市场容量较小;随着技术不断成熟和市场需求的不断扩大, 产品进入快速发展期, 直至技术完全成熟, 成本大幅下降, 消费普及率较高;随着人们对产品性能要求的不断高度化, 展开了新一轮的技术创新, 新的更高性能的替代品出现, 原来的产品进入了衰退期。体现在产业方面, 当新产品的市场需求达到一定规模时, 该产业和上下游产业及相关的服务型产业从原有的产业中分离出来;随着市场需求不断扩大, 产业进入了快速发展的阶段;产品成熟期的到来, 意味着与该产业相关的技术、市场进入了成熟期, 即产业的成熟期;随着新技术的诞生, 新型更高性能产品的出现, 市场对原有产品的需求迅速下降, 整个产业进入了衰退期。正是由于产业的不断更替和高级化, 推动了产业结构的调整和升级。
2.2 要素投入产出效率影响产业结构调整
经济学中要素包括劳动力、资本和技术进步, 在市场经济条件下, 要素自由流动, 其本质是追求利润最大化。从长期来看, 如果一个产业的要素回报率高于其他的产业, 则其在逐利的本质驱动下就会流向该产业, 相反就会流出该产业。只有要素在各个行业达到一般均衡, 才会停止流动。反映在产业的发展周期中, 当某产业处于快速发展的朝阳阶段, 表现为巨大的市场需求和产业规模的高成长性, 要素在该产业中必然能够获得超额利润, 要素将源源不断的流入该产业;随着产业进入成熟期, 其市场规模不再扩大, 在边际效益递减规律的作用下, 单位要素的产出率将下降到一般均衡水平, 于是要素停止进入该行业, 行业规模不再扩大;在产业的衰退期, 市场规模不断萎缩, 使得单位要素的产出低于一般均衡的水平, 为了追求利润的最大化, 要素必然流出该产业, 产业走向衰落。
从微观来看, 若劳动力在某个产业获得工资收入高于其它产业, 在市场经济条件下, 劳动力会很快流向这一产业, 如果该产业市场规模不断增长, 此时劳动力的边际收益并不会明显下降, 甚至还有增加的可能性, 此时在劳动力迅速增加的情况下, 资本显得更为稀缺, 资本单位收益率将不断增加, 在资本自由流动的市场经济条件下, 大量的资本将流入该产业。大量的资本和劳动力的流入为技术进步创造了条件, 快速增长的市场规模为技术进步提供了巨大的需求, 因此随之而来的是产业成长中的巨大的技术进步。于是该产业进入快速的成长期。反之将进入衰退期。
2.3 技术进步加快产业结构调整
技术进步促进了经济的增长和人均可支配收入的提高, 给人类提供了更为高效便捷的生活方式和效率更高的生活工具, 同时使人类的认知程度大大提高, 从而改变了人们的消费心理和需求层次。一方面人类对生产提出更高的要求, 另一方面技术创新成果的积累也为人类的智慧和素质的提高创造了条件, 从而需求和创新形成了正积累机制。在此机制的作用下, 不断产生前所未有的新产品、新服务和新的生产方式, 那些过时的落后的产品和服务逐渐淡出了人们的生活, 提供过时产品和服务的厂商也随即消亡。技术进步的幅度越大产业结构调整的幅度就会越大, 技术进步的频率越高, 产业结构调整的速度越快。
产业技术创新可以改变产业生产技术基础, 使生产者降低生产成本, 制造出改进产品、差别化产品、换代产品、替代产品和全新的产品, 实现产业发展从量变到质变的飞跃。技术进步使现有行业劳动生产率和现金产值率不断提高, 对不同生产部门影响力的差异, 促使劳动力和资金向劳动生产率和资金产值率更高、资金利用更有效的行业转移[4]。产业结构调整演进的实质是资源的配置问题。在一定时期内, 社会资源在产业、地区、企业之间流动及重组进行再次配置则形成新的产业结构[5]。
3 产业集群的集聚与创新效应
3.1 产业集群形成要素集聚
企业的本质在于追求交易成本最小化[6]。大企业的市场交易成本低, 同时具有规模效益优势, 因此其产品成本较低。但企业规模的增大增加了企业的管理层次, 在竞争环境的复杂性加剧的今天, 大企业的信息失真、决策滞后、对市场的反应迟钝、适应环境能力较差的弊端逐渐显现。特别是目前的市场出现小批量、个性化、产品更新快的特点, 大型企业更显被动。而产业集群这种优秀的产业组织形式, 使得集群内企业即获得了大企业的规模效益又降低了企业间的交易费用, 同时还拥有中小企业的信息传递真实、适应市场较快、决策迅速、适应竞争环境能力强的优势。
产业集群内诸多关联性企业在某一区域集聚, 共同利用当地的基础设施;共享信息资源;彼此形成信任的合作关系, 降低了市场的交易成本;与原材料企业共同谈判、批量采购;更为细致的分工, 企业更能致力于自身的核心能力的发挥;易于形成虚拟企业, 共同承接较大的订单;吸引更大的需求市场、吸引行业协会、专业化服务机构的形成;共同争取有利的产业政策和适宜的市场环境。以上优势使得集群外企业进一步向集群内集聚, 形成正强化的效应。
企业的高度集聚势必吸引大量劳动力的集聚。 (1) 大量企业集聚在同一区域, 创造了大量的就业机会, 同时随着产业集群的成长, 就业的空间不断增大; (2) 在产业集群内部, 由于同类企业较多, 给劳动力的自由流动提供的方便, 一方面劳动力失业后不能重新就业的风险降低, 另一方面有利于劳动力寻找更适合自己的发展空间; (3) 企业间的激烈竞争很大程度上表现为人才的竞争, 一方面高素质员工获得高薪的几率增大, 另一方面为劳动力提升自己的专业技能提供了动力; (4) 集群内部专业性的培训机构更有利于劳动力的能力的增强, 专业性的劳动力服务机构更有利于劳动力就业机会的获得。由于以上原因, 产业集群内集聚了大量的劳动力资源。
产业集群内部诸多优势, 使得企业有能力降低生产成本和生产出差异化的产品, 从而获得高额利润和快速发展的机遇, 因此不断吸引集群外的资金进入到集群内部。此外, 投资的风险性, 要求企业在投资前期对投资环境进行系统的考察, 这将给企业带来巨大的信息搜寻成本, 多数企业为了节省搜寻成本采取跟随战略, 即多数企业的投资领域和投资地点作为重点考察的对象, 这也是大量资本进入产业集群的原因之一。因此产业集群一旦形成, 将会形成大量的资本集聚。
产业集群内部激烈的竞争和产品的多样化, 培养了挑剔的客户群体, 挑剔的客户群体对产品苛刻的需求, 这为产品创新提供了方向。集群内外大量信息的交换, 以及集群内部信息流通的便捷性, 有利于接受技术创新的转移。集群中企业之间、企业与专业化机构的合作, 降低了企业进行创新的成本和风险。因为技术创新是一个复杂工程, 单个企业难以掌控其全部过程, 企业需要通过与外界产生联系以获得多方支持。显然, 产业集群柔性的网络合作模式避免了企业进行创新活动时处于“单兵作战”的境地[7]。相关企业在地理上的集中, 能产生较强的知识与信息累积效应。这有利于企业通过“非正式交流”形成快速的知识溢出效应, 使得创新性成果能够在集群内部迅速扩散。集群内丰富的资本为创新成果的产业化提供了条件, 巨大的市场为创新成果的产业化提供了强大的动力。所有这些优势成为技术进步要素集聚的巨大吸引力, 因此技术进步的相关要素能够在集群内部快速集聚。
3.2 产业集群形成市场优势
市场是供求双方交易的组织形式和制度安排。在产业集群内部数量庞大的生产厂家, 形成了明显的供给优势, 同时产业集群在形成过程中已经具备了一定的市场需求容量, 在一定的市场基础上容易形成市场优势。
产业集群内企业之间激烈的竞争以及挑剔型客户需求, 使得集群内部产品具有价格优势和品种多样化的优势, 而多个有差异的同类型产品, 有利于吸引众多的消费者, 消费者可以少付成本在有更多差异产品的集聚中间寻求适合各自偏好的商品[8]。
此外, 由于在一个地区集聚了数量众多的关联企业, 政府、行业协会以及企业的自律组织对产品的规格、质量、交易的规范性等方面必然形成一定的标准, 加上集群内企业之间频繁的合作关系, 使得交易成本降低。
在激烈的市场竞争环境下, 集群内众多企业在主观上无不注重树立自己的产品品牌, 同时由于集群内的企业处于同一个特定的区域, 因此每个企业在树立自己产品品牌的同时客观上也在树立着产地的区域品牌, 区域品牌的形成将会更大规模的促进区域市场的快速发展。
3.3 产业集群形成信息集聚
产业集群内部集聚了众多企业, 每个企业都是一个信息的交换单元, 每个企业在供求信息、科技信息、产业政策信息、投资信息等方面不停地与集群外部进行者交换, 吸收集群外部新信息。同时集群内部通过企业之间的合作、非正式交流, 企业与客户、政府、服务机构以及行业协会的各种业务往来和相互作用, 形成一个信息快速传递的网络, 使得信息在集群内部快速的传递。每个企业尽享信息集聚优势, 对竞争环境做出相应的反应。
3.4 产业集群促进技术创新
首先, 产业集群内部面对激烈的竞争, 企业必须依赖较他人先进的技术水平和管理水平, 降低产品成本和实现产品的产异化, 因此在集群内部具有巨大的创新需求。
其次, 产业集群内挑剔客户带来的对产品更为苛刻的需求, 为市场的潜在需求提供了方向, 由此也为产业集群内的创新行为提供了方向。
第三, 产业内部集聚了大量的专业人才和资本, 为技术创新提供了物质基础。
第四, 集群内部企业间密切的合作, 为日益复杂的、系统化的创新行为增加了成功的几率, 降低了创新的风险, 同时集群中知识溢出效应, 使得企业更有积极性投入到企业合作创新的团体中来, 最大程度的共享知识溢出的收益。
由此, 产业集群中的技术创新无论从物质基础、创新环境、创新动力、创新风险的规避等方面都具有很大的优势, 因此产业集群对技术创新具有极大地促进作用。
4 产业集群的集聚与创新效应促进产业结构调整
产业结构调整的机理是基于在市场条件下, 特定地区的不同产业之间单位要素产出率的差异, 所引起的要素在产业间的流动。更近一步地, 产业之间要素的投入产出率的不同是由于市场的成长性, 产品成本的差异引起的, 技术创新是引起市场成长性和成本差异的原因之一。
从形成角度来看, 产业分为资源推动型产业集群、市场拉动型产业集群和研发推动型产业集群[9]。按照发展阶段, 从低级向高级发展的类型依次为:资源型集群——市场型集群——研发型集群。以下按照不同的集群类型对产业结构调整的机理进行探讨。
资源型产业集群开始形成是由于区域内具有某种资源, 即形成是由资源推动的, 如辽宁大石桥镁产品产业集群。当一个区域蕴藏着大量的某种资源时, 往往吸引大量的投资进行原材料的采掘, 此时首先集聚的是资本, 在资本的带动下, 集聚大量的采掘业和原材料粗加工业的产业工人, 技术方面主要是开采技术和原材料加工技术。最初表现为规模不等的自发性的、不太规范的生产经营, 随着产业的不断扩大, 地方政府开始制定产业政策进行扶持与规范, 于是一个资源型产业集群在区域内形成, 于此同时该产业成为本区域的新型主导产业。资源型产业集群的形成使得该区域资源的开采量剧增, 原材料及其粗加工产品的价格较低, 吸引了大量的需求方进入产业集群, 产业集群的市场规模不断扩大, 在需求的拉动下, 集群规模进一步扩大。同时以该资源为原料的下游产业为了节省成本, 纷纷进入产业集群, 集群内部资本集聚、劳动力集聚、产品加工技术的要素集聚效应被合理性的放大, 表现为该地区的主导产业快速发展。随着原材料采掘业的进一步发展, 资源储量下降, 开采成本逐渐升高, 而下游高附加值的产品仍然存在着巨大的需求, 在市场需求的拉动下, 产品生产行业不断扩大, 资本、劳动力、技术从资源采掘和原材料粗加工流向产品深加工产业, 从而实现了产业结构的调整。产品加工企业失去了原材料的低价优势以后, 其竞争方式转向利用技术创新降低生产成本, 追求质量、功能、品牌的产异化战略, 在这个阶段, 资本要素和劳动力要素的增加速度放慢, 而技术创新要素的集聚迅速增加, 技术创新速度加快。区域从资源产业的优势转化为产业的技术优势, 实现了产业的升级。 (见图1)
市场型产业集群是由于历史传承或者某一时期优惠的产业政策和经济环境, 在以特定区域首先形成了较大的交易市场, 如浙江义乌的小商品集群、广东顺德照明产业集群等, 此类产业集群首先具有了一定规模的交易量, 产品供应的信息和多样化吸引大量的消费者, 由于集群从一开始就是依靠市场形成的, 因此为了保持市场的成长性, 该类集群特别注重市场的自律性和市场管理的规范性。消费市场的扩大以及市场信息的集聚使生产厂商纷纷进入产业集群投资, 资本和劳动力流向产业集群, 随之集聚和还有上游产品的生产厂商以及产品的生产技术等。在集群内部具有知识溢出明显、地域品牌和产品品牌相结合的特点。区域主导产业形成并快速成长。随着集群的扩大, 厂家数目的增多, 竞争越来越激烈, 企业为了在激烈的竞争环境中取胜, 产品创新成为必然。集群的研发水平和技术水平突飞猛进, 主导产业进入升级阶段, 实现了产业结构的优化。
研发产业集群的形成是基于在某一特定地区, 具有丰富的研发人才、科研机构和科技信息, 这类产业集群均为高新技术产业集群, 由实力雄厚的科研实力推动形成的, 如美国的硅谷、中关村电子、信息产业集群、武汉东湖的光通讯产业集群等。技术创新和成果转化是高新技术产业的生命所在, 因此高新技术企业纷纷与高等院校和科研机构合作, 由此在高校和科研机构林立的区域容易吸引大批的高新企业进行投资, 地区的科研优势吸引了大量的资本进入, 高新企业的集聚也为科技信息的集聚提供了条件, 同时高新技术企业本身具有较强的科研实力, 这更加强了该区域的科研力量, 形成了正强化的效应。高新产业作为产业链条的高端, 能够直接为区域产业结构优化起到先导型性的作用。
5 结论
要素在产业之间不断地流动引起产业结构的动态调整。在市场条件下, 假设要素本质最求利润最大化, 引起要素流动的原因有:市场需求的变化、要素投入产出率在产业之间的差异。技术创新能够加快要素的流动。无论资源型产业集群、市场型产业集群还是科研型产业集群都能够实现要素的集聚、信息集聚、形成市场优势、促进技术创新, 只是不同类型的产业集群集聚在不同的发展阶段集聚地重点不同。产业集群的发展引起要素的流动, 从而实现区域产业结构的调整和优化。
参考文献
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结构机理 篇9
当炸药在抗爆结构表面比如钢筋混凝土表面发生爆炸时,由于爆炸压缩波传至结构内表面时将发生反射,压缩波被反射成拉伸波,致使结构内表面由于受拉破坏而发生震塌破坏,因此,结构内表面的震塌破坏主要取决于抗爆结构材料的动力抗拉强度[1]。爆炸所产生的是强荷载,在周围介质中,存在从爆炸冲击波到弹塑性应力波的衰减过程,既有空间扩散产生的衰减,又有热效应、不可恢复变形等产生的物理衰减。爆炸应力波的相互作用使这一进程更加复杂化,必须考虑非线性影响,这是当前应力波研究的难点。
2 抗爆结构体的抗爆及吸能作用
任何一个结构体,在外力作用下,总会在不同程度上产生一定的响应,包括位移响应和速度响应。当然,影响结构体对外加载荷影响的因素很多,包括其结构的形式、结构材料的性质及其运动情况等。但是无论其响应的形式和大小如何,在外力和结构体之间都是一种能量交换。
结构体对爆炸冲击载荷的响应,就是其吸收、“消化”外界能量的过程。它吸收、“消化”的能量一部分用来产生宏观运动——以动能形式表现出来;另外一部分能量使其微观结构产生变化,如温度效应等,而这种微观结构变化的一种表现就是应力—应变效应,严重情况下会使结构体内部产生塑性变形。
结构体对爆炸冲击载荷的结构参数是结构体在载荷作用下表现出来的综合弹塑性特征。其他一些影响因素在不同程度上都可以在应力—应变关系上表现出来。因此,当宏观地研究结构体对冲击载荷的响应时,可以将结构体视为一个具有某种阻尼特征和弹性特征的弹塑性系统[2]。
爆炸产生的振动都是在相互正交的三个方向上同时产生。即:垂向方向、水平方向和结构横向。而在结构顶部和侧面一定距离内爆炸的规律是垂向振动大,水平方向次之,横向振动最小。
国际上公认的结论性意见为:1)水平方向振动加速度等于垂向加速度;2)横向振动加速度等于垂向加速度的1/2。
有资料认为,水平方向、横向振动参数与垂向振动参数间存在如下关系:水平方向振动加速度大约等于垂向加速度的2/3;横向振动加速度大约等于垂向加速度的1/3。
3 常规武器对抗爆防护结构的破坏形式
常规武器对防护结构的破坏大多发生在弹着点附近的局部范围,可能在迎爆面产生冲击或爆炸漏斗坑,在背爆面产生震塌漏斗坑,严重者可能产生贯穿破坏[3]。结构震塌破坏属于局部破坏。
常规武器对结构产生的震塌破坏,依常规武器对防护工程杀伤破坏作用特点不同,可分为冲击震塌和爆炸震塌[4,5]。冲击震塌主要是由于常规武器弹丸(炮弹、航弹及导弹战斗部)或破片所携带的巨大冲击动能侵入目标,产生震塌破坏,如各种穿甲弹和半穿甲弹等。爆炸震塌主要是由于常规武器击中目标后弹体中的炸药发生爆炸导致震塌破坏,如炮弹中的榴弹、各类爆破弹、低阻式航弹、减速航弹等。某些武器击中目标后一方面依靠弹丸的冲击动能侵入目标,另一方面,依靠一定量装药的爆炸作用来破坏目标,因而其震塌破坏中既有冲击震塌又有爆炸震塌,如各种半穿甲弹、厚壁爆破弹、混凝土破坏弹等[6]。常规武器击中目标后,在爆炸和(或)冲击作用下,使防护工程结构在背爆面产生震塌破坏。震塌破坏是爆炸(或冲击)荷载产生的压缩应力波在结构中传播至结构背爆面时,产生强拉伸波,造成结构背爆面混凝土崩塌和层裂,形成大小不同的混凝土碎块。这些混凝土碎块具有较高的速度,可以伤害人员,击坏设备。
4 爆炸荷载对抗爆结构的破坏机理
以空气夹层结构为例分析。空气夹层结构由抗爆层、空气夹层和震塌隔离层组成[7],如图1a)所示。空气夹层结构的抗爆层破坏分为3个过程:爆炸成坑、剥落破坏和贯穿破坏。当炸药在钢筋混凝土表面发生爆炸时,在混凝土表面将产生强烈的压缩波,在压缩波的作用下,与炸药接触的混凝土受到强烈的挤压破坏,混凝土被压碎成粉末,形成爆坑,如图1b)所示。随着压缩波的传播,压力迅速减少。当压力小于混凝土的动力抗压极限强度时,混凝土不再被压坏,当压缩波传播至结构内表面时,压缩波在自由表面将发生反射,压缩波被反射成拉伸波;当邻近自由表面的某处拉应力满足混凝土的动态受拉断裂准则,该处混凝土会产生开裂;当裂缝足够大时,裂片会带着一定的动能飞离,如图1c)所示。最后,在压缩波作用下,抗爆层中间剩余混凝土被贯穿。当剥落混凝土碎片以一定速度撞击震塌隔离层时,在震塌隔离层产生冲击荷载;当混凝土被贯穿后,剩余压缩波瞬时作用在震塌隔离层顶面。震塌隔离层在剥落混凝土碎片冲击和剩余压缩波的作用下,将发生整体弯曲变形,如图1d)所示。
参考文献
[1]杨守中.爆炸与冲击动力学[M].北京:兵器工业出版社,1993:296-304.
[2]赵海波,叶国庄,张健,等.结构体对爆炸冲击载荷响应的数值模拟[J].沈阳工业学院学报,1997(3):39-40.
[3]张想柏,杨秀敏,陈肇元,等.接触爆炸钢筋混凝土板的震塌效应[J].清华大学学报,2006(6):765.
[4]钱七虎,孙乃光,王年桥.防护结构计算原理[R].南京:中国人民解放军工程兵工程学院,1981.
[5]王年桥.防护结构计算原理与设计[R].南京:中国人民解放军工程兵工程学院,1998.
[6]郑全平,周早生,钱七虎,等.防护结构中的震塌问题[J].岩石力学与工程学报,2003(8):1393.
混凝土结构损坏机理的主要因素 篇10
1 混凝土结构中钢筋的锈蚀
为了保证混凝土结构的耐久性,受力钢筋在混凝土结构中规定了混凝土保护层。混凝土保护层具有防止钢筋锈蚀的保护作用,这是因为混凝土中水泥水化产物的碱性很高,pH值约为12～13,在这种高碱性的环境中,钢筋表面形成一层致密的氧化膜处于钝化状态,从而防止了混凝土中钢筋的锈蚀。
但是,通常钢筋混凝土结构是带裂缝工作的,即使处在正常使用阶段,在受拉区的混凝土仍会出现裂缝,但裂缝的宽度受到限制。经过大量调查发现,混凝土的裂缝宽度达到0.4 mm以上,只要构件处于干燥的环境,裂缝处的钢筋几十年都不会出现锈蚀。只有在潮湿的环境,有水和氧气侵入,钢筋才会锈蚀。随着时间的推移,一部分氢氧化铁氧化,生成疏松、易剥落的铁锈(Fe2O3·Fe3O4·H2O)。铁锈的体积增大(一般增加2倍～4倍)使混凝土保护层胀开,钢筋外露,破坏了混凝土保护层,混凝土沿钢筋产生裂缝,水、空气进入,加速了钢筋的锈蚀。
2 混凝土的碳化
混凝土的碳化是一个缓慢过程。拌和混凝土时,CaO水化后生成Ca(OH)2,它在水中的溶解度低,除少量溶于孔隙液中,使孔隙液成为饱和碱性溶液外,大部分以结晶状态存在,成为孔隙液保持高碱性的储备,它的pH值为12.5～13.5。空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道,气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中,与其中的孔隙液所溶解的Ca(OH)2进行中和反应。
反应式为:
Ca(OH)2+CO2—→CaCO3+H2O
由于碳化降低了混凝土孔隙液的pH值(pH值降为8～10),这层混凝土的毛细孔不再进行中和反应,此时即所谓“已碳化”。凡是能与Ca(OH)2进行中和反应的SO2,SO3,H2S等,均能进行上述中和反应,使混凝土碱度降低,故广义称为“中性化”。混凝土表层碳化后,大气中的CO2继续沿混凝土中未完全充水的毛细孔道向混凝土深处气相扩散,更深入地进行碳化反应。碳化后的混凝土抗压强度增大。
混凝土的碳化主要包括三个过程:1)化学反应过程。反应的速度主要取决于CO2的浓度和可碳化物质的含量,其中混凝土中可碳化物质的含量又受到水泥品种、水泥用量及水化程度等因素的影响。2)CO2等在混凝土中的扩散速度。该速度取决于扩散物质的浓度和混凝土的孔隙结构。混凝土的孔隙结构主要受混凝土水灰比的影响。3)Ca(OH)2的扩散。Ca(OH)2可在孔隙的表面扩散,其速度取决于混凝土碳化过程的速度以及它的分层特性。
一直处于相对湿度低于25%空气中的混凝土很难碳化;在空气湿度50%～75%的大气中,不密实的混凝土最容易碳化;但在相对湿度大于95%的潮湿空气中或在水中的混凝土反而难以碳化,这是因为混凝土含水时透气性小,碳化慢;在湿度相同时,风速愈高,温度愈高,碳化也愈快;混凝土碳化速度与空气中CO2浓度的平方根成正比。
一般说来,普通硅酸盐水泥要比早强硅酸盐水泥碳化稍快,矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥混凝土的碳化速度要比硅酸盐水泥大。掺混合材的水泥碳化速度更快,混合材掺量越大,碳化速度越快。掺用优质减水剂或加气剂,可以大大改善混凝土的和易性,减小水灰比,制成密实的混凝土,使碳化减慢。
混凝土中的骨料本身比较坚硬、密实,总的说来,天然砂、砾石、碎石比水泥浆的透气性小,因此混凝土的碳化主要通过水泥浆体进行。但是,在轻混凝土中,由于轻质骨料本身气泡多,透气性大,所以能通过骨料使混凝土碳化。一般说来,轻混凝土比普通混凝土碳化快,需要掺用加气剂或减水剂来减缓它的碳化速度。
混凝土的碳化速度与它的透气性有很密切的关系,混凝土的透气性越小,碳化进行越慢。水灰比小的混凝土由于水泥浆的组织密实,透气性小,因而碳化速度就慢。同理,单位水泥用量多的混凝土碳化较慢。
浇筑与养护质量密实的混凝土表层孔隙很小,易从潮湿的空气中吸取水分而充满水,故不易碳化;欠密实的混凝土表层中大孔隙内无水,CO2可以由气相扩散到充满水的毛细孔隙而完成碳化,所以越是密实的混凝土其抗碳化能力越高。
混凝土浇筑与养护质量是影响混凝土密实性的一个重要因素。如果混凝土浇筑时不规范,特别是振捣不密实,以及养护方法不当、时间不足时,就会造成混凝土内部毛细孔道粗大,且大多相互连通,严重时会引起混凝土出现蜂窝、裂缝等缺陷,使水、空气、侵蚀性化学物质沿着粗大的毛细孔道或裂缝进入混凝土内部,加速混凝土的碳化。
3 混凝土的氯化物
氯化物是一个非常重要的影响因素。当混凝土中含有氯离子(Cl-)时,即使混凝土的碱度较高,钢筋周围的混凝土尚未碳化,钢筋也会出现锈蚀。这是因为氯离子的半径小,活性大,具有很强的穿透氧化膜的能力,氯离子吸附在膜结构有缺陷的地方,使难溶的氢氧化钙转变成易溶的氯化铁,致使钢筋表面的钝化膜局部破坏,钢筋产生坑蚀现象。例如同样是C 45级混凝土,如果钢筋去钝化时间都是50年,则在一般的碳化环境中,混凝土最小保护层厚度只要1cm,而在含氯化物的环境中,至少要7cm。
氯离子的主要来源:
1)施工过程中掺加的防冻剂等,即内掺型;2)使用环境中氯离子的渗透,即外掺型。
4混凝土的冻融破坏
混凝土的冻融破坏指在水饱和或潮湿状态下,由于湿度正负变化,混凝土内部孔隙水结冻膨胀,融解松弛,产生疲劳应力,造成混凝土由表及里逐渐剥蚀的现象。
水结冰时体积约膨胀9%,混凝土体积膨胀产生微裂缝。冻融破坏常见的是由于水泥石的崩裂,部分砂浆呈粉状剥落而露出粗骨料。
混凝土的水灰比从0.4增加到0.6时,抗冻性能下降十几倍。为了使混凝土具有足够的抗冻性,应使其水灰比小于0.5。同时规定最小水泥用量300kg/m 3。
随着龄期的增加,水泥不断水化,可冻结水逐渐减少。水中溶解的盐的浓度增加,冰点也随龄期而下降,抗冻性能得以提高
5混凝土的碱—骨料反应
碱—骨料反应一般是指水泥中的碱和骨料中的活性氧化硅发生反应,生成碱—硅酸盐凝胶并吸水产生膨胀压力,致使混凝土出现开裂。
碱—骨料反应通常进行得很慢,其破坏特征为:表面混凝土产生杂乱无章的裂缝,或在骨料颗粒周围出现反应环。
影响碱—骨料反应的因素有:1)活性二氧化碳的活性;2)活性二氧化硅的含量;3)活性材料的粒径;4)碱的可获量;5)可利用的水量。
摘要：从钢筋的锈蚀、混凝土的碳化、氯化物侵蚀、混凝土的冻融破坏、混凝土的碱—骨料反应五个主要因素入手,对混凝土结构损坏机理进行了分析,以期指导实践,提高混凝土结构耐久性,延长其使用寿命。
关键词：混凝土,锈蚀,碳化,氯离子,冻融,碱—骨料
参考文献
[1]建筑施工手册编写组.建筑施工手册[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社,2007.
[2]张立人.建筑结构检测、鉴定与加固[M].武汉:武汉工业大学出版社,2007.
模具结构对铝合金挤压的影响机理 篇11
1 研究方案
采用有限元软件DEFORM-2DTM对挤压过程进行模拟。考虑到对称性及计算速度等问题,取1/2作为模拟对象。模拟过程中,坯料初始网格有20000个四节点四面体等参元组成。通过圆环的热压缩试验可知,摩擦因子取0.3,有限元模型如图1所示。
1.冲头2.凹模3.芯模4.芯模
实验材料为7075铝合金,坯料尺寸为准50×50mm,挤压速度为1mm/s,挤压温度为435℃,挤压比为9.8,挤压模半锥角分别为45°、60°、90°、100°。
2 变形场及应力分析
图2为挤压过程中筒内平均应力场分布及变形行为对比。
从图2(a)、(b)可以看出,当半锥角为45°、60°的挤压时,筒内平均应力场沿模口方向呈逐渐增大的趋势分布。当半锥角为90°时,如图2(c)所示,平均应力场除沿模口方向呈梯度分布外,凹模底角部区域也存在一个与模口应力场分布方向相反的平均应力场,且向着角部呈逐渐增大的趋势。随着半锥角的增加,当半锥角为100°时,如图2(d)所示,筒内平均应力场沿模口及凹模角部区域的两向分布范围显著扩大。同时,由网格变形可以看出,随着半锥角的增加,筒内塑性变形区的范围逐渐缩小,靠近凹模侧壁和底角部金属变形流动越困难,直至出现死区,由此可知,随着半锥角的增加,筒内金属的变形和流动都变得不均匀。
3 应力应变分区
塑性加工过程中材料的变形和流动不仅与其加载方式有关,还与变形金属所受应力状态及附近的应力场、边界条件等有关。不同挤压过程中金属变形流动的深入分区模型及各变形区内的应力应变简图,如图3所示。其中,A、F为刚性区,B、C、D、G为塑性区,E为难变形的死区。
由图3可以看出,当半锥角为45°的挤压时,不仅筒内塑性区的范围较大,即使是离模口一定的距离范围内,金属仍能发生塑性变形。且随着半锥角的增大,筒内塑性区的范围不断缩小,其轮廓形状也逐渐由弧形变成近似平行于模底面形状,且离挤压模出口处可发生塑性变形的金属范围也显著减小,并同时在凹模底角部形成难变形死区。
在不同挤压过程中各变形区内材料的应力应变分布,如图4所示。
由图4可以看出,在不同挤压过程中,塑性区内的应力状态虽然都是压应力,但是其主方向有所不同。同时,各变形区内的应变类型也有很大差异,B、C两区为伸长类应变,D、G区为压缩类应变。由图可以得知,当半锥角为45°时,塑性区内材料的应变类型都是拉伸类。而随着半锥角的增加,塑性区内靠近凹模侧壁的部分,逐渐形成应变类型为压缩类的D区,同时在凹模底角部出现死区。当半锥角为100°时,塑性区内的D区消失,但此时死区的范围最大。
4 结论
(1)随着芯模半模角的增大,凹模底角部死区的范围显著地扩大,挤压过程中金属变形流动的不均匀性也显著增大;
(2)由分析可知,随着半锥角增大,塑性区的范围也发生改变,与应力对应的应变类型也发生改变。因此可知,模具半锥角是通过改变筒内应力应变的分布关系进而影响挤压过程中金属变形流动行为。
参考文献
[1]Duan X J,Sheppard T.Simulation and control of microstructure evolution during hot extrusion of hard aluminium alloys[J].Mater Sci Eng A,2003,351(1-2):282-292.