破坏模式（精选10篇）
破坏模式 篇1
摘要：大量现场观测资料表明, 斜坡变形按其地质特征和力学机制可划分为4种基本模式, 即滑移—拉裂, 滑移—压裂, 弯曲—拉裂, 塑流—拉裂, 介绍了各变形模式的形成条件、演进图式, 并讨论了各模式的空间结合和发展过程中的转化。
关键词：岩质边坡,破坏,模式
我国是个多山地多丘陵的国家, 随着西部如火如荼的工程建设, 特别是在西南地区, 必然会遇到很多岩质边坡, 而对这些边坡进行稳定性评价时, 不可避免的要涉及到变形破坏机制问题, 因此有必要对其做一个总结。
1 岩质边坡变形破坏的基本类型
地质观察和模拟试验表明, 边坡岩体变形过程中, 必将出现一系列新的表生结构面和褶皱, 它们可以由原有的结构发展而成, 也可以是新产生的[1]。边坡在达到最终破坏前总要经历或长或短的变形阶段, 主要方式为卸荷回弹和蠕变这两个过程。
岩质边坡的稳定性很大程度上取决于岩体内的破裂面和不连续面的存在及其性质, 而且岩体的主要力学性质是随着这些破坏面的状态、形状和空间分布而变化的。因此, 岩质边坡与土质边坡不同, 它的稳定性主要是通过分析岩体中的结构不连续面来进行评价的。
边坡的破坏有各种各样的原因, 产生破坏后的形态和作用也极不一致, 因而岩质边坡的破坏形式的分类也是多种多样的。但大体可以分为3种基本破坏类型, 即崩落 (塌) 、滑落 (坡) 和 (侧向) 扩离, 就岩体破坏机制而言, 崩塌以拉断破坏为主、滑坡以剪切破坏为主、扩离则主要由塑性流动破坏所致[2]。
2 岩质边坡常见的变形破坏模式
根据岩体变形破坏的力学机制, 岩体变形可以概括为下列几种基本的变形破坏模式, 即滑移—拉裂、滑移—压裂、弯曲—拉裂、塑流—拉裂。在同一边坡变形体中, 也可能包括有两个或多个变形模式, 它们可以不同方式组合, 而且某一变形模式还可在演化过程中转化为另一种模式[2]。
2.1 滑移—拉裂破坏模式
边坡岩体沿下伏软弱面向坡前临空面方向滑移, 并使滑移体拉裂解体 (见图1) 。它受已有软弱面控制, 其进程取决于软弱面的产状和特性。当滑移面向临空面方向倾角足以使上覆岩体的下滑力超过该面的实际抗滑阻力时, 则该面一经被揭露临空, 待后缘拉裂面一经出现即迅速滑落, 蠕变过程极为短暂。
2.2 滑移—压裂破坏模式
这类变形破坏主要发生在坡度中等至陡平缓层状体斜坡中, 坡体沿平缓结构面向坡前临空方向发生缓慢的蠕变性滑移。滑移面的锁固点或错列点附近, 因拉应力集中生成与滑移面近于垂直的拉张裂隙, 向上扩展且其方向逐渐转成与最大主应力方向区域一致并伴有局部的滑移, 滑移压裂变形是由边坡内软弱结构面处自下而上发展起来的。如图2所示为滑移—压裂变形演变图: (1) 为卸荷回弹阶段, (2) , (3) 为压裂面自下而上扩展阶段, (4) 为滑移面贯通阶段。
2.3 弯曲—拉裂破坏模式
这类破坏主要发育在陡立或陡倾层状岩体组成的陡坡中, 一般都发生在边坡前缘, 陡倾的层状岩体在自重弯矩作用下, 于前缘开始向临空方向做悬臂梁弯曲, 并逐渐向坡内发展, 弯曲的板梁之间互相错动并伴有拉裂, 弯曲体后缘出现拉裂缝, 形成平行于走向的反坡台阶和槽沟, 板梁弯曲激烈部位往往产生横切板梁的折裂。图3为弯曲—拉裂变形各阶段示意图。
2.4 塑流—拉裂破坏模式
这类破坏主要发育在以软弱层 (带) 为基座的软弱基座型边坡中。下伏软岩在上覆岩体压力作用下产生压缩变形, 使得软岩 (土) 或压碎物质向临空方向塑流挤出, 导致上覆较硬层拉裂、解体和不均匀沉陷。图4为塑流—拉裂变形发展各阶段示意图。
2.5 复合变形破坏模式
岩质边坡变形破坏虽然往往以某一破坏模式为主, 但由于边坡岩体结构和外形的复杂性, 有的边坡可出现两种或多种变形模式, 并以一定的方式组合在一起, 譬如坡体前部、后部不同变形模式的组合, 坡体浅部、深部不同变形模式的组合等。另外在岩质边坡变形发展过程中, 由于变形、应力集中和累进性破坏, 坡体中原有结构面的特性和产状不断有所变化。某些新的拉裂面、剪切面的形成与发展, 使变形的基本条件发生了变化, 其结果有时可能使变形模式转化。譬如塑流—拉裂转化为滑移—拉裂、弯曲—拉裂转化为滑移—拉裂等, 此外还有其他形式。值得注意的是许多转化实例表明, 滑移—拉裂或滑移—压裂往往是最终使大规模坡体失稳的主要变形形式[3]。
3 结语
岩质边坡变形破坏模式的研究已有许多优秀成果, 限于资料和水平, 文中只作了一个简要的介绍, 未作深入的研究和探讨。这些模式有助于确定斜坡可能的变形形式、判断其发展阶段和预测它的发展趋势, 也有助于设计合理可行的物理模拟和稳定性计算方案, 并且还可期望应用于其他类型的岩体稳定性问题和区域构造稳定性分析评价中。
参考文献
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破坏模式 篇2
梁任公先生称春秋末及战国之世为中华文化史上的全盛时代，诚公允之论也。是时百家诸子自由争鸣之热闹局面，不必赘述矣。然此等浓挚热烈的学术风气止于何时?正读斯文的诸君中十之八九可能会说：历史教科书言之止于始皇帝焚书坑儒其时。呜呼!我辈受蒙蔽何其深也。
囿于篇幅，我无法将焚书坑儒之前因后果述与诸君，诚憾事也。我欲敬告诸君，焚书坑儒一事已被历史的重重迷雾所掩盖。大多数人只知道，始皇帝残暴至极，儒生方士悲惨可怜。
然诸君且回忆，历史教科书(或言史书)上可曾有言坑杀儒生无数，抑或是有列举如大屠杀之可怖数字;可曾有摹状聚过惶惶不可终日，沉浸在杀戮的恐怖气氛中的记载?答案是没有，不是太史公和诸位史学家不愿记载，诚然莫须有之事也。
后世儒生，唯夸大诽谤始皇帝残暴，极言被杀儒生方士之惨，而掩盖事实真相。若诸君深入考究焚书坑儒之事，即可了然原本是一起极为复杂，动因颇多的政治事件，竟被后世儒生生造为一起无端暴力事件，诚可恨也!
窃以为那位本应被千夫所指却饱受后世赞扬的人，是问题的源头。此人名为董仲舒。其戕害文化的手段，可恨至极也!
夫战国之世，兵法墨农名等各家士子，凡有真才实学之人皆受迎戴，皆可为官以展平生之志。及董仲舒以大一统论说武帝，天下士子安身立命之途，仅剩其一耳!凡非信孔教之人皆绝其入仕之路。
诸君容我拟一不甚恰当的比方。诸君之班主任，皆禁诸君平日里阅读除课本笔记本之外的闲书，纵为名著亦不可。然诸君知名著之属于己有益，常顶风作案。诸君且设想，忽有一日班主任告诸君说，国家规定自今日起，唯有常览《XX漫客》、《故X会》者，可参加高考，可被重点大学录取。可想而知，一夜之间，诸君案头枕边的名篇巨制悉数消失，唯余漫画、厕所文学之流，何其恐怖之局面也。
诸君或言：董仲舒之儒家思想，绝非漫画故事会之属可比。确实如此，我所以作此比者，盖摹状彼时百家思想一夜凋敝之势也。
胡适之先生尝撰文道：
《中国学术思想变迁之大势》(梁启超著)给少年时的我开辟了一个新世界，使我知道《四书》、《五经》之外中国还有学术思想。
诸君，“罢黜百家，独尊儒术”扼杀中华文明种源之事固不复见，但我辈却仍蒙受其弊也。我们虽不若少年的胡适之先生受封建儒家思想蒙蔽之深，然你我身边可熟诵数句《论语》的人盖多也，可背诵几句《商君书》，几句《墨子》、《韩非子》的能有几人呢?文化单一凋零之态，由此可知矣。
儒家之弊，我根基尚浅不敢胡言，录林语堂先生之言如下：
余谓儒家之弊，正在蔑视法律，以君子治国，殊不知一国之中，哪里有这许多君子可为部长，为所长，为县长，为校长乎?君子不够分配，而放小人于位，以君子之道待之，国欲不乱，其可得乎?
诸君亦可自行思量，儒家思想素不信怪力乱神之说，为何将始皇帝进入孔子陵墓发生的诡异之事列入典籍传之后世?后世奉“为君子藏，为”之说的儒生中有多少是过河拆桥忘恩负义之人呢?我绝非诋毁儒家士人，贬低儒家思想，孔子的思想诚为带人接物之珠玑良言，然正统儒家思想亦如焚书坑儒一样被后世小人歪曲理解了。
清朝金圣叹评论小说曾有言：千载以下同声一哭。我常慕商君之高山景行，不知哪位老师恰将商君语秦孝公的一席话选录于晨练上，我每视之辄感动不已，此即为“同声一哭”耳。
录于此：
疑行无名，疑事无功，且夫有高人之行者，固见非於世，有独知之虑者，必见敖於民。愚者暗於成事，知者见于未萌，民可以与虑始，而可以与乐成，论至德者不和於俗，成大功者不谋於众，是以圣人苟可以疆国，不法其故，苟可以利民，不循其礼。
今以此一席话与诸君共勉。梁任公先生言：破坏亦破坏，不破坏亦破坏!”试问今日之中国，思想自由乎?学术多元乎?文化兼容乎?我不敢断言也。诸君与我同为目下风云际换时代的新青年，是否应该常怀一颗打破桎梏之心呢?青年人对传统文化精华部分的认识，若能明白晓畅，应当于己于国都是大有裨益的。
言尽于此，胸中块垒已销，以上言论皆是我一家之言，不足为训。有失偏颇处，望诸君见谅。
作者|高2014级 金俣同
我希望海尔成为旧模式的破坏者 篇3
所谓“人单合一双赢”，“人”就是员工，“单”是用户需求。员工和他的用户需求联系在一起，非常困难，因为一个企业找到自己的用户并不容易，如果变成每个人都要找到自己的用户，就更加困难。
我们为什么要提出“人单合一双赢”模式？因为当时我们感受到互联网的挑战已经到来。信息的零距离——原来的信息是不对称的，而互联网上用户得到的信息比企业更多。信息零距离带来的挑战是什么？就是用户个性化，要求企业从大规模制造变成大规模定制。
当初，海尔内部的员工很难接受。我们过去的文化是执行力文化，主要就是我们的“日清模式”——“日事日毕，日清日高”，今天的事情今天一定要做完，今天做完的事情一定要比昨天有所提高。我们提了1% 的原则——每天都比昨天提高1%，70 天就可以翻一番。之所以我们能够在大量的企业中脱颖而出，创名牌、多元化扩展、国际化都比较顺利，主要的原因就在于，日清模式把它落实到位了。
执行到位是整齐划一，是完全指令性的，到了互联网时代肯定不行。所以，2005 年，我们提出要转型，观念上要转变，思维模式要改变，更重要的是，管理、组织架构全部都要变。
“没有成功的企业，只有时代的企业。”所有的企业都不要说自己成功了，你只要是感到自己成功了，那只不过是因为你踏准了时代的节拍，而没有任何企业可以永远踏准时代的节拍，因为时代变化太快了，没有办法预测它;我们是人不是神，没有办法永远踏准，所以唯一要做的就是改变自己，企业不可能改变时代。
怎么做呢？海尔有一个很重要的理念——自以为非，而不是自以为是。“是”是时代，是用户，只有跟着在变的用户和时代改变。《创新者的基因》里有一句话说得好，“即使向着同一方向极目眺望，也不会看到新方向。”为什么一定要朝同一个方向极目眺望？因为自以为是，觉得朝着这条路走下去就行了。实际上，这是不行的，而是要走另外一条路。克莱顿·克里斯坦森说创新有两类，一是延续性创新，一是破坏性创新。延续性创新只不过延续过去的路走，而破坏性创新则要找到新的路。破坏性创新对企业来讲就是两个结局，要么成为破坏者，要么被破坏。
我们希望海尔成为旧模式的破坏者，这需要创建两个平台：一个是投资驱动平台，一个是用户付薪平台。所谓投资驱动平台是指，把企业从管控型组织变成一个投资平台，不再有各种部门和事业部，通通都要变成创业团队，公司与这些团队只是股东和创业者的关系。过去的组织架构是一个正三角形，是马克斯·韦伯提出来的科层制。科层制组织最大的特点就是整齐划一、指令一直到底，要求所有人都贯彻到位。而每个员工处在不同岗位、不同职位，薪酬往往与职级相关，所以并不关心用户需求。但是，互联网时代，用户个性化、市场碎片化，整齐划一的组织一定会被颠覆。所以，海尔的整个组织，从一个正三角形变成了一个扁平化的结构。之前，“正三角”里充满了各种层级，现在变成一个个创业团队。那么，海尔变成了一个生态圈。从过去的上下级关系变成了投资人与创业者的关系;当然，这和普通的投资者还不一样，因为一要负责战略方向正确，二要有一个平台，驱动员工在正确的道路上前进。过去的职能部门，人力、财务、战略、信息等就构成了服务平台，已经做好的创业小微可以在该平台上购买服务。
我们转型的目标，就是要从原来制造产品的加速器变成孵化创客的加速器。原来就是为了规模，产品做得越多、做得越快、做得越有竞争力越好，现在要变成孵化创客。简单地说，企业要从原来的产品制造者变成“创客制造者”。
政治经济学家约瑟夫·熊彼特有一句话说得非常好，创新是生产要素的重新组合，所以创新不等于新产品的开发，更重要的是生产要素的重新组合。外面需要你怎么组合就要怎么组合，以适应用户需求，适应市场需求。
（本文摘编自作者题为《海尔互联网模式的 9 年探索》的演讲）
地裂缝对结构破坏的力学模式研究 篇4
地裂缝是一种特殊的地质灾害, 广泛分布在世界各地, 自20世纪中期开始在我国很多城市出现, 已经成为一种区域性的城市地质灾害, 严重威胁着城市各类建筑物的安全, 所到之处造成房屋开裂、道路变形、切断管道、机器停转、桥梁错位, 已经造成了巨大的财产损失。为了减轻地裂缝对建筑物的进一步破坏, 多年来广大专家、学者和科技工作者对地裂缝的形成机理、活动特征、空间展布、发展趋势、减灾途经及对策等进行了大量的研究, 并取得了一批重要的研究成果[1,2,3,4,5,6,7,8]。
在地裂缝对结构破坏及防治措施的研究中, 地裂缝对结构破坏的力学模式研究是基础, 也是在地裂缝带上修建建筑物采取结构措施的理论依据, 因而有着非常重要的意义。本文结合地裂缝对建筑物的破坏特征, 对地裂缝对结构破坏的力学模式进行了系统的研究。本研究为后续专门针对地裂缝对建筑物破坏的防治措施研究打下良好的基础。
1 地裂缝引起的建筑物的破坏特征
通过对遭受地裂缝破坏的地裂缝带上建筑物的大量实地调查, 发现地裂缝由于其自身的活动特性, 对建筑物的破坏主要是通过地基作用于基础, 再传给上部建筑, 并最终使得建筑物遭到破坏。地裂缝引起建筑物破坏的特征如下:
1.1 地裂缝垂直错动时的建筑物破坏特征
地裂缝的垂直错动使得位于下降盘的建筑物随着地基及基础一起变形, 地裂缝两侧地基的差异沉降导致建筑物发生不均匀沉降, 在墙体上产生斜裂缝, 如图1所示, 这种裂缝往往倾向下降盘, 缝宽较为均匀, 或者呈现上宽下窄的态势, 是一种最常见的裂缝类型。
1.2 伴有水平拉张的地裂缝垂直错动下建筑物的破坏特征
地裂缝在垂直错断的同时伴有水平拉张运动, 这种运动方式在墙体上产生的斜裂缝在水平方向也发生了一定程度的拉张, 因而使得裂缝的宽度相对单纯的剪切裂缝要宽的多, 如图2所示。
这种伴有水平运动的地裂缝的垂直错断, 往往对建物的破坏性更大, 特别是在结构复杂、应力集中的转角及门窗处, 破坏尤为严重, 最终甚至导致整个建筑物的报废, 应该引起特别重视。
2 地裂缝对建筑物破坏的力学模型
从以上地裂缝对建筑物破坏的特征上看, 建筑物从外部形态上主要表现出为水平张开、垂直错动和前后错动, 在各别受力复杂部位还出现了拉张、错动和扭转的综合。这些破坏特征, 主要是拉应力、剪应力和扭矩对建筑物的作用引起的建筑物的破坏而造成的。
2.1 地裂缝垂直错动时对建筑物破坏的力学模型
坐落在地裂缝影响带上的建筑物, 原本有地基支撑。但是在地裂缝活动的影响下, 由于地裂缝的活动造成了建筑物局部地基发生松动甚至有脱空的现象。支撑形式的改变, 引起建筑物整体受力性能发生改变, 原本整体与地基接触的建筑物变成类似悬臂结构, 建筑物与地基接触形式的改变导致了建筑物上产生了附加变形, 进而引起附加应力。若地裂缝仅产生了垂直运动, 根据建筑物与地裂缝的相交方式不同, 地裂缝对建筑物破坏的力学模型如图3所示。
2.2 地裂缝垂直错动的同时伴有水平张拉时对建筑物破坏的力学模型
地裂缝的上下盘在垂直错动的同时, 如果伴有水平张拉运动, 建筑物除了产生附加的垂直应力及平面内和平面外的弯矩外, 还将产生平行于建筑物轴向的拉力, 正是由于水平拉力的存在导致了建筑物水平方向的拉裂, 如果建筑物材料抗剪强度较小, 就会导致建筑物沿水平方向被剪断, 加速了建筑物的破坏。根据地裂缝与建筑物的相交位置不同, 其力学模型如图4所示。
3 建筑物在地裂缝活动下产生裂缝破坏的原因
由以上地裂缝对建筑物破坏的力学模型分析可以看出, 建筑物在地裂缝运动下产生裂缝破坏的原因不但跟建筑物材料和结构形式有关, 而且跟地裂缝的运动方式有关。
在地裂缝活动下, 首先引起支撑建筑物的地基发生了松动, 引起了地基的局部下沉, 从而改变了建筑物的支撑条件, 在地裂缝经过的地方, 建筑物上产生了力矩Mx。在Mx的作用下, 建筑物上产生了拉应力。
一般情况下, 作为墙体的脆性材料, 抗拉强度不高, 所以在墙体上产生了有拉应力引起的拉张裂缝。而土体本身也不是完全的匀质体, 同时地裂缝的活动量也不可能完全相同, 再加上地裂缝与建筑物的不同相交形式, 有可能除了Mx外, 还产生了与Mx垂直的My。
但一般来说, Mx大于My, 且y方向的抗弯刚度大于x方向的抗弯刚度, 所以建筑物首先产生的是由Mx引起的张拉裂缝, 但如果My足够大, 也会在y方向上产生裂缝, 导致墙体前后错开。
另一方面, 建筑物在自身重力的作用下, 产生剪应力。当张拉裂缝出现后, 位于下降盘的部分建筑物跟随地基一起发生了沉降, 表现为建筑物在裂缝两边出现了错断。如果地裂缝的垂直运动同时伴随着水平扭转, 则地裂缝作用在建筑物的内力将更加复杂, 不但有拉、压、弯, 同时还伴有扭转。
综上所述, 跨地裂缝的建筑物在双向弯矩 (即弯矩和扭矩) 、剪力和拉力的共同作用下发生了破坏, 出现了裂缝。这几种力基本上是同时出现的, 但是大小却有所不同, 一般来说, 弯矩 (Mx) 大于扭矩 (My) , 所以在建筑物上墙面裂缝宽度一般要大于裂缝的前后错断;剪力是随着地基发生不均匀沉降的出现而出现的。
Mx、My、V、F的大小与地裂缝和建筑物相交的位置、建筑物自身的重量有关, 但裂缝的出现和裂缝的大小和形式, 还跟建筑物本身的抗弯刚度、抗扭刚度、材料本身的强度及地基的不均匀沉降量的大小有关。所以导致裂缝出现的形式和大小的因素事多方面的。
4 结论
通过对有地裂缝引起结构破坏的现场调查、分析, 并通过建立力学模型, 我们可以得到以下结论:
(1) 由于地裂缝的活动, 导致地基和基础的接触形式的改变, 从而引起结构内力的改变;
(2) 地裂缝活动最终会导致结构产生不均匀的沉降;
(3) 在地裂缝活动时, 弯矩、扭矩、拉力和剪力是同时产生的;
(4) 结构的不均匀沉降程度和地裂缝与建筑物的相对位置决定了弯矩、扭矩的大小, 而建筑物两个方向的抗弯刚度和材料的强度又共同决定了导致建筑物破坏的裂缝的大小和类型;
(5) 在地裂缝影响范围内修建建筑物的时候, 在适当增大建筑物抗弯强度的同时还要增强抗扭的强度和刚度, 并采用合适结构形式。
参考文献
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[4]李永善.西安地裂缝[M].北京:地震出版社, 1986.
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野猪破坏庄稼作文 篇5
爸爸说：“野猪糟蹋了庄稼，让农民的辛勤劳动得不到回报，应该开枪打。”
我说：“难道就为了这些庄稼就要把野猪打死?庄稼被糟蹋了还能长得出来，野猪死了一头来就少一头!难道野猪吃了庄稼不能用木棍赶走?”
爸爸又说：“野猪那么凶，怎么可能用木棍就能赶走了呢?”“就算用枪，也可以朝天开呀!”我激烈反驳到。“要是朝天开，野猪受到惊吓，朝自着农民跑过去了，这可怎么办?”爸爸又问到。我回答说：“那农民还可以围一道篱笆，玉米快成熟时把一部分玉米扔到篱笆外让野猪吃，这样不就行了?”
“追根究底，野猪糟蹋庄稼就是该打!”爸爸总结道。
深基坑土钉墙的破坏模式浅析 篇6
土钉墙钉土体系是基坑主动支护体系的一种,又称为补强类护坡技术,它通过在基坑开挖过程中将细长杆体(土钉)置入原位地层以提高基坑侧壁稳定性,属于边坡原位加筋支护技术。其具有材料用量少、施工速度快、安全可靠、经济等优点,目前该项技术在深基坑开挖中得到愈来愈多的应用。
由于地下工程自身的隐蔽性和复杂性,目前无锡市区采用土钉墙支护的深基坑工程成功的事例很多,但是失稳的例子也屡见不鲜。基坑开挖过程中,土体由于侧向卸荷,应力状态发生改变,原处于平衡状态下的土体就可能由于基坑地质、水文以及周边条件的不同产生多种潜在的破裂模式。如果不能够充分理解不同基坑工程自身的特点,并分析预测其可能的破坏模式,就难以保证基坑的安全性。
因此,基坑支护设计的目标就在于尽可能地找到潜在的破坏模式并针对性地布置土钉的长度、间距以及控制设计参数来解决不同的破坏模式。可见,只有预先充分考虑到基坑的可能破坏形式,才能有针对性地进行支护设计。文中对采用土钉墙喷锚支护的深基坑常见破坏形式进行了初步分析与总结。
2 土体的破坏形式
2.1 土体沿主动破裂面滑移破坏
土体开挖后基坑侧壁土体水平卸荷,土体由三向转变为两向应力状态,边坡土体产生倾向基坑的破裂面并沿该破裂面向基坑内滑移。
根据经典土压力理论,该破裂角平面与最大主应力作用平面夹角为
1.25γ0Tjk≤Tuj (1)
式(1)左边实际上是土体楔体滑动临界状态下刚体的水平作用力,可见,本式仅仅平衡了刚性楔体水平方向的应力状态,沿破裂面方向则依靠土体粘聚力和摩擦力来平衡,因此一旦土体产生滑移破裂面,此时由于原状结构遭到破坏,界面的粘聚力必然降低,可能沿破裂面滑移。所以针对这种破坏形式,应以预防为主,如控制破裂面以内坑顶的堆载,防止雨水从后面浸泡等。
2.2 土体整体圆弧滑动
土体整体圆弧滑动是土钉墙支护结构体系发生破坏的常见形态,实测中表现为基坑侧壁土体坑顶前端沉降很小而后面1倍～2倍基坑深度范围内土体位移很大,坑底土体出现隆起现象,基坑喷锚面则相对比较完整,按照规程[2],防止土体的整体圆弧滑动应满足下式:
同时,还应满足力矩平衡条件,即如果土体发生圆弧滑动,破裂部分的土体可视为刚性研究对象,按照经典力学理论中的力矩平衡原理计算:
一旦发生整体滑移的土体,最佳采取措施是顶部卸载。因为此类滑坡一般是主动滑坡,或者采取在坑底回填反压。
2.3 坑底土体承载力不足
如果基坑底部为软土,在基坑开挖后,坑底软土将因卸载而发生回弹,并且极易被扰动,因此坑底容易发生土体强度破坏,进而导致上部土体破坏。
坑底土体承载力不足引起基坑失稳是往往容易忽视的问题,应特别引起重视,施工前可采用超前锚管、被动区加固等方法进行预先处理。
2.4 基坑整体水平滑移
目前在无锡市区土钉墙支护实践中还没有观察到类似的破坏形式,实际中这种破坏发生的可能性也不大。因为根据无锡市区上部的土层情况来看,一旦土体破裂面形成,在破裂面后侧的土体不可能持久地以主动土压力对基坑侧壁进行作用,所以进行整体水平滑移验算的意义不大。
2.5 局部倾覆—滑移破坏
从目前的情况来看,土钉墙喷锚支护发生整体绕坡脚倾覆破坏的情况很少,但是发生局部倾覆破坏的情况较多。如对于上部杂填土厚度较大时,一旦杂填土内的土钉失效,由于下部粘性土比较稳定,往往容易发生杂填土顶部出现裂缝后上部土体外倾与后面土体脱离,然后迫使下部已经施工完毕的喷锚沿界面滑移。因此,处理好杂填土段土钉墙的稳定性极有必要。
3 土钉的破坏形式
3.1 土钉结构的强度破坏
土钉有6种可能的破坏形式:1)土钉杆材屈服破坏;2)土钉与注浆体滑移破坏;3)土钉锚固体从土体中拔出;4)土钉锚固体周围土体剪切破坏;5)面板节点破坏如焊接脱离或者出现环状剪切破裂面等;6)土钉被剪断。
3.2 土钉结构的蠕变破坏
由于软土具有很强的流变特性,土钉试验得到的拉拔曲线很难达到收敛状态。因此如在软土中采用土钉,则应提高安全系数,达到1.6以上[4]或者基础施工中加快速度。
4 部分基坑失稳实例情况
根据对目前无锡市区部分土钉墙支护结构基坑破坏的情况初步统计,纯粹的支护结构破坏并不常见,大部分都是土体失稳破坏。
土体失稳破坏主要有两种情形:
1)基坑深度较浅时,坑底落在第一硬土层内,由于修坡较陡或者上部土钉锚拉不够,沿基坑上面往往容易出现一条平行坑壁的裂缝,距离一般在1 m范围内。此时坑顶水平位移量较正常情况大且不能收敛,最终导致上部发生破坏,如图1所示。
可见,对于坑顶出现细长裂缝时,应引起必要的重视,防止其进一步发展扩大。
2)对于深度较大的基坑采用土钉墙支护后,坑底如果落在软土层上,一旦受到意外因素的影响,如持续的暴雨或者很大的地面超载等情况,基坑稳定性会发生突变,容易出现整体圆弧滑移破坏。因此对于深度较大坑底土质不良的基坑,采用土钉支护应尤其慎重。
5 结语
文中根据多年来在无锡地区深基坑土钉墙支护一线从事设计、施工的实践体会,对土钉墙支护体系可能的几种破坏模式进行了初步总结,并对部分破坏模式在设计、施工中的处理措施进行了简要阐述。一旦对土钉墙的潜在破坏形式有了足够的认识,那么在设计、施工中就可以有针对性地进行预防处理,真正使基坑设计施工做到“安全、经济、科学”,这也是岩土工程概念设计的要求之一。
摘要：基于多年从事深基坑土钉墙喷锚支护设计、施工的经验体会,初步分析了深基坑土钉墙喷锚支护可能的几种破坏形式,并简要介绍了无锡市区的几个典型的深基坑土钉支护失稳实例,为深基坑土钉墙喷锚支护设计提供了依据。
关键词：深基坑支护,土钉墙,破坏模式,主动土压力
参考文献
[1]陈忠汉.深基坑工程[M].北京:机械工业出版社,2003.3.
[2]JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[S].
[3]刘建航.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
破坏模式 篇7
随着经济的高速发展,公路的修建也与日俱增。 公路的安全性是公路发展过程中的一个重大问题,而公路的安全性则主要依赖地基的稳固性。目前在地基的承载特性和破坏模式方面的研究还尚不成熟,为文章的研究提供了广阔的空间。文章在研究公路路基地基的承载特性和破坏模式的基础上,提出了优化公路路基地基的具体方法。
1公路路基地基的承载特性
1.1建造过程中的弹塑性
在公路路基的建造过程中进行弹塑性的计算,能够最大限度的保证路基地基的稳定性。公路路基地基弹塑性的计算方法主要采用有限元分析法。这是一种以土体的本构模型为基础的分析方法,在进行计算的过程中运用了Mohr—Coulomb(M-C)屈准原则。通过这种分析方法产生的结果能够对岩土材料的特征进行客观反映,计算结果相对准确,能够最大限度的保证公路路基地基在理论上的稳定性。
1.2使用过程中的硬性和刚性
公路路基的硬性和刚性指的是在公路经过一段使用时间之后,公路路基地基就会硬化,此时通过一定的方式方法对公路路基地基的硬度和刚度进行测量,能够有效的推算出公路路基地基可能出现破坏的时间段。公路路基地基的测量是在平面测量的基础上增加了一个对称性的分析,它的测量方法主要在前面测量方法运用的过程中,增加一个确定模型边界的过程。
1.3综合承载能力
公路路基地基的综合承载能力包括很多方面,最主要的有3个方面,分别是:公路路基地基最大承载力,公路路基地基最高摩擦限度;公路路基地基最大负荷运行时间。在分析公路路基地基综合承载能力的过程中要运用建立坐标系的方式来综合评定。
2公路路基地基的破坏模式
公路路基地基的破坏受到很多因素的共同影响,下面对这些因素进行具体的分析。
2.1土体黏聚力
土体粘聚力影响着公路路基地基的粘性塑造,影响着地基的稳固性。土体的粘聚力受到土体内摩擦角和弹性模量的影响。当土体内摩擦角和弹性模量的数值稳定的时候,如果粘聚力越来越大,那么地基内部产生变形的区域的面积也会随着扩大,如果这时增加公路的负荷,那么公路路基地基的变形程度也会随之加大。首先产生变形的区域集中在公路路基地基的中间位置和坡脚附近,随着破坏程度的加大,破坏区域相连,最终地基被完全破坏。由此可见,地基的破坏不直接受粘聚力大小的影响,粘聚力影响的只是塑性区的状况。
2.2土体内摩擦角
土体内摩擦角指的是土的内摩擦力,包括土粒之间的表面摩擦力和由于土粒之间的连锁作用而产生的咬合力。公路路基地基的土体内摩擦角受到土体粘聚力和弹性模量的影响,当土里粘聚力和弹性模量的数值稳定的时候,内摩擦角越小,地基中间部位的塑形变形越大,并且形成的滑动面的贯通性越好。内摩擦角越大,路基地基坡脚部位的塑性变形越大,不能形成滑动面。由此可见,内摩擦角的变化不影响地基塑形位置的变化,受到直接影响的是塑性区的发展模式和地基的破坏模式。
2.3土体弹性模量
土体弹性模量就是指土体在无测限条件下瞬时压缩的应变模量。土体模量受到土体粘聚力和内摩擦角的影响。当弹性模量比较低的时候,地基产生破坏的时候塑性区只能延伸到坡脚附近,破坏模式也只是局部剪切破坏。当弹性模量变大时,塑性区面积延伸,地基呈现整体破坏模式。由此可见,弹性模量对地基塑性区的发展模式和地基的破坏模式都能够产生较大的影响。
2.4参数的不同组合
在土体黏聚力、土体内摩擦角和土体弹性模量的参数呈现不同组合的情况下,对于公路路基地基的破坏也会产生不同的影响。例如,当土体粘聚力的数值一定时,分析土体内摩擦角和弹性模量的相互作用对公路路基地基的破坏模式产生的影响。
通过对表1进行分析可以得到如下结论:当内摩擦角的数值比较小的时候,可以根据弹性模量的大小将地基的破坏模式划分为整体剪切破坏和局部剪切破坏;当土体内摩擦角的数值比较大的时候,可以根据弹性模量的大小把地基的破坏模式分为局部剪切破坏和冲剪破坏。
3破坏模式对比分析
通过上文可以得知公路的破坏模式可以分为3种情况:(1)是整体剪切破坏,(2)是局部剪切破坏, (3)是冲剪破坏。现在对3种破坏模式进行对比分析。
(1) 整体剪切破坏。整体剪切破坏的发生区大多出现在公路路基地基的中间部位,然后随着负荷的增加延伸到坡脚或者坡脚外侧,当塑性区完全扩展到坡脚外侧的时候,表明刚性地基已经产生了整体剪切破坏。
(2) 局部剪切破坏与冲剪破坏。局部剪切破坏和冲剪破坏的发生区域和整体剪破破坏一样,区别在于局部剪切破坏和冲剪破坏的范围没有扩展到地面。对于刚性地基来说,当产生局部剪切破坏或者冲剪破坏的时候,地基并没有完全被破坏,基础下面的地基尚且还有一部分处于弹性状态。
4优化公路路基地基的方法
优化公路路基地基的方法在于引进先进的技术, 目前采取的方法主要有两种:一种是碎石注浆技术, 另一种是稀浆封层技术。
(1)碎石注浆技术。碎石注浆技术就是把破碎的石头和水泥胶进行混合,形成一种小型的浇灌桩。这种技术是近年来我国公路修建过程中使用比较多的一种新技术。这项技术的施工过程就是,首先利用钻孔机钻孔,在钻孔的底部放上碎石注浆桩,然后进行灌浆。这样灌浆方式不仅可以凝固碎石注浆桩,同时还可以扩散到周围的土层中,形成一个过渡带,增强公路路基地基的稳固性。
(2)稀释封层技术。稀释封层技术运用在公路路基地基建造完成之后,通过稀浆包裹在地基和沥青之间形成一个过渡,不仅能够使沥青和地基更加紧实, 更能够弥补在地基建造过程中的缺陷,整体提升路基建造的质量。
5结语
破坏模式 篇8
1 槽式预埋件的组成
槽式预埋件是由特殊形状的槽钢和锚钉两部分组成, 锚钉通过焊接或铆接的形式同槽钢连接。
幕墙施工常用到的槽式预埋件的长度为300mm, 锚钉长度为100mm或60mm。槽式预埋件的抗拉承载力一般为100k N左右, 抗剪承载力为70k N左右, 从施工的安全性考虑, 我们将安全系数取为3, 即抗拉承载力的设计值为32k N, 抗剪承载刀设计值为23k N。
2 槽式预埋件的优缺点
槽式预埋件为近些年来幕墙施工中大量采用的一种埋件形式, 由于其与平板式预埋件相比有较多的优点, 因此, 槽式预埋件在幕墙中的使用量有逐年增多的趋势。下面就槽式预埋件的优缺点进行一下说明。
2.1 槽式预埋件与平板预埋件相比的优点。
2.1.1 从生产加工角度比较。
槽式预埋件的加工工艺简单, 质量检验方便。加工一个槽式预埋件共分四道工序, 具体如下:槽钢下料、锚钉下料、铆接 (或焊接) 锚钉、表面防腐处理, 加工一个这样的槽式预埋件大概用时5min左右。而加工平板式预埋件的工序与槽式预埋件的工序相同, 但是每道工序的用时都要比槽式预埋件长, 平均加工一个平板式预埋件大概用时20min左右, 因此, 槽式预埋件的加工效率要比平板预埋件高三倍左右。
2.1.2 从经济性角度比较。
槽式预埋件价格便宜, 节省工程造价。一个槽式预埋件的重量大概是2kg左右, 外加两个T型螺栓, 一套槽式预埋件的价格大概为25元左右。而一个平板预埋件的重量大概为6kg左右, 其价格大概为60元左右, 因此槽式预埋件的价格要比平板预埋件的价格节省一半以上。
2.1.3 从施工的难易角度比较。
槽式预埋件体积小, 施工非常方便。槽式预埋件的锚钉只有一排, 其槽钢体积较小, 不容易与主体结构的钢筋发生干涉, 施工周期较短, 能大大提高施工进度。而平板预埋件所占的体积大, 锚筋一般为两排两列布置, 非常容易与主体结构的主筋发生干涉, 由于施工工人不是非常清楚主筋的重要性, 偶尔会为了埋设平板预埋件而把主体结构的主筋锯断, 这样就会给建筑埋下安全隐患。另外, 由于槽式预埋件的体积小, 当主体结构为一较薄的板式结构时, 只能采用槽式预埋件而不能采用平板预埋件。
2.1.4 从是否方便幕墙龙骨的安装角度比较。
槽式预埋件与幕墙龙骨的转接件采用T型螺栓连接, 现场不需要焊接, 安装非常方便。槽式预埋件是通过在其槽口内能够自由水平滑动的T型螺栓连接的幕墙龙骨转接件相连接, 与T型螺栓连接的幕墙转接件在竖直方向上开长圆孔, 幕墙转接件与幕墙龙骨连接的位置开垂直于幕墙面方向的长圆孔, 这样就实现了幕墙龙骨安装的三维调整, 安装非常方便。
平板预埋件也能实现三维调整, 但是调整完了之后需要焊接来固定, 一方面为现场施工增大了难度, 另一方面也增大了发生火灾的可能性。
2.2 槽式预埋件与平板预埋件相比的缺点。
槽式预埋件与平板预埋件相比, 最为明显的缺点就是槽式预埋件的承载能力要比平板预埋件小很多, 我们在上文已经提到, 槽式预埋什的抗拉承载力设计值为32k N, 抗剪承载力设计值为23k N, 而平板预埋件的抗拉承载力设计值为140k N, 抗剪承载力为55k N左右。因此, 当幕墙的跨度较大或者幕墙面离结构面较远时, 槽式预埋件就不合适了, 只能选择平板预埋件。
3 槽式预埋件的埋置形式
槽式预埋件的埋设形式大体上可分为两种, 一种为主体立面放置, 另一种为主体楼面放置, 下面对这两种形式分别给予介绍。
3.1 立体面放置。
立体面放置, 即槽式预埋件埋设在主体结构的立面上, 这种埋设方法是幕墙中最常见的一种埋设方式。其特点是施工方便, 适应性强, 受力合理。几乎适用于所有的框架式幕墙的施工。但是当幕墙的放尺尺寸较小时, 这种埋设方式就不适用了。
3.2 主体楼面放置。
主体楼面放置, 即槽式预埋件埋设在楼板上, 这种埋设方式在单元式幕墙中非常常见, 因为埋件埋设在楼板上, 在进行单元幕墙的施工调整时非常方便。另外, 当幕墙的放尺尺寸较小时, 也只能采用这种埋设方式。
4 槽式预埋件的破坏模式
4.1 受拉状态下。
4.1.1 钢材破坏。
锚钉拉断、锚钉与槽钢连接点破坏、槽钢槽口卷边破坏、T型螺栓拉断、槽钢拉弯。
4.1.2 混凝土破坏。
槽钢拉出、混凝土锥体破坏、混凝土劈裂破坏、混凝土侧面锥体破坏。
4.1.3 箍筋破坏。
箍筋拉断、箍筋锚固失效。
4.2 受剪状态下。
4.2.1 钢材破坏。
T型螺栓剪断、槽钢槽口一侧卷边破坏。
4.2.2 混凝土破坏。
混凝土撬起破坏、混凝土边缘破坏。
4.2.3 箍筋破坏。
箍筋拉断、箍筋锚固失效。
5 结论
5.1 单元式幕墙槽式预埋件破坏模式总体上可分为受拉钢材破
坏、混凝土破坏、箍筋破坏和受剪钢材破坏、混凝土破坏、箍筋破坏几大类。
5.2 在实际工程中, 单元式幕墙槽式预埋件一般承受拉剪组合
破坏模式 篇9
输电塔是超静定的空间钢结构。在遇到罕见的冰雪荷载时, 导、地线传给杆塔的不平衡张力、上拔力、下压力, 很容易导致杆塔过载, 使结构的构件发生破坏, 输电塔可能的破坏模式为失稳破坏或强度破坏[1]。输电塔由细长杆件构成, 在压、弯作用下极易发生结构失稳, 而结构失稳会使杆塔的刚度和承载能力迅速降低, 致使倒塌。虽然输电塔是塑性和韧性都很强的结构, 但在受拉、剪切作用下极易使构件达到材料的强度极限应力, 并在应力集中处发生塑性破坏[2]。
2 力学模型的建立
杆塔主要受3个方向的荷载: (1) 垂直于线路方向的荷载, 即模型中的坐标系的X方向; (2) 平行于线路方向的荷载, 即模型中的坐标系的Y方向; (3) 垂直于地心的荷载, 即模型中的坐标系的Z方向。导、地线的风荷载和导地线及覆冰后的综合垂直荷载, 可以根据导、地线型号及覆冰厚度实际算出;不平衡张力按最大不平衡张力的百分数求得, 纵向张力工况, 如表1所示, 纵向张力力学模型加载示意图, 如图1所示。工况1时, 杆塔前侧为零, 后侧节点力大小一样;工况2时, 所有左侧前侧脱冰、右侧后侧脱冰, 不平衡张力大小一样, 方向相反;工况3时, 杆塔Y方向的荷载按杆塔的断线张力乘以对应冰厚张力百分数, 再乘以冲击系数1.1, 施加在对应的导线或地线的节点上。根据风压高度变化系数及不同的杆塔区段型号, 把杆塔分为15个风压区段, 得到的风荷载分别施加在15×4的节点上。覆冰时的风速按10m/s, 通过高度函数设置到软件里面。随着覆冰厚度的增加, 杆塔的垂直荷载以自重垂直荷载增大系数表征, 通过加速度的方式施加在杆塔上。根据东北院杆塔构件覆冰垂直荷载增大系数, 经测算粗略取值如下:10mm覆冰时, 增大系数为1.1;15mm覆冰时, 增大系数为1.2;20mm覆冰时, 增大系数为1.5;30mm覆冰及以上时, 增大系数为2.0。
3 屈曲失稳分析
屈曲失稳是材料在轴向压力的作用下失去使其保持平衡状态的临界位形而发生的一种稳定破坏。1744年, 欧拉研究过细杆在过某一临界值后, 压杆变形倾向于一侧拱曲, 这种现象被称为压杆屈曲。屈曲分析包括特征值屈曲分析和非线性屈曲分析;失稳包括分支点失稳和极值型失稳。由于钢结构存在施工误差、初应力和初扰动, 只能发生极值型失稳。
3.1 特征值屈曲分析
特征值屈曲分析是让我们知道应力刚度矩阵可以加强或减弱结构的刚度。当达到某个载荷时, 弱化效应会超过结构的固有刚度。此时, 没有了净刚度, 位移无限增加, 使结构发生屈曲。对于受压情况, 当压力增大时, 弱化效应增加。由于特征值屈曲不考虑任何非线性行为, 只用来预测一个理想线性结构的理论屈曲强度, 因此, 它只是一种学术解。利用特征值屈曲分析可以预测屈曲载荷的上限, 然而在通常情况下, 我们都期望通过非线性屈曲分析得到保守载荷 (下限) 。ANSYS的线性屈曲分析使用相似的概念, 利用特征值的公式计算得出结构负刚度的应力刚度矩阵的比例因子, 利用特征值公式 (1) 得到特征值λ。特征值表示给定载荷的比例因子, 如果给定载荷是单位载荷, 特征值即是屈曲载荷。在进行非线性屈曲分析前, 我们可以利用线性屈曲分析了解屈曲形状。当给定的荷载为单位荷载时, 所得的纵向弯矩、纵向扭矩的特征屈曲荷载分别为12 259N、10 834N, 如图2所示。
式中, K为刚度矩阵;λ为特征值 (也叫比例因子或载荷因子) ;[S]为应力刚度矩阵;ψ为位移特征矢量。
3.2 非线性屈曲分析
进行屈曲稳定分析, 采用的是第一、二种力学模型, 如图3所示。首先, 打开大变形、弧长控制法、跟踪平衡路径, 分析屈曲前、后的变形;然后沿导线Y方向施加20 000N的荷载, 采用的是斜坡加载方法, 荷载子步为20;最后, 我们可知纵向弯矩、纵向扭矩的非线性屈曲荷载分别为为14 000N、10 000N, 如图4所示。
3.3 强度破坏分析
3.3.1 强度基本概论
强度是结构抵抗破坏的能力。材料在轴向拉或压力作用下达到了材料的强度极限应力 (Q235材料为235MPa、Q345材料为345MPa) 后, 会发生一种过载塑性破坏。所以, 本文主要跟踪杆塔在不同工况不同的覆冰厚度下的应力及应变。同时, 分析杆塔在各个工况下对应的突出力学特征, 如弯矩、扭矩、轴力等。
3.3.2强度破坏路径跟踪
以《建筑结构荷载规范》 (GB 50009—2012) 提供的基本风压值为标准, 按不同的风压高度变化系数, 把杆塔分为15段。根据实际输电塔结构的典型破坏模式, 计算了3种相应的荷载工况, 对全塔模型进行加载计算。
1) 工况1 (不均匀覆冰最大纵向弯矩) 分析:所有导地线前侧覆冰, 后侧脱冰。施加荷载之后的杆塔力学模型图 (冰厚为40mm) 如图5~图7所示。
杆塔结构在40mm覆冰作用下, 杆件应力超过了强度极限应力, 并且构件已由弹性进入塑性变形阶段。拉应力集中在张力方向的地线支架及导线的横担上平面、曲臂、颈部处;压应力集中在张力反方向的地线支架及导线的横担下平面、塔头和塔身连接处;弯矩集中分部在上下曲臂连接附近;塑性应变最大值集中分部在横担上下平面和下曲臂处。应力从横担位置向曲臂传递, 变形曲线由弯曲型向剪切型发展。所以, 地线支架、横担上、下平面、曲臂、颈部为结构在覆冰最大纵向弯矩破坏时的薄弱位置。
2) 工况2 (不均匀覆冰最大纵向扭矩) 分析:所有前侧左导、地线脱冰, 后侧右导地线脱冰, 施加荷载之后的杆塔力学模型图 (冰厚为40mm) 如图8~图10所示。
杆塔结构在40mm覆冰作用下, 杆件应力超过了强度极限应力, 构件已由弹性进入塑性变形阶段。应力集中在曲臂、横担以及颈部;扭矩集中分部在塔身与塔头连接附近及横担;塑性应变最大值集中分部在上、下曲臂连接附近。应力由曲臂向横担、颈部处传递。所以, 颈部、横担、颈部主材为结构在覆冰最大纵向扭矩最先破坏时的薄弱位置。
3) 工况3分析:覆冰断线 (断任意一相地线或断边导线) 力学模型如图11~图14所示。
杆塔结构在40mm覆冰断线工况下, 杆件应力超过了强度极限应力, 构件已由弹性进入塑性变形阶段。拉应力集中在曲臂内侧主材处;压应力集中在曲臂内、外侧主材处;塑性应变最大值集中分部在被拉侧的曲臂、边横担主材处。应力从曲臂向横担发展, 变形曲线由剪切型向弯曲型发展。所以, 横担和曲臂处是断线工况破坏的薄弱位置。
4结语
本文通过大型通用有限元分析软件ANSYS, 对杆塔进行了屈曲稳定和强度分析。首先, 分析了杆塔在纵向弯矩工况下的特征屈曲分析和非线性屈曲分析, 得到了不同荷载子步下的荷载路径和荷载位移曲线, 证实了杆塔在位形变化较大的情况下, 将发生稳定破坏。接着, 分析了杆塔在不均匀覆冰作用下的3种不利工况的力学性能, 确定了杆塔在最大纵向弯矩、最大纵向扭矩、断线工况塑性破坏时的薄弱位置, 分别为在最大纵向弯矩工况下, 横担上、下平面、曲臂和颈部主材为破坏的薄弱位置;最大纵向扭矩工况下, 上、下曲臂接壤的地方为破坏的薄弱位置;断线工况下, 曲臂以及横担材料为破坏的薄弱位置。
摘要：2008年12月期间, 我国南方13个省份先后出现50年一遇的历史罕见的低温、持续雨雪冰冻天气, 给输、变电设施带来大面积覆冰, 造成电网大范围倒塔。其95%的原因是不均匀覆冰条件下产生的纵向不平衡张力导致的输电塔倒塌。论文以华沙I线500k V事故段43#酒杯塔为建模实例, 利用大型通用有限元分析软件, 分别分析了输电塔的不均匀覆冰导致的最大纵向弯矩、不同期脱冰导致的最大纵向扭矩、覆冰过载导致的断线工况下的屈曲稳定或强度破坏特性, 为该类型输电塔在抗冰设计、加固增强、改造重建提供了依据。
关键词：输电塔,不均匀覆冰,纵向张力,破坏模式
参考文献
[1]陆佳政, 彭继文, 张红先, 等.2008年湖南电网冰灾气象成因分析[J].电力建设, 2009, 30 (6) :29-32.
破坏模式 篇10
国内外对交错桁架体系的建筑功能、经济性能、传力路径、设计和安装等方面都作了许多研究, 这些研究成果对交错桁架体系的推广应用起到了重要作用。但对于钢结构建筑, 受火灾高温的影响, 钢材强度和刚度等力学特性会迅速降低, 整体结构承载能力下降, 可能发生结构整体坍塌, 从而对人类的生命财产安全构成极大威胁。因此, 作为结构整体安全的重要环节, 交错桁架体系抗火性能的研究应得到重视, 这将对钢交错桁架体系的推广应用起到重要的保障作用。目前, 国内已有学者在钢结构交错桁架抗火方面开展了相关工作, 并对其在火灾作用下的力学特性及抗火设计进行了分析。由于交错桁架具有独特的结构体系与传力特性, 对于火灾作用下该体系破坏模式的研究尚未见诸文献。要全面认识钢结构交错桁架的抗火行为, 有必要结合该结构体系的特点, 对其在火灾作用下的破坏模式开展详细的研究, 为进一步研究钢结构交错桁架抗火性能提供技术参考。
笔者对钢结构交错桁架在实际火灾场景下的受火模式、桁架构件及整体的破坏形式进行了调研, 为钢结构交错桁架结构体系的结构优化及防火设计提供理论依据, 以推进钢结构交错桁架体系整体安全性能的研究。
1 交错桁架结构体系特点
如图1所示, 交错桁架体系由布置在房屋外侧的柱子 (中间无柱) 和跨度等于房屋宽度、高度等于层高的桁架共同组成, 桁架跳层交错布置在外柱上, 楼板一端置于桁架的上弦, 另一端置于相邻桁架下弦;在顶层无桁架处采用立柱支撑屋面板, 底层若设置大空间, 可在第二层设置吊杆代替底层桁架。桁架是由直杆组成的, 一般具有三角形单元的平面或空间结构。桁架主要由上弦杆、下弦杆、竖腹杆和斜腹杆组成, 如图2所示。按桁架形式不同, 交错桁架体系可分为空腹交错桁架体系、Pratt型交错桁架体系和混合型交错桁架体系。根据桁架体系的特点及具体工程需要, 实际工程多采用混合桁架形式。
高层交错桁架结构体系同时承受竖向荷载及水平荷载, 即重力荷载和侧向荷载。在水平荷载的作用下产生的剪力通过楼板的横隔作用, 从一榀桁架的下弦杆传至邻榀桁架的上弦杆, 上弦杆通过腹杆传至下弦杆, 周而复始, 逐层传递, 最后传给基础。重力荷载通过楼板传递到弦杆或柱, 弦杆上的力通过桁架传递至柱, 然后传递至基础。根据交错桁架结构体系的传力特性可知, 在侧向荷载或重力荷载的作用下, 荷载逐层传递, 结构由稳定结构变成机动结构所需形成塑性铰的数量多, 塑性发展过程长, 能量耗散多。故有效提高了结构体系的抗侧能力。
2 交错桁架受火模式分析
火灾作用下交错桁架结构体系的力学响应与诸多方面的因素有关, 如火源位置、受火构件的分布、受火构件的受火方式等。发生火灾时, 并不是所有构件均受到高温作用影响, 且受火构件的受火方式 (三面受火还是单面受火等) 并不完全相同, 与其在建筑中的位置及建筑的防火分隔等有直接关系。因此, 在研究钢结构交错桁架体系抗火性能之前, 有必要对该体系可能的受火模式进行深入分析和详细分类。
当火灾发生时, 根据火源位置的不同, 单榀钢结构交错桁架有两种典型的受火模式, 一种为桁架层 (设置有平面桁架的楼层) 受火, 一种为敞开层 (未设置平面桁架的楼层) 受火, 如图3所示。
2.1 桁架层受火 (Afire模式)
Afire模式是指火灾发生在设置有桁架的桁架层, 火源靠近某榀桁架。此时楼板、桁架上弦杆、斜腹杆及竖腹杆均受到火灾高温作用影响, 其中楼板单面受火, 上弦杆除与上层楼板相邻处未直接受火外, 其他各面均受到火灾的高温作用, 上弦杆三面受火, 斜腹杆与竖腹杆四面受火。下弦杆受到本层楼板保护未直接受火。由于外柱一般均有较厚的混凝土等保护, 为单面受火或不受火。
2.2 敞开层受火 (Bfire模式)
Bfire模式是指火灾发生在没有设置桁架的敞开层, 火源处于上层桁架的下方楼层, 此时该榀桁架的上弦杆、斜腹杆与竖腹杆均未直接受火, 楼板单面受火, 处于楼板下方的下弦杆除与楼板相邻面未直接受火外, 其他各面均直接受到火灾的高温作用, 下弦杆三面受火。由于外柱一般均有较厚的混凝土等保护, 其受火模式为单面受火或不受火。
综上所述, 钢交错桁架结构体系受火模式分类及构件受火情况如表1所示。
3 火灾下交错桁架结构破坏模式分析
钢交错桁架结构体系由桁架与楼板组成。研究钢交错桁架结构体系的破坏模式可从桁架构件破坏、楼板破坏和桁架整体破坏三方面来进行分析。
3.1 桁架构件破坏
桁架的基本组成构件包括上弦杆、下弦杆及腹杆, 各构件的连接节点如图4所示。
桁架为钢质材料, 在火灾高温环境及外力作用下, 温度升高, 钢材受热膨胀产生热应力, 引起构件内力重分布;温度继续升高, 钢材软化, 导致构件失稳、挠度过大, 强度、刚度迅速降低;当温度达到600℃时, 钢材基本丧失全部的强度和刚度。因此, 火灾作用下桁架及构件的行为响应极为复杂, 结合Afire模式和Bfire模式对各构件可能发生的破坏特征进行分析。
(1) 上弦杆受火。在Afire模式下, 上弦杆三面受火。该模式下, 楼板置于上弦杆上方, 上弦杆背火面受楼板保护, 使其三面受火。在火灾作用下, 上弦杆受火后, 受热膨胀, 对周围构件产生膨胀推力, 推挤周围约束构件;随着温度的继续上升, 钢材的强度极限、弹性模量降低, 其强度、刚度随之下降, 容易产生向下的弯曲变形;当温度继续升高时, 上弦杆软化而失去承载能力。
在正常情况下, 上弦杆受压, 杆件内力表现为轴向压力。受火后, 由于杆件的热膨胀作用, 轴向内力有所增加, 随着温度升高, 杆件发生软化, 轴向内力逐渐减少直至消失。
(2) 腹杆受火。在Afire模式下, 竖腹杆与斜腹杆各面均暴露于火灾高温下, 属于四面受火。腹杆长度较短, 截面面积较小, 周长与截面面积比值较大, 相对于柱与弦杆温升较快, 在采用相同的防火涂层的情况下, 腹杆先发生破坏的可能性较大。
在正常情况下, 腹杆受到轴向力的作用, 内力可能为拉力, 也可能为压力。腹杆受火后, 温度迅速升高, 杆件受热膨胀;温度继续升高, 钢材的刚度、强度下降, 发生软化。开始阶段, 随着温度升高, 腹杆内力受热膨胀作用影响会发生一定程度的变化;温度升高, 钢材刚度、强度不断下降, 腹杆软化破损, 腹杆失效。
火灾高温作用下, 桁架受力、弯矩与常温下差别较大;此外, 受火灾高温的影响, 腹杆极有可能先发生破坏, 桁架某腹杆破坏, 等价于撤掉该腹杆构件。通过数值模拟分析得到, 桁架在正常情况下、火灾高温和某腹杆破坏情况下的弯矩及轴力变化情况, 如图5和图6所示。由模拟结果可得, 火灾高温或某腹杆破坏致使桁架弯矩、轴力产生较大变化, 进而可能导致桁架整体耐火极限及耐火能力下降。因此, 对腹杆的防火保护应予以重视, 应在进行结构防火设计时尽量提高其耐火极限, 在施工及日常使用中尽量避免其防火保护层受到破坏。
(3) 下弦杆受火。在Afire模式下, 下弦杆不受火。在Bfire模式下, 处于楼板下方的下弦杆除与楼板相邻面未直接受火外, 其他各面均直接受到火灾的高温作用, 属于三面受火。在Bfire模式下, 下弦杆处于下层受火房间顶部, 位于火源上方, 直接受到火源的高温作用, 热学响应明显, 发生破坏的可能性较大;上弦杆、腹杆尚未直接受火, 受火灾高温作用影响较小, 温度变化不大, 力学性能变化较小, 发生破坏的可能性相对较小。
受火灾高温影响, 下弦杆温度升高, 向两端膨胀;温度继续升高, 钢材的刚度、强度迅速下降, 构件软化。在正常情况下, 下弦杆内力表现为轴向拉力, 受热膨胀作用影响, 弦杆伸长, 杆件内力有所减少;随着温度升高, 钢材刚度、强度逐渐下降, 下弦杆软化。下弦杆在失去抗弯能力后, 通过轴力和很大的挠度形成的力矩来抵抗弯矩, 即通常所说的悬链线效应, 仍有一定的抗火承载力。
下弦杆失效后, 整个桁架失去承载力作用, 发生破坏, 甚至可能造成桁架整体塌落。
(4) 节点受火。节点的种类包括铰支连接、刚性连接、半刚性连接等。高温引起材料性能衰退, 钢材力学和物理性能参数随温度升高而下降, 使得节点处的极限承载力随温度的升高而呈现降低趋势。由于节点的复杂性, 目前对于火灾高温下节点的破坏机理尚不完善。
3.2 楼板破坏
楼板有多种形式, 如现浇钢筋混凝土楼板、预制楼板以及压型钢板组合楼板等。压型钢板组合楼板与桁架构件相对位置, 如图7所示。
楼板将竖向空间分为数层, 并发挥承载功能。在交错桁架结构体系中, 楼板同时承受水平荷载及竖向荷载。在火灾高温作用下, 交错桁架楼板破坏性较大, 其破坏形式及特征与普通楼板有所不同。
(1) 热膨胀作用。在火灾作用下, 环境温度升高, 楼板受热向四周膨胀, 对周围的约束构件 (弦杆、腹杆等) 产生膨胀推力, 相应地楼板受到周围约束构件的挤压力作用, 限制楼板发生膨胀。
(2) 纵向荷载。在火灾作用下, 环境温度升高, 楼板受热后材料强度、弹性模量会迅速降低, 在纵向荷载及自身重力作用下, 楼板极有可能产生裂缝, 甚至局部坍塌。
(3) 侧向荷载。在火灾作用下, 环境温度升高, 楼板受热后材料强度极限、弹性模量会迅速降低, 楼板受火区域在侧向力的作用下容易产生裂纹, 致使楼板失去传递侧向力的功能。
在火灾作用下, 桁架楼板受热后材料强度极限、弹性模量会迅速降低, 同时受到热膨胀、纵向荷载、侧向荷载的作用, 容易发生破坏, 产生裂缝。裂缝的出现致使楼板刚度降低, 使楼板的弯曲变形更加剧烈, 同时使楼板失去侧向力传递的功能。楼板的承载力下降, 在竖向荷载作用下甚至可能发生灾难性的瞬间坍塌。高温作用下, 压型钢板组合楼板的钢板能够提供的强度很小, 如果混凝土过薄, 高温下混凝土可能出现爆裂而完全失去强度。
3.3 桁架整体破坏分析
桁架个别构件失效后, 引起桁架整体破坏最严重的是下弦杆, 其次为上弦杆、楼板、腹杆。总体来讲, 发生火灾后桁架的楼板、腹杆温升较快, 其次为弦杆。
(1) 个别腹杆破坏改变桁架构件的力学特征, 一般不会引起桁架整体破坏, 而弦杆破坏则使整个桁架完全失去承载和传力作用。
(2) 楼板裂缝的出现使楼板刚度降低, 变形加剧, 同时楼板侧向力传递功能失效, 承载力下降, 极有可能导致桁架局部甚至整体坍塌。
(3) 桁架连续破坏。对于高层建筑来说, 当某层桁架失效后, 上层荷载塌落至下层桁架, 由于冲击荷载的影响, 可能会导致桁架逐层连续垮塌, 桁架整体破坏。
4 结语
结合钢交错桁架结构体系的特点, 根据火源位置的不同分析总结了单榀钢结构交错桁架两种典型的受火模式, 并对这两种受火模式下的钢交错桁架结构体系中各构件的受火方式进行了分析。