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钢筋混凝土耐久性导论课程

这一节首先来讲一下

耐久性设计的目的 原则 和方法

路老师

设计这个词确实听说过

那么我们的混凝土耐久性

也能设计吗

那这个问题不好回答

如果将耐久性

简单地理解为寿命的话

显然是不能设计的

就如同一个人在出生前

做父母的想让他活多少年一样

是不可能的事 对吧

路老师

既然我们没办法判断

这个结构的耐久性到底是怎样的

那为什么

还一定要搞耐久性设计不可呢

这要看你从哪个层面

来理解这个问题

如果把钢筋混凝土

当成是一件商品看的话

显然是要去考虑它的使用寿命的

一般的一件商品的用户不同

功能不同 造价不同

安全性和稳定性要求不同

它的耐久性要求也自然不会相同

比如一架飞机 一辆高铁

和一辆自行车

设计时首先都要考虑人的安全

可是人们对它的耐久性期望

或是要求 是不同的

这个比喻听起来像那么回事

可是一架飞机并不见得

比一辆自行车的寿命要长呀

对呀

这不就涉及我们这门课

所讲的核心内容了吗

如果你把耐久性等同于寿命

问题有时会变得难以理解

如果你把耐久性理解成是材料

与环境相互作用

造成的材料性能降级

或者失效的现象

问题就很容易理解

当然了这里边还包含着

材料如何正确或合理地使用

以及使用过程中

该如何科学地维护与维修的问题

那路老师

一架飞机它在它的使用

以及维护上

肯定是要比一辆自行车

要严格得多的

但是为什么会出现这种

自行车寿命比飞机长的情况呢

就是刚才已经说过了

耐久性如果仅从等同于寿命角度

去理解的话

那是一种相对狭义的理解

如果从它的全寿命周期去看

从一个材料与环境

相互作用的自然现象

或者结果去看就相对好一些

因为耐久性变化是一种过程

是一种行为

是实际条件下的种种表现

这样去理解的话会不会容易点呢

也就是说一架飞机的使用寿命

不见得非得要比

自行车的寿命要长

那这样我就大概明白一点了

是不是说我们不应该

就单单的一个结果来讨论问题

而应该系统地 动态地来研究

钢筋混凝土的耐久性设计问题呢

虽然不是那么准确

但是暂时可以这样去理解它

路老师

像您前面讲到的

如果我们把钢筋混凝土结构

看作成商品

那么就是在设计的时候

要考虑它在使用过程中

可能发生的种种破坏

与此相关的设计

就是耐久性的设计吗

不是的

在回答你的问题之前

我们还是先来区分两个概念

即结构和材料

一个结构通常是由

多个构件组成的

而一个构件通常是由一种

或多种材料组成的

对于同一个问题

从结构层面

或材料层面去讨论的话

它所包含的内容

和性质是有所不同的

在我看来

钢筋混凝土结构耐久性的说法

并不是一个较为严谨的说法

因为到目前为止

还没有一个明确指标能来表征它

我们这门课讲的是

钢筋混凝土材料的耐久性

是钢筋混凝土在与环境相互斗争

相互适应下的行为或是表现

多涉及物理 化学作用

如果这种相互作用 性质明确

则会有明确的表征指标

否则也不能进行科学地描述

我们这里所讲的耐久性设计

重点是指钢筋混凝土

在某些特定环境

作用下的材料设计

如果你刚才讲的破坏

是偏于结构力学的

应当归于结构安全性的设计范畴

当然钢筋混凝土

的确具有商品的一些属性

在保证使用安全的前提下

凡是涉及材料性能降级

或是成本控制的层面

都属于耐久性设计考虑的范畴

这在序论中也曾提到过

路老师

那是不是说经济性

也是我们耐久性设计的

一个重要指标呢

我们耐久性设计的目的

究竟是什么呢

全寿命周期成本分析与控制

是耐久性设计的

一个必不可少的内容

一般地 耐久性设计的主要目的是

在使用期内如何经济地实现

材料的设计使用性能不显著降级

这必然要涉及到成本 选材 维护 维修

等各个层面的技术与管理问题

路老师

耐久性设计

它需要涉及的方面还是比较多的

那是不是有一些基本原则

我们可以遵循呢

耐久性设计需要考虑的是

材料使用寿命的全过程

那么对于每一种材料

都必须对其在设计 施工

管养阶段进行监管

同时还必须牢固树立

再设计的概念

即通过它的既往史和实际表现

来及时地或适时地

调整其工作状态

在合理控制成本的前提下

保证其使用性能不降级

前面和刚才反复讲到

材料的使用一定要考虑使用成本

成本的控制一定要合理

然而这件事说着容易 做着难

究竟什么叫合理呀

有没有最优解呀

在实际操作的时候

往往是没有唯一答案的

比如为了保证安全

通常要考虑足够的安全冗余

这时成本就不好控制了

仅仅考虑初始投资成本控制的话

有时会招来后期的

比较昂贵的成本

做不到全寿命过程的总成本合理

所以要想实现科学的成本控制

是一件很重要也是非常困难的事

路老师

那这样说来

是不是我们就无法实现

理想的耐久性设计了呢

所谓设计必然要涉及量化的计算

但是单凭计算

或是过于相信计算的结果

有时是非常危险的

就是除了量化计算外

还要考虑一些以往的历史经验

还要多借鉴其它相关领域的经验

或者是教训

比如在耐久性设计方法上

能否参考一下前面提到过的航空

机车 大型设备

或者机械的一些经验

显然是可以的

以上所说的这些都是大家

在进行耐久性设计时

需要掌握的一部分原则

路老师

按照前面所讲的

其实想要设计它的耐久性

是非常不容易的

但是我们的建筑中

还是有使命寿命的这个要求的

那我们用什么方法

来实现这样的寿命设计呢

前面讲过若将耐久性设计

定位成寿命设计的话

是非常难以进行的

因为寿命是个时间概念

使用寿命是个结果或者状态

材料本身在其使用期内

有可能一直在发生变化

它所处的环境

也有可能在不断地发生变化

也就是说

它们之间的相互作用方式

或者途径也可能在一直不断变化

如此以来确实是很难进行设计的

就像飞机 汽车一样

同一件商品在不同人的手中

它的使用寿命是不一样的

不过通过对同一地区

同一厂家的某种产品的使用史

进行统计分析的话

还是可以发现某些规律的

反过来就可以

对它的一些设计参数进行调整

另外如果一个地区

和另外一个地区的情况

有相似之处

那么它们之间的数据

也是可以相互参考的

对于这类的方法

我们管它叫做类比型的设计方法

希望大家能够了解

也就是说

可参考同一区域的既有建筑物的

耐久性劣化表现分析

来设计新的建筑物

路老师

上面讲的

是一种经验性的设计方法

那么除了这种方法外

我们有没有一些

能够定量计算的方法呢

刚才讲的类比型的设计方法

也不能完全称为是非定量的

它也需要大量的调研 统计分析

从而才能提出科学的依据

你所说的定量计算方法

可能是指借助一些公式或者模型

来进行量化计算的情况

你如果能找到你最关心的

或者是最严重的劣化现象

并能找出大体

能描述这类现象的公式

或者计算模型的话

特别是含有时间

或者是环境因素变化的这种模型

那也是可以进行

辅助性计算分析的

路老师

无论是这种半经验的分析

还是说定量的计算

它肯定都和实际的情况

有一些出入

因为实际情况

它总是包含一些离散性

或者说随机性

那我们在设计方面

有没有考虑到这些东西呢

这个问题涉及到一点

可靠度概念设计的问题

不少土木工程专家

对可靠度设计方法是非常热衷的

但是也有一些专家对它不以为然

在耐久性设计领域

可靠度的设计

目前还多停留在概念设计上

真正要实现落地

恐怕还有很长的路要走

好 这一节就先讲到这里

主要介绍了钢筋混凝土

耐久性设计的目的 原则和方法