对混凝土结构新规范的几点认识,材 料 的 进 步,新规范在材料方面的主要变化是将混凝土强度等级由原规范的C60提高到C80，并推出HRB400级钢筋（新级钢）作为主力钢筋取代原级钢筋的主力地位。热轧钢筋的分项系数为1.1，混凝土的分项系数为1.4，较原规范略有提高。,C80 C60,主力钢筋 HRB400级,在材料这一节中，较难以理解的是高强度混凝土抗压的脆性折减系数。,脆性折减系数,对C40以上混凝土考虑脆性折减系数 ，对C40取 ，对C80取 ，中间按线性规律变化。,因为在高强混凝土受弯构件中，构件的延性主要是由配筋率决定，适筋的高强混凝土受弯构件仍能够以较为延性的方式破坏；而在高强度混凝土柱中，降低混凝土的抗压强度并不能改善柱的变形性能。按新规范条文说明，高强混凝土的强度变异系数比普通混凝土的还要低，因此脆性折减系数不是考虑高强混凝土的强度的变异性。,目前研究得尚不充分的是高强混凝土的徐变、收缩等。不知新规范为什么不从高强混凝土受弯构件、受压构件正截面承载力及延性的可靠度校准的角度，对高强混凝土的抗压强度进行折减，而引用结构概念不甚清楚的脆性折减系数。,结 构 设 计 理 论 的 完 善,混凝土结构设计包括三大部分，其一是结构选型，其二是结构分析，其三是截面设计。结构选型与混凝土结构设计规范没有直接的关系，在高层、抗震等规范或规程中对于某种具体的结构有相应的规定。对于结构分析，例如，按混凝土结构课程的体系，分为连续梁板、排架结构、框架结构、高层结构等，桥梁专业则分为梁桥、拱桥、刚构桥、斜拉桥等。,一般而言，越是复杂的结构，由于结构类型而引起的结构分析的差异越小。之所以出现这种现象的原因在于复杂结构的结构分析大多采用线弹性分析。以往的规范中简单的规定采用结构力学方法计算结构内力，实际上只适用于较为复杂而采用线弹性方法的结构内力计算。另一方面，计算机技术的发展，使得更为复杂的分析手段成为工程师的工具，例如，非线性分析方法。,新规范增加“结构分析”一章。 新规范5.1.4 条规定结构分析应满足平衡、变形协调和物理条件，而5.1.5 条用宜的字样建议了5种结构分析方法。显然，可以不限于规范推荐的这几种方法。“考虑塑性内力重分布的方法”是以弹性分析为基础的塑性分析方法，所谓弯矩调幅法；,“塑性极限分析方法”不考虑弹性平衡条件，也不满足严格意义上的变形协调条件，只满足塑性分析中机动条件或运动条件。按新规范条文说明，塑性分析方法主要是指双向板的极限平衡法。“结构试验分析方法”不大可能成为一种单独的分析方法，即使对于结构的某一局部，也很少见到结构设计完全由试验确定。它主要是用于验证性目的。,在5.2节“线弹性分析方法”中，最有意义的是将工程中既是约定俗成的但不时又有争议的计算简图的选取做了较为明确的规定。,在5.3节“其他分析方法”中，有两个中心内容，一个是考虑塑性内力重分布的结构分析，一个是非线性分析，这两种分析方法充分体现了混凝土结构的特点。如果说，“线弹性分析方法”既可用于混凝土结构，也可用于钢结构和砌体结构，但塑性分析和非线性分析与材料特性密切相关，其分析方法在几种不同类型结构之间的通用性显然是十分有限的。,这一节还有两点应注意： （1）混凝土结构设计规范是大规范，此处“大”有两方面的意义，一是它比规程“大”，例如，连续梁、框架考虑塑性内力重分布的规程，高层结构规程。因此，其它某一类具体的结构设计规程必须服从大规范。,另一方面的“大”，是指新规范编制初期，想要成为建筑、桥梁、铁路、水工、电力、港工等行业的母规范，它是国家标准，而行业的混凝土结构设计规范是部颁标准。现在看起来并不成功，例如，在这一节中，出现了“房屋建筑”字样而不能包括桥面板，尽管桥面板也会出现由抗弯承载能力控制的塑性破坏，例如，Park和Clark等人的研究。,（2）规范以附录的方式，给出了混凝土受压和受拉的应力应变全曲线以及多轴强度和破坏准则。这在学术上一直是有争议的，我们知道，简单受力状态，也就是所谓单轴受力状态，工程中一般是不需要进行非线性分析的。对于复杂受力状态，单轴应力应变曲线的可应用性很差。例如，梁的抗剪分析，众所周知的混凝土软化现象及参数在新规范的附录C中找不到。又例如，混凝土和钢筋之间的粘结滑移关系。这使得非线性分析在很大意义上只具有形式上的意义，而不大具有工程价值。,归纳起来，新规范在结构分析方面与老规范的比较，主要是理论体系更加完善，实质性的内容则增加在塑性分析和计算简图这两方面。,关于桥梁钢筋混凝土设计规范 我国工程习惯依行业不同而变化，其中较为突出的是房屋建筑、公路桥梁和铁路桥梁。铁路部门一直自成体系。近年来，公路部门有一定程度的开放。2001年，由原公规院提出公路桥涵钢筋混凝土结构设计规范的征求意见稿。经反复讨论形成送审稿，目前正在修改报批稿。桥梁新规范在很多地方与建工规范相同，与原桥梁85规范相比，变化很大。但有些方面还是有非常清楚的桥梁特点。,（1）设计计算要考虑施工过程。桥梁规范考虑三种设计状况：持久状况，短暂状况和偶然状况。其中，短暂状况就是考虑施工过程。建工规范没有这方面的专门规定。 （2）桥梁规范没有专门的耐久性设计规定，设计基准期规定为100年。,（3）桥梁规范根据使用荷载下构件受拉边缘的应力状态，将预应力混凝土分为全预应力、A类部分预应力和B类部分预应力混凝土。 （4）桥梁规范关于混凝土徐变的计算比建工规范更细致。,(5）桥梁规范的抗剪计算公式考虑破坏时斜截面水平投影长度的影响，为承受移动荷载，求解最不利情况的斜截面承载力，得到混凝土抗剪贡献和箍筋抗剪贡献相乘的抗剪计算公式。 （6）桥梁钢筋混凝土结构的构造钢筋部设有其自身的特点。例如，在梁中，大量使用弯起钢筋。其他构造钢筋用量也大大多于钢筋混凝土建筑结构。,关于铁路桥梁钢筋混凝土结构设计规范（TB10002.399）， 铁路桥梁钢筋混凝土结构设计规范（由铁道部发布）是国内很少几本采用容许应力法的设计规范之一。以常见的受力状态为例，简要说明如下。,（1）受弯构件计算的基本假定：受拉混凝土不承担拉应力，受压区混凝土压应力为三角形分布，最大压应力不超过混凝土的容许应力。混凝土的容许应力大约为其强度等级的0.39（建工规范中混凝土抗压强度设计值为混凝土强度等级的0.450.48），I级钢筋的容许应力为130160MPa，II级钢筋容许应力为180230MPa。其中容许应力的计算用到换算截面抵抗矩的概念（计算超静定结构内力时用换算截面惯性矩）。,（2）偏心受压构件的计算与受弯构件基本相同。偏心距增大系数计算公式与现行公路桥梁钢筋混凝土结构设计规范的公式相同，以Euler荷载为主要变量。偏心受压构件要计算剪应力或最大主拉应力。 （3）梁的受剪计算不考虑混凝土和抗剪钢筋的共同作用，计算混凝土的剪应力，截面控制条件、构造配筋条件和计算配筋条件表现为三个不同的混凝土容许应力。,我对铁路规范不熟悉，以前曾研究过它的裂缝宽度计算公式。因为不了解铁路的荷载，对铁路规范采用容许应力法及相关的安全度无从做出评价。从铁路桥梁的荷载特点来看，如果以疲劳破坏为设计的主要控制目标，采用容许应力法也还是有道理的。在混凝土结构设计新规范（GB500102002）中，疲劳验算也是采用容许应力控制，受弯构件截面压应力分布也是三角形分布。（按一座铁路桥梁每天100列火车，每一列火车对中小跨径桥梁产生10次最大应力，一年的疲劳次数就可达到百万次级。,而建筑工程中承受疲劳荷载的结构，例如吊车梁，大约10年的疲劳次数达到百万次级。因此，就疲劳而言，建工与铁路有数量级的差别）。无论如何，有一点是很清楚的，由于设计控制目标的不同，铁路桥梁钢筋混凝土结构设计规范的体系完全不同于建工规范和公路规范，工程习惯也有巨大的差别。国家标准混凝土结构设计规范（GB50010-2002）试图逐渐消除行业的差别，寻求统一的模式，道路显然是漫长的。,关于水工混凝土结构设计规范（DL/T 50571996） 水工混凝土结构设计规范（由原电力工业部发布）是与建工规范最接近的规范。（原水工规范是1978年发布的，比原建工74规范要晚4年，建工规范于1989年发布，水工规范于1996年发布，很多地方参考了89建工规范和89以后的研究成果）。水工规范与国家标准统一是毫无问题的。,从规范文本来看，水工规范将素混凝土结构的设计规定写入正文，建工规范是将其写入附录。此外，水工规范有一章专门规定温度作用下的设计，建工规范中没有。,对 结 构 可 靠 度 的 认 识,在修订混凝土结构设计规范的过程中，关于结构可靠度曾有较大的争论。两种截然不同的观点： （1）要大幅度提高结构安全度（不用可靠度这一名词） 主要理由是：与英美等发达国家的结构设计规范相比，我国规范的安全度明显偏低；在近年的工程建设中，工程质量事故频繁发生；结构成本占建筑成本的比重不断下降，提高安全度的经济条件已经具备；,原规范有些条文在计算、构造等方面的规定存在明显不足；可靠度仅仅只是理论上的概念，用于工程设计，既不方便又不准确。提高结构安全度将增加工程建设的一次性投资，但可降低结构维护费用，结构全寿命支出也会减少；政府颁布并实施规范，应以监督指导为主，提高安全度并使安全度的选择成为业主的行为而不是政府行为；等等。,(2) 适当提高结构设计安全度 主要理由是：十余年的工程建设（自89规范以来，或者说自74规范以来）说明原设计规范的安全度基本满足国家经济建设和人民生活的要求；工程质量事故主要反映在施工验收规范和监理规范等方面，设计规范没有明显的漏洞；荷载取值偏低可调整荷载规范，加大荷载取值、增加荷载组合，这是适当提高安全度的一个方面；原规范本身的不足可以修订，这是适当提高安全度的另一方面；,可靠度理论是结构设计的发展方向，这也是国际化趋势，不能退回到安全系数的概念；提高结构设计安全度乃至结构寿命全周期的安全度的一个重要措施是强化管理，规范的强制性条文也是其中之一，例如，新规范关于结构用途改变的规定就是强制性条文；等等。,陈肇元院士的观点：1）规范中的可靠指标与实际失效概率是虚拟的关系；2）规范可靠度方法缺乏对设计人员的友好性；3）规范的可靠度方法在理论与实践上脱节；4）规范可靠度方法在运用统计方法和处理统计数据中存在问题；5）三个正常的提法与安全性和可靠度概念之间存在矛盾。（见建筑结构第32卷第4期）,新规范最后是在“适当提高”的原则下修订的。具体表现在以下方面： （1）降低混凝土的材料强度取值； （2）降低钢筋强度取值，例如，II级钢筋； （3）取消混凝土弯曲抗压强度指标；,（4）修改计算公式中的系数，如抗剪计算； （5）增加构造钢筋，明确构造措施； （6）进一步协调与施工验收规范的关系。 总的可靠度提高510左右。,应当指出，今后的设计规范将会以“性能为基础”为主要发展方向。“以性能为基础”的设计可概括为：1）按房屋建筑的用途和业主的要求确定性能要求，即建立目标性能；2）选用合适的设计方法以满足目标性能；3）对每项性能进行评定，以判断所设计的房屋建筑是否满足目标性能。,我们在工程实践中常常遇到一个因规范调整而产生的安全度问题，由于房屋建筑用途的改变或使用年代较长需要对其进行结构可靠性鉴定，显然可靠性鉴定必须依据结构设计规范，问题是依据哪个版本的规范，因为规范的可靠度在不断提高，按新规范，90年代建造的房屋结构的可靠指标只有3.23.7，而2002年以后的房屋结构达到3.54.0。,那么，以前建设的工程是否都需要加固或都偏于不安全呢？有一种观点认为，从理论上讲，可以认为旧有房屋不安全，因为你是站在现在的立场（新规范的立场），经济的发展、生活水平的提高、认识的深化，使你对安全度有更高的要求（规范代表了国家利益和公民的利益，或者说，政府对安全度有更高的要求）。,按现在的立场和观点，旧有房屋应该是偏于不安全。实际上，这里存在一个目标可靠度问题和失效概率的客观性问题。原规范认为可靠指标等于3.2结构就是安全的，而新规范认为等于3.5才安全。那么等于3.2究竟安全还是不安