单位文秘网 2021-07-24 08:09:20 点击: 次
摘要:本文基于防灾减灾及防护工程的学科性质,对该学科的四大核心分支内容分别为地震工程、抗风工程、抗火工程和抗爆工程,进行相关研究论述,对四大核心分支的研究意义,目前研究的现状和研究方法以及其它相关内容叙述,对防灾减灾及防护工程该学科有个整体性的认识和学习,为日后针对某方面研究,打下一定的认识基础。
关键词:地震;抗风;抗火;抗爆;研究论述
防灾减灾工程及防护工程对我国实施可持续发展战略有着重要作用。主要任务是:建立和发展用以提高工程结构和工程系统抵御自然灾害和人为灾害的科学理论、设计方法和工程措施,最大限度地减轻未来灾害可能造成的破坏,保证人民生命和财产的安全,保障灾后经济恢复和发展的能力,提高国家重大工程的防灾能力。其常见核心内容为地震工程、抗风工程、抗火工程和抗爆工程四大类。
地震实践表明,破坏性地震引起的人员伤亡和经济损失,主要是由于地震时产生的巨大能量使得建筑物、工程设施发生的破坏和倒塌,以及伴随的次生灾害造成的。要想最大限度地减轻地震灾害,工程建设时必须进行科学合理的抗震设防,这是人类减轻地震灾害对策中最积极和最有效的措施。
风是空气相对于地面的运动。风对结构的作用,使结构产生振动,风荷载是由于工程结构阻塞大气边界层气流的运动而引起。风绕着建筑物的流动是湍流、分离流和三维流动,因而结构所受风荷载分别来自来流的脉动,分离的剪切层,再附着的尾流脉动等”此外,结构风致振动还可能引起附加荷载。
火灾是自然界的主要灾害之一,总要不可避免地发生。随着社会经济的发展,火灾防治水平不断提高,但火灾的防治难度也在不断加大,因此火灾风险也随之逐渐增大。目前,对火灾的防御和研究主要集中在建筑防火和结构抗火两个方面。
抗爆工程,对于每一个结构,发生爆炸的概率很低,但是一旦发生强烈的爆炸,其巨大的破坏力将造成结构的严重损坏,甚至整体倒塌,使国家财产和人民生命遭受重大损失,还可能引起严重的社会问题。
本文针对上述地震工程、抗风工程、抗火工程和抗爆工程相关内容进行简要介绍,对其研究的意义,研究进展,和相关成果等一些内容进行论述,对该学科起到有一定的认识和学习作用。
1地震工程
地震是危及人民生命财产安全的突发性自然灾害,常常带来毁灭性的结果。我国地处世界上两个最活跃的地震带上,是世界上多地震国家之一,而且地震区域分布广阔而分散。地震发生频繁而强烈,给我国人民带来极大的灾难,严重地影响了灾区人民的生产和生活,阻碍了社会的进步和发展。一些特大地震已经给人类社会带来了不可估量的损失,这就迫使工程人员不得不去深入研究土木工程结构的抗震设计理论和方法,最大限度地减少地震给人们带来的影响。
近一个世纪以来,随着人类对地震地面运动特征以及结构地震反应特征的不断认识,建筑结构在地震反应分析和抗震设计方法也在不断地发展和完善。在过去近一百年,结构地震反应分析方法逐步从静力理论,反应谱理论,弹性动力理论,发展到了非线性动力理论。
经历了一个世纪的发展,随着人们对地震动特性和结构动力特性理解的不断加深,结构抗震设计理论从最初的静力阶段和反应谱阶段,发展到动力阶段及目前的基于性态的抗震设计理论阶段。基于结构性能的抗震设计理论是结构性能理论的一个重要内容。实现基于结构性能的抗震设计理论主要有三种:直接基于位移设计法、位移影响系数法和能力谱法。
2抗风工程
抗风设计的目的在于保证结构在施工阶段和建成后的使用阶段能够安全承受可能发生的最大风荷载和风振引起的动力作用。由于自然风会引起各种风致振动,在结构的抗风设计中首先要求发生危险颤振和驰振的临界风速与结构的设计风速相比具有足够的安全度,以确保结构在各个阶段的抗风稳定性。同时要求,把涡激振动和抖振的最大振幅限制在可接受的范围之内,以免产生结构疲劳或引起人体感觉不适。如果结构的最初设计方案不能满足抗风要求,应通过修改设计或采取气动措施、结构措施和机械措施等控制方法提高结构的抗风稳定性或减小风致振动的振幅。由于大气边界层紊流风特性和结构的的不规则钝体的气动特性具有相当的复杂性,目前无法建立起完善描述风和结构相互作用的数学模型,只能通过半实验或纯实验的途径求近似的解答。因此,对于某些特殊的结构,风洞实验是结构抗风设计中必不可少的手段。
建筑结构的抗风研究是一个系统工程,结构风工程研究的基本思路在大跨度屋盖结构的抗风研究中,风工程研究人员的主要任务就是从外形迥异的建筑形式中归纳出结构表面风压分布的规律,解释风压分布的机理,通过结构风致响应的分析获得等效静风荷载。
3抗火工程
在火灾下,钢筋混凝土结构由于高温作用,钢筋和混凝土的力学性能随着温度的升高而下降,一般混凝土在400℃以上,钢筋在300℃以上,其力学性能严重劣化,高温下材料性能的变化是结构的承载力和耐火极限下降的一个主要原因。另外,由于混凝土的热惰性,钢筋混凝土构件截面形成不均匀的温度场,导致不等的温度应力和截面内力重分布,这些变化都将造成结构构件在高温下的破坏,危及结构的安全性,某些情况下会导致结构失效倒塌。为防止发生建筑火灾或减少火灾损失,人们从以往火灾事故中吸取经驗和教训,并通过实验性的研究提出了许多可靠的使用措施。
建筑设计过程中必须进行建筑的防火设计和结构抗火设计,它的设计依据为结构及材料的耐火时间,而耐火主要是指建筑在某一区域发生火灾时,或在持续多长时间而不造成蔓延,受火的结构持续多长时间而不造成倒塌。根据建筑结构及其结构构件的重要性和危险性,确定建筑物的耐火等级,同时考虑消防救火的时间需要确定建筑部件(如防火墙、吊顶等)和结构构件(梁、柱、楼板和承重墙等)的耐火时间。
4抗爆工程
爆炸是一种剧烈的化学反应现象,是以炸药为介质在极短时间内完成能量释放,生成大量气体,并使周围介质的压力状态发生突跃式变化的过程。爆炸以做功的形式将内部势能转化为机械功。爆炸的特点是高速性和自行传播性,高速性是指爆炸过程非常迅速,通常以ms:作为计量单位,自行传播性是指爆炸能够在自身的支持下不断传播,不需外界能量支持即可自行进行。爆炸现象可以由不同物理和化学现象产生,这些现象都可能对建筑物造成威胁。
根据调研相关抗爆工程研究成果,在日后的抗爆研究上建议加强如下方面的研究:第一,考虑多层结构在塑性阶段的抗爆设计会具有更长远的意义。第二,爆炸荷载和地震作用频率特性的不同会激发结构不同的振动响应,同时结构材料在不同的动载作用下的动力特性也是不同的,因此该方法具有一定的局限性。第三,地震与爆炸作用的总体效应,没有考虑地震作用在结构上的分布情况,爆炸荷载的分布与作用位置有关,因此实际结果与真实的情况可能会有所区别,但是总体上能反应结构的抗爆性能,特别是对于高度比较小的多层结构来说结果会更加接近真实的情况。
5结论
本文就防灾减灾及防护工程该学科的常见四个主要核心分支分别为:地震工程、抗风工程、抗火工程和抗爆工程进行相关论述。
针对上述地震工程、抗风工程、抗火工程和抗爆工程的研究意义,研究进展,和相关成果等一些内容进行叙述,对该学科起到有一定的认识和学习作用。对防灾减灾及防护工程学科的常见核心分支相关内容以及其重要性的认识和学习。
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