結構安全的案例
論土建結構工程的安全性與耐久性
摘要：本文分析了我國土建結構工程的安全性與耐久性現狀, 通過交流近年來這一領域的研究成果, 探討了亟待解決的重大問題與應對途徑, 并積極提出建議, 以使土建工程結構的安全性與耐久性能夠更好地適應我國現代化建設的需求。
中國論文網 http://www.xzbu.com/2/view-4674120.htm
關鍵詞：土建結構工程, 安全性, 耐久性, 可靠度, 使用壽命
中圖分類號：V552+.4文獻標識碼： A
引言：
土建結構工程的安全性與耐久性是我國建設行業的一大課題。分析我國土建結構工程的安全性與耐久性現狀，交流近年來這一領域的研究成果，探討亟待解決的重大問題與應對途徑，使土建工程結構的安全性與耐久性能夠更好地適應我國現代化建設的需求，適應我國經濟轉型后面向市場經濟的需求，是廣大建設者的一項重要任務。
土建結構工程的安全性
結構安全性是結構防止破壞倒塌的能力，是結構工程最重要的質量指標。結構工程的安全性主要決定于結構的設計與施工水準，與結構的正確使用（維護、檢測）有關，而這些又與土建工程法規和技術標準（規范、規程、條例等）的合理設置及運用相關聯。
1．我國結構設計規范的安全設置水準
對結構工程的設計來說，結構的安全性主要體現在結構構件承載能力的安全性、結構的整體牢固性及結構的耐久性等幾個方面。
1.1 構件承載能力的安全設置水準
與結構構件安全水準關系最大的兩個因素是：
1）規范規定結構需要承受荷載（荷載標準值）的大小。比如，同樣是辦公樓，自1959 年以來我國規范均規定樓板承受的活荷載是每平方米150 公斤(現已確定在新的規范里將改回到200 公斤)，而美、英則為240 公斤和250 公斤。
展開 從安全壽命到損傷容限—飛機結構設計的觀念變化與演進（下）
結語
為維護飛機的飛行安全，飛機結構的設計觀念也歷經多次的變革。最早的靜力強度設計觀念完全不考慮疲勞效應，導致發生“彗星”客機的慘劇，接續的“安全壽命”設計觀念則企圖界定結構的疲勞壽命，當結構使用時數到達此數值時，不論其是否完好如初，皆視為其疲勞壽命已使用殆盡而必須更換新件，因此這種設計的結構安全性被稱為“以更換保障安全”(Safety-by-Retirement)。換言之，如果結構疲勞壽命分析失真，結構安全將面臨大災難，美國空軍F-111事件就是明證。
“破損安全”設計觀念則企圖藉由良好的設計，讓結構上的裂紋在未造成飛安顧慮前，飛機在正常操作及維修狀態下即能輕易發現它，所以這種設計觀念的結構安全性被稱為“以設計保障安全”(Safety-by-Design)，也因此如果結構設計失當時結構安全亦將不保，波音707陸薩卡事件對此做了最好的說明。
目前航天業界普遍采用的“損傷容限”設計觀念，則是仰賴定期檢查來發現結構上預期會產生的疲勞裂紋，這種設計觀念的結構安全性被稱為“以檢查保障安全”(Safety-by-Inspection)，因此如果是檢查人員疏忽或未預期的結構上產生疲勞裂紋，結構安全將面臨重大挑戰，美國空軍F-15事件堪稱最佳范例。
自有航空工業以來，飛機結構設計的目的就在于保證飛機于設計服役壽命期間正常飛行狀態下的飛航安全，但如果深入探討飛機結構設計觀念的內涵、變革、以及相對應的飛機失事事件，就會發現到目前為止仍未完全達到此理想目標，而隨著未來對飛機性能要求的逐日提升，以及延長飛機服役年限以獲得最佳經濟效益的趨勢，飛機結構設計將面臨更艱巨的挑戰。
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從安全壽命到損傷容限—飛機結構設計的觀念變化與演進（上）
在適航認證時，“安全壽命”設計的飛機需有主結構的疲勞分析或試驗，且需執行機內艙壓與機外氣動載荷合并作用下的全機疲勞試驗;而采“破損安全”設計的機體，需以分析或試驗的方式證明，在前段所述的靜力負載(Static Load)作用下，主結構強度符合設計需求(例如：在施加負載下切斷一主結構件，或是在機身蒙皮上切出一條短裂縫，此時鄰近的其它結構仍能承擔規定負載)，不硬性要求全機疲勞試驗，且舊型飛機雷同設計觀念下的服役經驗，亦可做為適航佐證。至于是否需對主結構進行定期檢查，雖然一般都認為應該要有，但在主結構發生不明顯損壞時，是否應依據鄰近其它結構的剩余壽命訂定檢查時距，適航文件中沒有明文規定。
“破損安全”設計觀念的基本論點，是飛機主結構一旦發生損壞時，在飛行中會使飛行特性明顯改變，在地面則是很容易會被一般的目視檢查發現，因此只要是在正常的維修或操作情形下，就能防止主結構突然的致命性毀壞。就疲勞而言，這種設計的結構只要無損壞，幾乎就可無限期使用，既無需定期更換，也不必訂定特定的檢查作為，加上未強制執行全機疲勞試驗，節約飛機經營成本的優點顯而易見，因此當美國民用航空局頒布新規定后，絕大多數的客機主結構都改采這種設計方式。
“破損安全”設計乍看之下飛機結構更加安全，但這種設計本身并未保證主結構的損壞一定很明顯。換言之，當主結構損壞后的飛行特性無明顯改變，主結構又無強制性的定期檢查時，將導致無法及時發現結構損壞并修復，飛機雖然沒有立即的飛安顧慮，但主結構負載轉由周邊結構分擔后，加諸于鄰近結構的負載大幅增加，如果此負載繼續維持一段時間，鄰近結構很可能很快就會因疲勞、腐蝕、機械……等因素陸續損壞，最終必會危及飛安。
展開 
結構加固，為什么一直強調安全性鑒定？
工程結構加固，拋開前期的設計、后期的施工不談，加固所用材料同樣也是重要的一環。加固行業發展至今，已經逐步趨于規范化，針對加固設計，我們有混凝土結構加固設計規范；針對加固施工，有建筑結構加固工程施工質量驗收規范；而對于加固材料，則必須遵守工程結構加固材料安全性鑒定技術規范。
事實上，僅從加固材料這一角度談起，無論是上述任何規范，都對其有多方面的要求。安全性鑒定，被稱為加固材料中最嚴格的規范，也受到各方人員的強烈關注，而今，更是成為加固材料是否能被允許使用的重要前提。之所以安全性鑒定會有如此重要的作用，離不開它在多方面起到的作用。
力學性能
相對于其他兩本規范來說，安全性鑒定為加固材料提供了更全面的力學性能保障。對于如今我們經常采用的纖維復合材，安全性鑒定不僅僅像加固設計規范中，只規定了強度的標準值，而是從不同的角度，全面、豐富的對材料的安全性能進行了充分的考慮。
對于纖維復合材來說，安全性鑒定不僅關注其抗拉強度標準值，同時對于伸長率、彈性模量等在加固中影響較大的參數也進行了規定。其中，最直觀能讓我們體會到安全性鑒定作用的是：它在纖維復合材與基材正拉粘結強度的要求中強調基材內聚破壞，并通過基材內聚破壞證明纖維復合材能夠與基材完美粘接，形成復合構件共同受力，這是纖維復合材能夠起到加固效果的根本保障。
除此之外，安全性鑒定對膠體也有很大的影響，直觀的就是設計年限之間的區別。
展開 2006年會msc.dyran--軌道車輛結構被動安全分析
軌道車輛結構被動安全分析
軌道車輛結構被動安全分析.pdf
機械結構可靠性設計與傳統安全系數法機械設計的關系
在機械結構的傳統設計中，產品的設計者主要從滿足產品使用要求和保證機械性能要求出發進行產品設計。在滿足這兩方面要求的同時，必須利用工程設計經驗，使產品盡可能可靠，這種設計不能回答所涉及產品的可靠程度或發生故障概率是多少。
當設計者不能確定設計變量和參數時，為了保證所設計的產品的結構安全可靠，一般情況下在設計中引入一個大于1的安全系數，試圖一次來保證機械產品不會發生故障。所以傳統設計方法一般也稱“安全系數法”。
安全系數法的基本思想是：機械結構在承受外載荷后，計算得到的應力應該小于該結構材料的許用應力。
在傳統設計中，只要安全系數大于某一根據實際使用經驗規定的數值就認為是安全的。但安全系數本身就實質而言，仍是一個“未知”的系數。安全系數的概念本身包含著一些無法定量表示的影響因素。不同的設計者由于經驗的差異，其設計的結果有可能偏于保守或危險，前者會導致結構尺寸過大，重量過重，費用增加，后者則可能使產品故障頻繁，甚至產生嚴重“機毀人亡”后果。
從可靠性角度考慮，影響機械產品故障的各種因素可概括為“應力”和“強度”。“應力”大于“強度”時，故障發生。應力包括各種環境因素，例如：溫度、適度、腐蝕、粒子輻射等。應力使一個受多種因素影響的隨機變量，具有一定的分布規律。受材料的譏刺惡性能、工藝環節的波動和加工精度等的影響，強度也是具有一定分布規律的隨機變量。在這種情況下，研究機械結構的可靠性問題就是機械概率可靠性設計。
一概率論和樹立統計位理論基礎的可靠性設計方法比常規的安全系數法更合理，可靠性設計能得到所要求的恰如其分的設計，能得到較小的零件尺寸、體積和重量，從而節省原材料、加工時間，可以是所設計的零件具有可預測的壽命和失效概率，而安全系數則不能。
展開 車身結構強度與碰撞安全分析技術
車身結構強度與碰撞安全分析技術2.rar
車身結構強度與碰撞安全分析技術1.rar
基于Abaqus靜力學分析的球銷安全性結構仿真研究
1背景
Abaqus作為一款十分成功的大型商用通用有限元仿真軟件，應用其進行結構的靜力學仿真分析是拿手好戲。通過仿真手段不僅能夠及時了解結構的力學響應，還能夠依據應力應變仿真結果對分析的結構進一步進行安全性能評估，這極大地提高了產品設計在概念設計、結構設計及最終的試驗設計階段的時間成本，縮短了產品生產設計周期。鑒于此，本文依據Abaqus仿真平臺，通過對常用的工程連接構件球銷的線性靜力學分析，來了解Abaqus靜力學分析流程，以便后續更好地應對復雜體的結構靜力學分析。
2問題
球銷作為一種關鍵的轉向機構，是各大傳動系統中傳遞載荷的重要零件，主要用于轉向節或者轉向臂配合。那么在設計過程中，就必須考慮球銷在額定載荷下的安全性，需要對其進行必要的靜力學分析。
基于軟件平臺
3幾何建模
依據國標設計一種常規的汽車球銷如圖1所示。考慮模型相對倒角較多，模型由ug10.0建立并轉成文本格式（x_t格式）導入Abaqus進行分析，模型的幾何尺寸等參數常見附件qiuxiao.x_t。
圖1 ug10.0建立的球銷幾何模型
4有限元分析
由于球銷模型結構并不規則，在對其進行網格劃分時候需要對其進行切分，網格劃分不另外采取其他網格劃分前處理器，直接在Abaqus中進行，主要步驟如圖2所示。應注意的是，在對其進行切分的時候，必須要選好切方的基準面（如圖2（a）所見），之后切分完成后通過掃掠網格劃分即可完成結合體的整體網格劃分如圖2（c）所示。關于對球銷的材料賦予，查閱機械設計手冊得知球銷的本構參數如表所示。之后進行的單元塑性設置、邊界載荷約束均按照案例操作完成，并無特殊設置要求，其他求解輸出設計為默認。最后遞交求解后的得到的應力云圖如圖3所示。
展開 安全閥主要結構形式
安全閥主要結構形式
結構形式結構特點1不帶調節圈微啟安全閥動作特性為比例作用式2帶調節圈微啟安全閥動作特性為比例作用式。利用調節圈可對排放壓力及啟閉壓差進行調節3反沖盤加調節圈全啟安全閥利用反沖盤使噴出氣流折轉而獲得較大的閥瓣升力，達到全啟高度。借助調節圈可對排放壓力及啟閉壓差進行調節。其動作特性為兩段作用式4帶噴射管安全閥利用反沖盤使噴出氣流折轉而獲得較大的閥瓣升力，達到全啟高度。借助調節圈可對排放壓力及啟閉壓差進行調節。其動作特性為兩段作用式。并設置了噴射管，利用排放氣流的抽吸作用減小閥瓣上腔壓力，以幫助閥門開啟，獲得更大的升力5帶雙調節圈全啟式安全閥在導向套和閥座上各設置一個調節圈（稱上、下調節圈）。下調節圈主要用于調節排放壓力，上調節圈主要用于調節啟閉壓差6帶背壓控制套安全閥除帶有上、下調節圈外，在其閥桿上還設置了一個背壓控制套。當閥門開啟時，控制套隨閥桿上升，控制套外錐面與閥殼間環形通道面積增大，使閥瓣上腔背壓加少，有利于閥門開啟；當閥門關閉時，控制套下降，其與閥殼間環形通道面積減少，使閥瓣上腔背壓增大，幫助閥門回座
7波紋管背壓平衡式安全閥波紋管的有效直徑等于關閉件密封面平均直徑，附加背壓對閥瓣的合理為零，所以附加背壓的變化不會影響閥的開啟壓力8帶隔膜安全閥采用兩個腔，使彈簧、腔室同排放的介質隔離，從而保護彈簧不與腐蝕性介質接觸的作用9帶散熱套安全閥加散熱套可降低彈簧腔室溫度，并防止排放介質直接沖蝕彈簧。
展開 安全閥主要結構形式
安全閥主要結構形式
結構形式結構特點1不帶調節圈微啟安全閥動作特性為比例作用式2帶調節圈微啟安全閥動作特性為比例作用式。利用調節圈可對排放壓力及啟閉壓差進行調節3反沖盤加調節圈全啟安全閥利用反沖盤使噴出氣流折轉而獲得較大的閥瓣升力，達到全啟高度。借助調節圈可對排放壓力及啟閉壓差進行調節。其動作特性為兩段作用式4帶噴射管安全閥利用反沖盤使噴出氣流折轉而獲得較大的閥瓣升力，達到全啟高度。借助調節圈可對排放壓力及啟閉壓差進行調節。其動作特性為兩段作用式。并設置了噴射管，利用排放氣流的抽吸作用減小閥瓣上腔壓力，以幫助閥門開啟，獲得更大的升力5帶雙調節圈全啟式安全閥在導向套和閥座上各設置一個調節圈（稱上、下調節圈）。下調節圈主要用于調節排放壓力，上調節圈主要用于調節啟閉壓差6帶背壓控制套安全閥除帶有上、下調節圈外，在其閥桿上還設置了一個背壓控制套。當閥門開啟時，控制套隨閥桿上升，控制套外錐面與閥殼間環形通道面積增大，使閥瓣上腔背壓加少，有利于閥門開啟；當閥門關閉時，控制套下降，其與閥殼間環形通道面積減少，使閥瓣上腔背壓增大，幫助閥門回座
7波紋管背壓平衡式安全閥波紋管的有效直徑等于關閉件密封面平均直徑，附加背壓對閥瓣的合理為零，所以附加背壓的變化不會影響閥的開啟壓力8帶隔膜安全閥采用兩個腔，使彈簧、腔室同排放的介質隔離，從而保護彈簧不與腐蝕性介質接觸的作用9帶散熱套安全閥加散熱套可降低彈簧腔室溫度，并防止排放介質直接沖蝕彈簧。
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一種強風下雨棚結構的安全性計算分析 ￥15
共振效應：若結構自振頻率接近風振頻率，可能引發劇烈晃動，加速疲勞破壞。
如何避免強風對結構的影響：
1. 科學計算風荷載
依據規范：按《建筑結構荷載規范》（GB 50009）或當地風壓地圖取值，例如：
沿海臺風區：≥0.8 kN/m2（對應12級風）
內陸城市：≥0.5 kN/m2（10級風）
2. 結構形式優化
避免平頂：采用弧形、斜面（傾角≥15°）或波浪形頂面，減少風阻。
泄風設計：頂部預留通風孔（面積占比5%~10%），降低負壓吸力。
加強支撐：立柱間距≤2.5m，并設置交叉斜撐或預應力拉索。關鍵節點采用三角形桁架結構（抗扭性更強）。
3. 安全冗余設計
主要連接點采用雙保險（如螺栓+焊接或雙重錨栓）。
荷載安全系數≥2.0（即設計承載力=實際風壓×2）。
一、該雨棚的結構設計信息
結構類型：無側移鋼框架
設計分析軟件：midas Gen
設計規范：
《建筑荷載設計規范》（GB 50009-2012）
《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）
《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）
《廣東省強風易發多發地區金屬屋面技術規程》 （DBJ_T15-148-2018）
材料：鋼結構各個構件均采用Q235。
二、載荷
恒載：4000kg；
不上人屋面：50kg/m2；
鋼架自重：軟件考慮；
風載：基本風壓按0.80KN/m2。
三、建模
根據雨棚鋼結構圖紙建立鋼架模型，進行計算分析。
立柱底部固定約束，將各載荷添加于模型，如圖1~圖4所示。
展開 安全閥主要結構形式
安全閥主要結構形式
結構形式結構特點1不帶調節圈微啟安全閥動作特性為比例作用式2帶調節圈微啟安全閥動作特性為比例作用式。利用調節圈可對排放壓力及啟閉壓差進行調節3反沖盤加調節圈全啟安全閥利用反沖盤使噴出氣流折轉而獲得較大的閥瓣升力，達到全啟高度。借助調節圈可對排放壓力及啟閉壓差進行調節。其動作特性為兩段作用式4帶噴射管安全閥利用反沖盤使噴出氣流折轉而獲得較大的閥瓣升力，達到全啟高度。借助調節圈可對排放壓力及啟閉壓差進行調節。其動作特性為兩段作用式。并設置了噴射管，利用排放氣流的抽吸作用減小閥瓣上腔壓力，以幫助閥門開啟，獲得更大的升力5帶雙調節圈全啟式安全閥在導向套和閥座上各設置一個調節圈（稱上、下調節圈）。下調節圈主要用于調節排放壓力，上調節圈主要用于調節啟閉壓差6帶背壓控制套安全閥除帶有上、下調節圈外，在其閥桿上還設置了一個背壓控制套。當閥門開啟時，控制套隨閥桿上升，控制套外錐面與閥殼間環形通道面積增大，使閥瓣上腔背壓加少，有利于閥門開啟；當閥門關閉時，控制套下降，其與閥殼間環形通道面積減少，使閥瓣上腔背壓增大，幫助閥門回座
7波紋管背壓平衡式安全閥波紋管的有效直徑等于關閉件密封面平均直徑，附加背壓對閥瓣的合理為零，所以附加背壓的變化不會影響閥的開啟壓力8帶隔膜安全閥采用兩個腔，使彈簧、腔室同排放的介質隔離，從而保護彈簧不與腐蝕性介質接觸的作用9帶散熱套安全閥加散熱套可降低彈簧腔室溫度，并防止排放介質直接沖蝕彈簧。
展開 鍋爐安全閥結構、原理技術要求及故障處理
鍋爐安全閥是鍋爐的主要安全附件之一，它能自動防止鍋爐的蒸汽壓力超過預定的允許范圍，從而保證鍋爐的安全運行，是一種超壓泄放的安全裝置。
一、結構原理
主要靠閥座、閥瓣和加壓裝置來動作。閥座與有壓介質相通，閥瓣由加壓裝置壓緊在閥座上，當工作壓力大于加壓力時閥瓣被開啟，介質泄壓；加壓力大于介質壓力時閥瓣被壓緊在閥座上，調節閥被關閉。起到安全保障作用。
二、按結構型式分為靜重式、杠桿式、彈簧式和沖量式。
1、靜重式：加壓裝置時一組環形鐵件，壓力提高，壓鐵又重又笨，壓力調節不便，靈敏度低，因加壓力起點可以做得小，常用在額定蒸汽壓力小于0.10Mpa(1Kgf/cm2)的蒸汽鍋爐上。
2、杠桿式：由杠桿、重錘和支點組成，它比靜重式輕便，回座壓力低。其優點結構簡單，易調整自動能穩定，采用廣泛。
3、彈簧式：閥瓣采用彈簧加壓，結構緊湊，動作靈敏，對震動和搖晃不敏感，調節方便，可用于移動式鍋爐上。其缺點式彈簧受高溫和腐蝕影響，使加壓力變化，始啟壓力漂移。另外閥瓣的開啟高度與彈壓力成正比，超壓力較高。彈簧作用力不宜超過20000N，過大過硬彈簧不能準備工作。
4、沖量式(先導式或脈沖式)：通過副閥門脈沖作用驅動主閥動作。優點：動作靈敏，密封性好，常應用在大口徑和高壓大容量鍋爐上。它的始啟壓力，不能沖量接出地點的工作壓力來計算，并應分別計算機械，由氣回路和運行操作試驗。安全閥以其閥瓣的開啟高度不同分為全啟式和微啟式。前者起座高度h≥d/4，d為閥座喉徑；后者h=(1/20～1/40)d。排氣能力相同，全啟式d要比微啟式小得多。全啟式常用于蒸汽、空氣可壓縮流體，微啟式適用于水、油等不可壓縮流體，微啟式結構要求不嚴，設計、制造、維修、試驗方便。
5、水封安全裝置：其加壓力式一定高度的水柱。
展開 鍋爐安全閥結構、原理技術要求及故障處理
鍋爐安全閥是鍋爐的主要安全附件之一，它能自動防止鍋爐的蒸汽壓力超過預定的允許范圍，從而保證鍋爐的安全運行，是一種超壓泄放的安全裝置。
一、結構原理
主要靠閥座、閥瓣和加壓裝置來動作。閥座與有壓介質相通，閥瓣由加壓裝置壓緊在閥座上，當工作壓力大于加壓力時閥瓣被開啟，介質泄壓；加壓力大于介質壓力時閥瓣被壓緊在閥座上，調節閥被關閉。起到安全保障作用。
二、按結構型式分為靜重式、杠桿式、彈簧式和沖量式。
1、靜重式：加壓裝置時一組環形鐵件，壓力提高，壓鐵又重又笨，壓力調節不便，靈敏度低，因加壓力起點可以做得小，常用在額定蒸汽壓力小于0.10Mpa(1Kgf/cm2)的蒸汽鍋爐上。
2、杠桿式：由杠桿、重錘和支點組成，它比靜重式輕便，回座壓力低。其優點結構簡單，易調整自動能穩定，采用廣泛。
3、彈簧式：閥瓣采用彈簧加壓，結構緊湊，動作靈敏，對震動和搖晃不敏感，調節方便，可用于移動式鍋爐上。其缺點式彈簧受高溫和腐蝕影響，使加壓力變化，始啟壓力漂移。另外閥瓣的開啟高度與彈壓力成正比，超壓力較高。彈簧作用力不宜超過20000N，過大過硬彈簧不能準備工作。
4、沖量式(先導式或脈沖式)：通過副閥門脈沖作用驅動主閥動作。優點：動作靈敏，密封性好，常應用在大口徑和高壓大容量鍋爐上。它的始啟壓力，不能沖量接出地點的工作壓力來計算，并應分別計算機械，由氣回路和運行操作試驗。安全閥以其閥瓣的開啟高度不同分為全啟式和微啟式。前者起座高度h≥d/4，d為閥座喉徑；后者h=(1/20～1/40)d。排氣能力相同，全啟式d要比微啟式小得多。全啟式常用于蒸汽、空氣可壓縮流體，微啟式適用于水、油等不可壓縮流體，微啟式結構要求不嚴，設計、制造、維修、試驗方便。
5、水封安全裝置：其加壓力式一定高度的水柱。
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