锤击钢筋混凝土构件的作用效应Word格式.docx

1、的右移通过弹簧挤压，也右移，但因惯性比略有延迟，对的反挤压则阻滞的右移，锤继续对施加更大的压力以抵消对的反挤压，同时使以更大的力量挤压，进一步向右移动进而挤压，也右移挤压.随着时间的延续，扰动向右传递。图一的曲线表示某一时刻杆内应力的大小情况。随着锤的速度的逐渐减小，速度的逐渐增加，锤与的速度会在某一时刻相等，这时锤、之间的作用力达到最大值（图二）。 接下来，与、与、与之间的作用力也将依次达到最大值，而锤在锤、之间作用力的作用下，相对于开始向左移动，从而导致锤、之间作用力的减小。这个“减小”使相对于也开始向左移动，又导致、之间作用力的减小，进而、之间作用力也会减小（图三）。当锤、之间的作用力从

2、最大值减小到零时，锤击结束（图四），所需时间由锤的大小和杆的横截面积等因素决定，一般在毫秒量级，最初的扰动可以到达距几米处，并以杆内音速继续前进。杆的每段都会有段相同的经历，只是早晚不同。这就是锤击产生的应力波。 锤击结束的瞬间，锤与的速度第二次相等，都指向左方，在惯性主导下一同向左移动。的左移通过弹簧牵拉，使加速左移，在的反牵拉作用下速度减小，因锤不再受力，所以锤速不变，于是出现锤被弹离端的现象（此时锤速可由恢复系数算出，数值上比最初锤速小，图五、图六最低点对应的数值假定为最高点数值的一半）。的左移拉也加速左移，又拉.这样，刚刚承受挤压的区段现在承受拉伸。不会一直拉着，而是拉够了压，压够了再

3、拉（图六、七、八）。末段的情况有些复杂，可也是重点。当最初的扰动到达，也就是受到的挤压时，同时反挤压，并右移又挤压了，同样反挤压并右移。的右移与、的不同，右移受阻滞，右移受阻滞，的右移则获得了前所未有的自由，它把它所受到的压力完全转化为动力，以比更大的加速度右移。的右移会使、之间的挤压力减小，其值为零时，、之间的弹力势能完全转化为的动能，相对于的速度达到最大值。随后因惯性相对于继续右移，、之间已由刚才的挤压变成了拉伸，直至相对于的动能再次完全转化为、之间的弹力势能，相对停止右移，、之间的拉伸力达到最大值，其值与它们曾经经历过的最大挤压力几乎相等。拉，导致拉，又拉.这就是应力波在自由端的反射，传

4、播方向与入射波相反，而且，入射波是压应力波时，反射波则成了拉应力波。这还只是最初扰动被反射的情景，随着后续扰动的到达，相邻两原子的作用性质及大小取决于入射波和反射波的叠加。对于、来说，因为它们总是同时受到两个相邻扰动的影响，而相邻扰动大小几乎相等，被反射的扰动又与先前拉压相反，所以叠加的结果是基本抵消，也就是说、之间的应力始终接近零，所以锤击不能损害自由端表面。图九至图十五的红色曲线表示杆内应力相应反射波的大小情况，绿色曲线表示杆内应力相应入射波的大小情况，黑色曲线则是叠加后的应力分布。图十六是反射波又被反射的情况。 这是杆未被锤击损坏的情况。而现实生活中，无论出于什么目的，人们总是可以得到一

5、些效果，这就要求我们了解出现这些效果的原因。为此，需要知道杆内应力的确切数值。这是一个计算最大应力的公式： v/（1/（dccc）+1/（dgcg） ，其中：v-锤相对于杆的速度； dc、dg-分别是锤、杆的密度； cc、cg-分别是锤、杆内的音速。 如果是理想的30混凝土，图二至九的黑色曲线、图十的绿线及图十六红线最高点，以及图十三至十五红线的最低点对应的应力值是 v/（1/（78505120）+1/（24003506）=7v（兆帕）.图五至十二的黑色曲线、图十四的绿线的最低点，以及图十六绿线的最高点对应的应力值为其一半。压应力还是拉应力由轴线的上、下表示。 当锤速小于每秒0.2857米（相

6、当于自由下落4毫米的速度）时，杆内拉应力最大值对应的是图十四中黑色曲线的最低点，其值 7v+3.5v3，低于30混凝土的抗拉强度3兆帕，杆不会拉坏；杆内压应力最大值对应的是图十六中黑色曲线的最高点，其值330，低于30混凝土的抗压强度30兆帕，杆不会压坏。 当锤速大于每秒0.2857米，小于每秒0.8571米（相当于自由下落37毫米的速度）时，杆内压应力最大值对应的是图二中黑色曲线的最高点，值是 7v70.8571=6，杆在端不会压坏；杆内拉应力第一个最大值对应的是图五中黑色曲线的最低点，值是 3.5v（7+3.5）0.2857=3，杆会在距离半压应力波长处被拉断，断头携带剩余能量飞离。淘小子

7、用小石子打厚玻璃，常常出现被砸面没坏，另一面却出一坑就是这个道理。 当锤速大于每秒0.8571米，小于每秒4.2857米（相当于自由下落0.937米的速度）时，杆内压应力第一个最大值对应的是图二中黑色曲线的最高点，值是4.2857=30， 3.5v杆在端会被拉坏，进一步细想，有脱离的能力，不能忽视它从处借得的能量，一旦脱离，将无处讨要，也就是说，不会再有那么大的能力，但依然可能脱离，若也脱离，则的能力更小.所以发射出去的拉应力波幅值不会超过混凝土的抗拉强度，另一方面，断裂引起的扰动同样以音速传递，不会追上先前发射的压应力波，所以压应力波幅值不受断裂影响，又因混凝土不是均匀材料，所以只拉掉单原子

8、厚薄片的可能性极小，往往损坏从某点开始，因应力集中扩展到不很规则的整个截面，可断掉的部分基本上还是薄片形状，有过采石工作经历的人，一定见过这种薄片；拉应力第二个最大值对应的是图十四中黑色曲线的最低点，杆在末段会被拉断。 当锤速大于每秒4.2857米时，压应力第一个最大值对应的是图二中黑色曲线的最高点，值是 7v超过了30混凝土的抗压强度，杆在端会被压成粉末，锤不反弹或反弹极小，应力波将出现平顶，随后降到零，平顶的高度是30兆帕，基本上是梯形波（图十七），在端的反射情况与前述的类似，由于反射的拉应力波幅值也是30兆帕，远大于混凝土的抗拉强度3兆帕，所以末段也会拉断，断点在距离末端二分之一波长处，

9、但也只能拉断一段（图十八）。 可见在锤击作用下，最易受损的并不是捶击点，而是距离末端半压应力波长处，其脆弱程度远远超出大多数人、甚至包括普通建筑学专家的预期。 对于现实的钢筋混凝土构件，问题变得异常复杂，不是人类的能力所及。可也不是一点办法都没有，比如盖一堆楼，用锤击之便可摸到上帝的脉搏。只是要花很大的一堆钱。若能估算一下结果或许可以省点。 我们以120毫米厚由30混凝土制成的楼板构件、加一层50毫米厚的20混凝土做楼地面的傻瓜楼板为例考察这个问题。新产权人要在厅地面铺地砖，为保持原地面高度，他要去掉部分低标号混凝土，这时铁锤、钢钎就是时髦的工具。一锤下去凿出鸡蛋大小的坑是普通的效果。从这样的

10、坑底痕迹可以推断，曾存在应力约为80兆帕（20混凝土抗压强度的三到五倍）半径约为10毫米的球顶楔状高压区。它可看作是应力波的扰动源，产生的应力波与前述不同，基本上是球面波，其幅值与所在的球面半径成反比。因为应力波穿过两种混凝土界面的幅值变化只有4%，所以我们可以忽略这种变化。图十九中的红线代表反射的拉应力波，标注为“3MPa”的红线，是反射波的拉应力幅值为3兆帕的等应力面，绿线代表尾随的拉应力波，构件能否损坏可由入射波与反射波的叠加结果确定。相信即使不做叠加也可看出，得到鸡蛋大小坑的代价是构件中产生烧饼大小的裂缝。如果考虑构件中原有缺陷，那么受损范围还会更大。 图二十说明构件为空心板时的情况，

11、其中蓝线圈定的是裂缝区。若直接上大锤，则因扰动源半径的增加减缓了应力波的衰减，构件产生同样的损害根本就用不着楼地面有明显的砸痕。小锤同样可以造成这种损害，只要它有足够的速度。不难想象，玻璃锤儿大小的手枪子弹造成的损害绝不会比上述的小。锤击钢筋混凝土构件产生的应力很大，持续时间却很短，正是因为卸载极速才造就了足以产生裂缝的拉应力，这种裂缝多在构件内部，其开裂程度注定很小，甚至在其它应力作用下重新对合，但与常见裂缝一样，强烈地削弱混凝土的强度。而后续的锤击既可使裂缝扩展，也可产生新的裂缝。另一方面，钢筋的疲劳极限是混凝土抗压强度的六、七倍，锤击产生的应力波在混凝土完全断裂前不会对钢筋产生任何影响，可适筋梁的比例关系会被锤击所破坏，楼板可能成为严禁使用的超筋梁。因为失效前缺乏足够的预兆，所以这种楼板的危害极具欺骗性。那么，多少次锤击可以导致超筋梁？按规范计算是一锤，实际只有天知道。