详解结构延性破坏与脆性破坏方式

结构与构件的破坏方式的确定是在结构设计之初就要明确的问题，延性破坏显然是工程师们的首选。所谓延性破坏是指材料、构件或结构具有在破坏前发生较大变形并保持其承载力的能力，宏观表现上为挠度、倾斜、裂缝等明显破坏先兆的破坏模式，更为重要的是，尽管出现明显的破坏征兆，但延性材料或结构仍然能够保持其承载力。

延性破坏的这种性能对于建筑物是十分重要的，其真正的意义在于以下几方面：

首先，破坏先兆与示警作用——历史上发生的重特大建筑事故大多属于脆性破坏，如果建筑物在破坏之前的明显征兆可以提醒人们及时撤离现场或进行补救。完全不能破坏的材料是不存在的，因此材料在破坏之前的示警作用对于建筑物来讲就十分重要了。

其次，延性材料或结构的延性不仅仅要体现在变形上，还要体现在破坏延迟上，即在承载力不降低或不明显降低的前提下，产生较大的明显的变形，即发生屈服。这种破坏的延迟效应可以为逃生或者建筑物的修补提供宝贵的时间。

第三，正是由于延性材料与结构所产生的变形能力，因此对于动荷载的作用，可以体现出良好的工作性能，这对于结构的抗震是十分关键的。在地震的作用下，结构所发生的宏观与微观的变形，都会储存大量的能量，避免发生破坏。相反，脆性是与延性相对应的破坏性质，脆性材料或构件、结构在破坏前几乎没变形能力，在宏观上则表现为突然性的断裂、失稳或坍塌等。应注意的问题是，虽然有些脆性材料可能具有较高的强度，采用脆性材料或构件、结构可能存在较大的承载力，但因没有破坏征兆或破坏征兆不明显，采用时宜多加慎重。

在结构设计时实现延性与防止脆性的方法其实并不复杂，一般遵循以下原则：

其一，要尽可能采用延性材料为建筑结构材料，钢材是很好的延性材料，以往钢结构多用于高层、大跨度建筑、承担动荷载建筑中，随着科学技术的发展，钢结构住宅也已经开始逐步推广。

其二，对于脆性材料，可以采用延性材料改善其不良的性能，是指具有延性材料的破坏特征。最为明显的例子是钢筋混凝土、劲性混凝土与钢管混凝土的应用。实践证明，经由钢材改良后，混凝土作为脆性材料，也可以在建筑中大量使用，并且体现出很好的延性。尤其是钢管混凝土，由于钢管的约束作用，混凝土在高应力作用下，甚至可以发生塑流，体现出塑性。

其三，在结构中避免出现细长结构杆件、薄壁构件，以防止失稳的发生。失稳破坏是由于尺度关系造成的破坏形式，一般与材料关系不大。采用延性材料的结构并不一定是延性结构，失稳就是特例。由于失稳问题，使得很多轻质高强的材料在使用时稍有不慎，就会发生意外。调查表明，钢结构建筑由于自身材料受力屈服的破坏是很少的，多是由于失稳造成的。

其四，对于不能够简单的依靠延性材料进行改良的脆性材料，使用时应该慎重。使用比较多的脆性材料是砖石材料，经过长期的工程实践，砖石结构的适用范围、结构模式都是比较确定的。选用砖石作为结构材料时，不宜采用新型结构形式，同时应该注意增大脆性材料的安全系数，要偏于安全使用材料。

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