木结构设计师们，你们知道DOL效应吗？

现行《木结构设计规范》给出了各种木材的强度设计值，实际应用的时候，还需要要乘以一系列调整系数。其中有一条“按恒荷载验算时”，木材的强度和弹性模量要乘以0.8的系数，而规范条文说明没有对此做进一步解释。这一条让不少设计者非常困扰，设计的时候也比较麻烦，我们需要考虑恒荷载和活荷载的比例，当恒荷载的比例超过80%时，木材的强度需要按上述要求折减。


学过混凝土结构的人可能对0.8这个数字比较敏感，因为混凝土的长期强度是短期强度的80%左右，即压应力达到到短期抗压承载力的0.8时，如果荷载维持段时间以后，混凝土也会破坏。背后的原因我们都知道，混凝土破坏的原因是压应力达到抗压强度0.8倍及以上时，混凝土的徐变进入了非线性阶段，内部微裂纹的发展导致了混凝土的破坏。


那么是否木材和混凝土类似，长期强度是短期强度的0.8倍呢？是否也是有徐变造成的?其实不然，这一条规定，考虑的是木材特有的一个现象，我们称其为DOL效应，中文的叫法比较拗口“荷载持续时间效应”，指的是在荷载作用下，木材的强度随着时间的增长而逐渐降低的现象。而研究表明木材的长期强度只有短期强度的50%左右，而规范中却采用了一个0.8的系数，这个问题是如何考虑的？


DOL现象非常复杂，目前仍然是科学家们研究的热点问题。






DOL背后的原因我们不去深究，就设计者而言，我们关心的是怎么使用。对于设计者来说，DOL的复杂体现在其时间尺度与设计使用年限有较大重叠的部分，并且还掺杂了荷载水平的影响。比如当某个木构件承担短期承载力50%的荷载时，假设在25年的时候，构件的承载力降低到了80%，在50年后，该构件的承载力将降低到50%，此时构件正好要断裂。而在承受60%短期承载力荷载的情况下，在第25年的时候，其承载力可能已经降低到了短期承载力的70%以下，构件在没有到50年的时候就断裂了。由此可见，DOL效应是和荷载持续时间及荷载水平相关的，因此单纯的说50年的DOL效应是多少，25年的DOL是多少是不合适的，还应该考虑荷载水平的影响。


实际设计的时候，如果荷载全部是恒荷载，那么在设计期限（50年）内，其作用时间是50年，我们可以采用50年满载的DOL折减系数，在我国，这个值大约是0.56。而在恒荷载+活荷载下，由于活荷载作用时间累积起来并没有达到50年，这时候我们有两种认识方法，一种认为是50年内平均荷载水平没有达到满载，因此荷载水平低，折减系数要大一些。另一种认识方法则认为有活荷载作用时间为满载时间，这个时间累积起来大致相当于2个月。只考虑这部分时间的DOL系数为0.72。而该系数已经包含在了规范给出的强度设计值中，因此我们设计的时候，一般不会感觉到有需要考虑荷载持续时间影响效应。对于荷载中恒荷载比例太大时，DOL系数会低于0.72，此时再按该值进行设计，就不安全了，需要乘以一个调整系数0.8，将0.72调整到0.56。0.8即为50年满载DOL效应和非满载DOL效应的差异，或者是50年满载DOL效应和2个月满载DOL效应的差异。


以上就是我国规范考虑DOL效应的方法，在美国规范中，考虑的更加细致，分别考虑了雪荷载，居住荷载，风荷载等，给出了不同的DOL系数，有兴趣的读者可以参阅。