我国混凝土结构发展及典型案例分析.doc

混凝土结构发展和典型实例
混凝土结构的发展极为迅速,在改革开放20年的时间里我国发展极为迅猛,从新材料、新技术的研究、开发和推广应用,到工程结构的建造,取得了惊人的巨大成就,创造了一个个新的纪录。有的已达到国际先进水平,或已进入国际先进行列,有的甚至暂居领先地位。
混凝土结构的应用范围日益扩大,无论从地上或地下,乃至海洋,工程构筑物很多用混凝土建造,因为它的耐久性和耐火性都较钢结构优越。甚至有建议太空站也可采用在月球上烧制水泥和炼钢,在此制作预制构件运至太空装配,较在地球上用航天飞机往返(达45次)运输钢构件为经济。
新加坡每年8月份召开一次OurWorldinConcreteStructures学术会议,1999年8月24—26日召开第24次会议,论题为“21stCenturyConcrete&Structures”。
但无可否认,钢结构自重较轻,施工速度较快。我国钢产量已连续3年超过亿吨。在某些情况下,笔者认为经各方面比较,有的可能以采用钢结构为宜,包括采用劲性钢筋混凝土结构。
如所周知,混凝土结构发展经历了三个阶段,现已进入第四阶段[1]。根据学习,从较多方面考虑,对这一阶段的特征作出新的描述并结合最近工程资料,从材料、工艺、施工、高层建筑、桥梁和大坝以及特种结构予以简要举例说明。
1新阶段特征
新阶段的特征是:
进一步发展工业化体系如大模板现浇和大板体系。高层建筑结构体系的发展,如框桁体系和外伸结构的采用。
在设计中引入概率方法。由于计算机的发展和普及,在结构工程领域内引起深刻的改革和革命。专家系统的采用;计算机辅助设计和绘图(CAD,CAG)的程序化,包括结构动态分析图形的描绘,因而改进了设计方法和提高设计质量,也减轻了设计工作量,提高了人的工作效率。优化设计和施工的实际广泛应用,节约了建设投资。
振动台试验和拟动力试验以及风洞试验较普通地开展。建筑和桥梁结构的主、被动抗震控制的实际应用。计算机模拟试验大大减少了试验工作量,节约了大量人力和物力。
有限元法的广泛应用和计算模式研究的开展,以及其他数值计算方法的创立和发展。结构机理包括破坏机理研究的加强;对复合应力的研究并结合实验结果提出各种强度理论。因而产生了“近代混凝土力学”这一学科分支,并将逐步得到发展和完善。工程结构的“移植”,如将桥梁中的斜拉结构应用于房屋建筑;及至创造新的结构形式,如创造出双拱架结构和桁式组合拱桥等;以及各学科间的相互渗透,如将有限元法应用于混凝土的微观研究。
工程材料微观研究的开展与加强,为材料强度和性能的不断提高创造了条件,新材料、新工艺和新施工方法的研究和开发。

“断裂力学”、“损伤力学”和“微观力学”对混凝土的应用。
混凝土结构的应用范围在多方面的拓宽,其尺度不断向高、长、大方向发展。
下面仅就材料、施工、高层建筑、桥梁、大坝和特种结构进行些具体介绍。
2新材料、新工艺和新施工方法的研究和应用
高强混凝土应以工程特性来划分,而不应以时间的推移而改变。目前认为C50以上的混凝土为高强度,C100以上则为超高强混凝土。
70年后期,丹麦率先采用掺微硅粉(micro2silicafume,我国习称硅粉)制作高强混凝土。至80年代中期可制成C200以上的混凝土。原先认为硅粉是惰性材料,在混凝土内仅起填充作用(使混凝土密度增大而达到提高强度的作用,因为混凝土强度近似地与其密度成比例),后来研究表明硅粉也有一定的活性。密筋混凝土组合材料(compactrein2forcedcomposite)的强度可达C400,因配筋率高达10%,甚至更高,其容重达40kN/m3,则强度与容重比λ达10000m,而一般软钢在4000～5000m。显然这项比率愈高愈好;就这点而言,密筋混凝土是优于普通钢,对降低自重是有效的,而钢板焊接受焊缝的制约,是受到限制的(80年代国际上只能焊到300mm厚钢板),而密筋混凝土的厚度则不受限制。所以笔者基于对“轻质高强”作广义理解,似应以λ为指标。国内也已进行过
密筋混凝土的试验研究。
因为高强度混凝土都具有良好的工程特性,故往往将高强度与高性能混凝土通用。实际高性能混凝土的强度有时并不高。日本在混凝土中掺大剂量的粉煤灰和矿渣粉(二者的掺量往往各高于水泥用量)。这种混凝土的流动性极好,不能用坍落度衡量而以流动直径来量测。它不需振捣而可在模板内自流动填实,结硬后密实地好,而耐久性亦高。
因为硅粉价格高,我国发展高强度混凝土的途径可能采用双掺技术,即掺部分硅粉和部分粉煤灰(欧州也有这样做的)。
1993年法国BouyguesCorporation研制成活性粉末混凝土(recactivepowdercon2crete,RPC。这种混凝土为水泥基材料,系由水泥、硅粉、细砂、石英粉、高效塑化剂等组份组成,其质量配合比,例如第一次制作的