我国混凝土结构的发展文档格式.docx

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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。

模糊数学在抗震设计中的应用。

混凝土结构寿命的研究。

“现代三力学” 

（这是笔者这样称谓的） 

即“断裂力学”、“损伤力学”和“微观力

学”[3 

4 

]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（micro2silica 

f 

ume 

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（compact 

rein2

forced 

composite） 

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[5 

我校博士研究生在其学位论文中制成强度为369MPa 

的纤维加强水泥基材料[6 

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Bouygues 

Corporation 

研制成活性粉末混凝土（ 

recactive 

powder 

con2

crete 

RPC[7 

8 

]） 

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,例如第一次制作的为1 

:

0. 

325 

1. 

43 

3 

027 

加水（0. 

28 

- 

26）

和钢纤维（0. 

2） 

这一配比可制成一种非常密实的混凝土,在凝结前和凝结期间（通常在拌和

后6 

12h） 

[8 

]加压,其强度可达200MPa 

（在90 

℃热水中养护3天） 

～300MPa 

（在tmax 

= 

90 

℃

的低压蒸汽中养护） 

达到这一强度水平是由于[8 

⑴去除粗骨料,改进了配合料的匀质性;

⑵仔细选择各种粉状物的粒径,颗粒尺寸在0. 

1μm 

到1mm 

之间,改善了颗粒材料的堆积密

度;

⑶在凝结前和凝结期间对混凝土的加压,消除夹杂在混凝土中的空气和大部分伴随水化

反应引起的化学收缩;

⑷凝结后通过热处理,改变了生成的水化物的性质;

⑸由于材料的脆

性,需掺入细而短的钢纤维（直径0. 

15～0. 

2mm 

长12～13mm） 

改善了材料的延性。

当活性粉末混凝土采用干热（400 

℃） 

时抗压强度可达到800MPa 

[7 

当活性粉末混凝土除抗压强度高之外,还具有一系列优点:

对RPC200和RPC800 

其

抗折强度可分别达60和140MPa 

断裂能可达40000和2000J 

. 

m 

弹性模量达60和75GPa 

;

对正常混凝土、高性能混凝土和活性粉末混凝土的对比试验表明:

氯离子扩散顺次为

1、0. 

6和0. 

02 

×

10 

12m2 

s 

碳化深度为10 

、2和0mm 

冻融剥落为>

1000 

900和7g. 

cm 

磨耗系数为4. 

0、2. 

8和1. 

3[8 

对强度这样高的混凝土,暂尚未定名,是

否可将C300 

以上混凝土姑名之为“特高强/ 

特

高性能混凝土?

高强度混凝土的应力—应变曲线如图1

所示,达应力峰值时相应应变ε0 

随强度的提

高而增大,这和文献[ 

9]中介绍的结论是一致

的。

左边为普通强度混凝土截面面积为10. 

35m2 

和混凝土体积为0. 

67m3 

/ 

m2 

面板面积, 

而用

RPC 

则分别为3. 

55m2 

和0. 

23m3 

可见节约材料很多。

为了在实践中建造RPC 

结构, 

在加拿大摄布鲁克（ 

Sherbrooke 

东南部城市, 

与美

国相邻近） 

考虑修建一座60m 

长双梁（梁截面积为200 

300mm2 

） 

预制RPC 

实验性三

轮摩托和人行桥。

结构的纵向预应力是用两梁间延伸的索完成的, 

在板内还设置一些单根

后张钢绞线以保证荷截的适当分布。

桥全宽4. 

2m 

板厚40mm[7 

80 

年代国外采用碳纤维乱向掺入混凝土内以加强混凝土。

年代早期在伊拉克首次

大规模用碳纤维加强轻混凝土（比重为1. 

0 

蒸压养护） 

建造纪念馆圆顶和预制用瓦罩面

的板材[10 

1973 

年起美国在用离心法生产电杆时, 

钢纤维不是与混凝土拌和在一起而是由一种

计算机控制的自动化机器喷射在混凝土层里, 

不用振捣而纤维的分布具有一定的方向性

（与构件轴成±

20°

角） 

[1 

钢纤维是向直径细和长度短的方向发展, 

因直径粗为了锚

固, 

必需有足够长度, 

这不利于混凝土的拌和。

年代初长度很多为50mm 

后来都在

20mm 

以内, 

荷兰生产的钢纤维有长6mm 

直径为0. 

15mm 

的, 

因直径细, 

为了防止可

能锈蚀镀了一层铜。

国内外都采用塑料纤维或玻璃丝乱向掺入混凝土以加强混凝土, 

因它们不致像钢筋那

样在侵蚀性环境中容易锈蚀, 

但它们又必需能抵抗混凝土的碱性侵蚀, 

如对玻璃丝需采用

耐碱玻璃制成或采用低碱的矾士水泥混凝土（价格较高） 

年代国外已采用经过催化的乙烯醚树脂浴（catalyzed 

vinyle 

ester 

resin 

bat 

h） 

将

玻璃丝制成塑料筋（fiberglass 

reinforced 

plastic 

reinforcing 

bar 

FRP） 

以代替钢筋, 

已

在化学和废水处理厂、海堤、浮船坞以及水下结构中得到应用。

此外这种筋优越的绝缘性

质使它们可用于那些结构中, 

在此电荷磁场将对钢筋引起有害的影响, 

例如变电所电阻器

座、机场跑道、医院和实验室等。

但FRP 

筋将不适合用于可能遭受高温大火的场合。

虽

然现代化塑料在- 

68 

—+ 

107 

℃ 

（ 

90～ 

+ 

225°

F） 

范围内具有优越的温度稳定性, 

当温

度超过204 

℃（400°

FRP 

筋抗弯强度显著降低。

因此在建筑和桥梁中应用时温度效应

要求特殊考虑, 

但如在基础、挡墙、钻墩和斜坡面板、路面和人行道等中应用是非常有生

命力的。

实际FRP 

筋在这些应用中具有明显超过钢筋的优点, 

因为当混凝土是对着土壤

浇筑时, 

这种筋的优越抗腐蚀性能较钢筋在混凝土中保护层厚度获得显著降低。

此外, 

上

述多种类型结构并不经受大的弯曲挠度, 

因此FRP 

筋低的抗弯刚度和其它构件不同而不

是一项重要的因素。

在制造过程中, 

略为扭转的玻璃丝绞线是通过催化乙烯（基） 

醚树脂

浴引出的, 

然后仔细校直并通过一加热钢模拉出使除去多余的树脂而制造出所需要的直

径, 

最后筋的组成大致分30 

%热固的（ 

t 

hermoset 

ting） 

树脂和70 

%玻璃丝。

一条玻璃丝

沿筋缠绕成螺旋形以造成最后刻痕表面而提供混凝土对“钢筋”的握固强度, 

这和温度高

低有关, 

对各个制造者提供的“钢筋”材料有明显变化, 

而没有标准的应力—应变图。

但

是典型的受拉应力—应变图几乎到破坏点都为线性的。

抗拉强度大约为690～1100MPa 

高于一般钢筋的强度, 

但抗拉弹性模量在40～70MPa 

这明显低于钢的。

虽然FRP 

筋强

度高于普通钢筋, 

但它不能在很多场合下代替钢筋, 

因其受拉弹性模量仅为钢筋的1/ 

4。

除强度外低的弹性模量将影响挠度和裂缝宽度参数[11 

高强FRP 

筋在混凝土中适当的锚

固也需特别注意[12 

.此外国外还采用芳纶纤维（aramid 

fiber） 

和碳纤维筋（AFRP 

和CFRP 

rods） 

一

项试验表明<

5. 

7 

筋的极限强度分别为3000MPa 

和2250MPa 

弹性模量则分别为125～

130GPa 

和121GPa 

这些值是按有效的纤维截面确定的[12 

在日本、德国等国家用这些加强

塑料筋作预应力筋已建造不少桥梁。

1996年在日本茨城用AFRP 

作预应力筋建造了一座长

度为54. 

5m 

的悬索桥[13 

14 

无粘结预应力筋可以是有单护套和双护套的。

图3示V 

T 

—CMM 

体系[V 

—德文

Vorspann 

—Technik 

预应力技术;

CMM

表示Compact 

Multi 

—Mono 

紧密的多根

和单根（钢绞线） 

[15 

我国也已较普遍采

用无粘结预应力技术。

国外在桥梁中较为广泛地采用预应力体

外配筋,国内在房屋和桥梁中亦已采用[14 

]。

预弯预应力梁是采用工字钢在无应力

状态下制成向上弯的构件,然后横向加载

压使平直,再浇筑混凝土,待混凝土结硬后

卸载,受预应力的工字钢将回弹使梁底受

压,达到预应力效果。

我国80年代中期在桥

梁工程中即曾采用过这一工艺[1 

90年代

初重庆交通学院提出对钢筋混凝土梁分两

次施工,首先将梁中预应力钢筋两端浇入

梁端混凝土内,然后用千斤顶在两点横向

张拉使其弯折至设计位置而后将其浇入混

凝土内,结硬后放张,张拉的预应力筋回弹

使梁产生预应力。

该工艺降低对张拉设备

的要求。

这一新设想可行性研究通过鉴定,接

着进行了30m 

跨的预弯梁的试验研究[16 

原

形（实为工形,但下翼缘宽度较小） 

梁的

截面尺寸及后浇混凝土如图4所示,图中设

置在梁腹板两侧、将横向张拉的24<

S15 

预

应力钢绞线是未张拉前的位置（这时钢绞

线为平直的,一般（自） 

锚固在第一阶段浇

筑的梁两端的混凝土内） 

横向张拉后被

“压”至下面, 

即设计受力的位置。

梁下

6<

S15钢绞线为非预应力的,第一次浇筑在

混凝土梁内。

试验表明这样构造的预弯梁

能满足设计要求。

这一30m 

跨预弯梁应用于红槽房7孔

30m 

跨的公路桥,桥宽14. 

25m 

采用7榀

梁组成。

片。

经比较仅材料费用,每榀梁节约2158元。

此外荣经大桥（6孔、16. 

8m 

跨） 

的扩宽工程中还采用了预弯箱梁[16 

对钢结构,在施工中现在国内也较普遍地采用整体提升就位的方法。

在装配式结构中,

构件是采用吊装的,但限于起重设备的起重量,吊装构件的尺寸往往不能太大。

我国曾采用

顶升和提升的方法将尺寸大的扁壳提升和顶就位。

此外我国还广泛采用升板结构。

工业化建房方法无疑是发展的方向。

60年代国外（主要在罗马尼亚） 

曾采用盒子式结构,

即将一个房间制成有四方墙壁和顶板的结构,整体吊装。

这样将构成双墙,显得笨重,以后不

再采用。

但70年代丹麦采用的盒子结构,厚度则很薄,如墙厚仅50mm[17 

北欧还采用倒L 

形

构件构成楼板和一方墙,而美国Anderson 

体系,除四方墙外,楼板则根据需要为四面、三面

或二面挑出以构成另一房间的楼板部分;

这时将没有双墙[1 

国外采用大起重量高塔吊, 

年代后期起重能力已达250000kNm 

高度达140m

（图6） 

[18 

中小型预制桥梁,自整个吊装。

图7示我

国铁道建筑科研院设计、紫荆关桥梁厂制造

的我国新一代140型铁路架桥机在京九复线

架设32m 

预应力混凝土工形梁的情景,它具

有空中自动对梁系统,可直接自动进行桥

梁对位,减少了导链移梁工序,即减轻了架桥

工人的劳动强度,又提高50 

%工效[19 

对大型桥梁,国外也有采用整体吊装的,

如丹麦大海带桥西桥连续箱梁,每跨110m 

共

6联,每联1100m 

采用设计能力为73000kN 

的

浮吊[1 

在海上预应力混凝土吊装就位,每根

梁重57300kN 

浮吊是在船上设置4台起重机

构成。

梁的连续接头设在跨中,因此处剪力

小。

1624m 

东桥钢箱梁悬索桥引桥原设计方

案之一为124m 

跨的预应力混凝土箱梁,每根

重64000kN 

后改为193m 

跨的钢箱梁,故没有

采用这样大的浮吊。

该桥主跨桥塔高254m 

是

目前世界上最高的混凝土桥塔（日本明石海

峡桥塔高287. 

为钢结构） 

高层建筑

由于城市的发展,用地紧张,在“黄金地段”,不得不建造高层建筑,因此高层建筑越来越

高。

美国高层建筑与都市居住小区理事会（由IABSE、ASCE 

等9大国际学术组织组成） 

于

1986年公布的世界最高100幢高层建筑最低为207m 

1991年公布的最低为218m 

而1997年

公布的则为227m[20 

1986年公布的美国占78幢,这次则剩59幢[20 

美国高层建筑发展滞后

的原因之一可能是经济效益差, 

前些年的统计表明高层建筑亏损居多, 

如Sears 

塔楼每年

亏损4000 

万美元。

文献[ 

20]列出的世界100 

幢最高的高层建筑中我国大陆（ 

3） 

、香港（ 

和台湾

（2） 

共有8 

幢。

据1996 

年底统计, 

我国大陆建成的20 

层及以上的高层在8000 

幢以上[14 

目前我国已建成的金茂大厦（图8） 

高420. 

为钢和钢筋混凝土混合结构, 

居世

界高层建筑的第3 

位①。

世界前10 

位如图9 

所示②。

图9 

世界最高的10 

幢高层建筑

我国将建成的深圳格赛广场大厦（图10） 

高291. 

6m 

采用钢管混凝土结构, 

是世界

上最高的钢管混凝土结构高层结构[21 

图8 

金茂大厦图10 

深圳格赛广场大厦图11 

香港中环广场大厦

①在1997 

年的上述统计中, 

将马来西亚石油双塔作为2 

幢, 

这样金茂大厦将居第4 

位。

在3 

次统计

中纽约世贸中心亦作为2 

②如将石油双塔楼作为一幢, 

则第10 

位为美国芝加哥印第安纳标准石油办公楼（Amoco 

Build2

ing） 

年建成, 

高346m 

钢结构。

①在文献[ 

20 

]中石油双塔为用混合材料建造。

该塔楼采用混凝土内芯（墙） 

混凝土圆筒体系, 

即承侧

力结构为用混凝土建筑, 

故一般认为系混凝土结构, 

而楼面（板梁体系） 

采用钢结构。

现将前10 

位混凝土结构[20 

]胪列如下:

马来西亚石油双塔楼① 

高452m 

2. 

香港中环广场大厦（1992） 

（图11） 

高

374m[22 

3. 

广州中天广场大厦（1997） 

高322m 

4. 

曼谷Baiyoke 

塔楼I 

I 

（1997） 

高

320m 

芝加哥双咨询大楼（1990） 

高303m 

6. 

平壤柳京饭店（Ryugyong 

Hotel 

1995） 

高300m 

7. 

芝加哥311 

南威克旅游中心（1990） 

高293m 

8. 

美国夏洛特国家

银行合作中心（1992） 

高265m 

9. 

阿特兰大Sun 

Trust 

Plaza 

（1992） 

10.

芝加哥水塔广场大厦（1976） 

高262m。

桥

拱桥

我国已建成跨度100m 

及以上的石拱桥10 

座, 

它们都属世界纪录, 

因为原世界纪录

为德国1903 

年建成的Plauen 

和Syratal 

桥, 

跨长为90m[23 

跨度为120m 

的湖南乌巢河

双肋石拱桥已列入1996 

年《吉尼斯世界纪录大全》p 

96[24 

在建的太原河南焦作高速公

路上的石拱桥跨度已达146m。

可见我国石拱桥建设屡创辉煌。

1990 

年我国建成的宜宾金沙江钢筋混凝土拱桥, 

跨度为240m 

是中承式拱桥世界纪

录。

这一纪录为1996 

年建成的广西邕宁邕江桥（图12） 

所突破, 

其跨度为312m[23 

25 

是用钢管混凝土作骨架浇成混凝土箱形截面的, 

钢管不外露, 

因此视为劲性钢筋混凝土。

图12 

邕宁邕江桥图13 

318 

国道四川万县桥

1997 

年建成的318 

国道上的四川万县桥（图13） 

也是用钢管混凝土作骨架浇成三

室单箱截面的, 

为上承式拱桥[26 

它超过1980 

年建成的原南斯拉夫第二大城、现克罗地

亚首都萨格列布附近跨度为390m 

的KR 

KI 

号桥（邻接的———中间有一小岛———I 

号桥跨

度为244m） 

而跃居世界第一[1 

23 

1995 

年建成的贵州江界河桥,跨度为330m 

是我国工程师们创造的一种新型桥———

桁式组合拱桥[27 

当支座能承受负弯矩时,将拱铰移至跨中距支座a 

的适当位置处,在拱中

间形成两铰,拱跨度减小为l22a 

该桥a 

取84m 

即中间拱跨度为162m 

中间74m 

为实腹

段。

自可大大节约。

该桥是采用预制构件建造, 

由支座向跨中逐步安装, 

中间铰采用双

竖杆在上部断开构成。

桥的上、下弦为三室单箱截面, 

竖杆及斜杆都为两个分离箱构成。

对上弦和斜杆均施加预应力[27～0 

图14 

示已建成的江界河桥。

因为国外无这种桥型, 

它

自属世界纪录。

年建成的广西三岸邕江桥（图15） 

[31 

32 

]为钢管混凝土桁式中承式拱桥, 

其中钢

管为暴露在外的, 

跨度为270m。

它是世界上跨度最大的钢管混凝土拱桥。

可以认为我国混凝土拱桥建设暂居世界领先地位。

330m 

江界河桁式组合桥图15 

三岸邕江桥

刚架桥

我国虎门大桥系由东引桥、主桥（跨度为880m 

悬索桥） 

、中引桥、辅航道桥和西引桥组

成, 

其中辅航道桥跨度达270m 

为两座单桥组成, 

都为单室单箱预应力混凝土连续刚构桥

（图16） 

[30 

33 

34 

行车道宽14. 

于1997

年7 

月建成通车, 

它跨长超过跨度同为

260m 

的澳大利亚门道桥和挪威的Varodd

桥而成为预应力混凝土刚构桥的世界纪

年11 

月挪威建成两座刚构桥,它

们是Stolmasundet 

在Austevoll 

岛） 

和

Raf 

sundet 

桥[35 

36 

在Lofoten 

岛）

（Sundet 

在挪文中为海峡, 

它们分别称

Stoma 

和Raf 

海峡

桥） 

跨度分别为301m

和298m 

这时辅航道

桥退居第三。

图17 

示建设中的

Stolma 

海峡桥, 

图18

和图19 

分别示该桥的

纵立面和横截面。

桥墩

柱为空心截面,纵横向尺寸（外包） 

为5000 

8200mm。

在Selbj<

rm 

一侧壁厚分别为1050 

700mm。

在Stoma 

一侧为了提供沿桥轴向以必要的

柔度, 

横向壁厚采用700mm 

而纵向采用200～

300mm 

与承重壁用20mm 

宽的缝分开。

悬臂自重约

相当于在柱处剪

力的90 

因此优

化自重很重要, 

为

此在跨度中间

182m 

内采用

LC60 

级轻混凝

土, 

而桥的其余部

分采用C65 

混凝

土。

图20 

示建成

的、主跨为298m

的Raf 

海峡桥,其

立面和截面分别

示于图21 

和图22。

桥的大部分采用C65 

混凝土,但由于跨度不等,在298m 

跨中224m 

范围内采用轻混凝

土LC60。

桥墩采用C45 

混凝土。

斜拉桥

1993 

年1 

月建成通车的上海杨浦组合（混

凝土面板与钢加劲大梁共同工作） 

斜拉桥, 

在主跨跨度为

856m 

的法国诺曼第桥（主跨为钢箱形截面,侧跨为预应力

混凝土箱梁, 

两边各伸入主跨内116m 

而构成混合型斜拉

桥[1 

于1995 

月18 

日通车前, 

杨浦桥为斜拉桥世界

纪录。

日本890m 

跨的Tatara 

桥（钢） 

于1999 

年建成后,它

又将退于第二位。

1996 

年我国建成的重庆长江二桥, 

为预应力混凝土

主跨444m 

居世界第2 

位（仅次于主跨为530m

的挪威Skarnsundet 

桥,即Ska