浅谈混凝土结构的发展简况及其工程应用

浅谈混凝土结构的发展简况及其工程应用摘要混凝土结构与砌体结构、钢结构、木结构相比，发展历史相对较短，但自19世纪中叶开始使用后，由于混凝土和钢筋材料性能的不断改进，结构理论、施工技术的进步使钢筋混凝土结构得到迅速发展，目前已广泛应用于工业和民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利、海港等土木工程领域。关键词混凝土发展概况应用中图分类号：TU398.9文献标识码：A1混凝土发展概况1824年波特兰水泥的发明为混凝土的大量使用开创了新纪元，至今仅有160多年的历史。它的发展大致经历了四个阶段。第一阶段为钢筋混凝土小构件的应用，设计计算依据弹性理论方法。1801年考格涅特发表了有关建筑原理的论著，指出了混凝土这种材料抗拉性能较差，到1850年法国的兰博特首先建造了一艘小型水泥船，并于1855年在巴黎博览会上展出。接着法国的花匠莫尼尔在1867年制作了以金属骨架作配筋的混凝土花盆并以此获得专利。后来康纳于1886年发表了第一篇关于泥凝土结构的理论与设计手稿。1872年美国人沃德建造了第一幢钢筋混凝土构件的房屋。1906年特纳研制了第一个无梁平板。从此钢筋混凝土小构件已进入工程实用阶段。第二阶段为钢筋混凝土结构与预应力混凝土结构的大量庇用，设计计算依据材料的破损阶段方法。1922年英国人狄森提出了受弯构件按破损阶段的计算方法。1928年法国工程师弗来西奈发明了预应力混凝土。其后钢筋混凝土与预应力混凝上在分析、设计与施工等方面的工艺与科研迅速发展，出现了许多独特的建筑物，如美国波士顿市的Kresre大会堂、英国的1951节日穹顶、美国芝加哥市的Marina摩天大楼、湖滨大楼等建筑物。1950年苏联根据极限平衡理论制定了塑性内力重分布计算规程”。1955年颁布了极限状态设计法，从而结束了按破损阶段的设计计算方法。第三阶段为工业化生产构件与施工，结构体系应用范围扩大，设计计算按极限状态方法。由于二战后许多大城市百废待兴，重建任务繁重，工程中大量应用预制构件和机械化施工以加快建造速度。继苏联提出的极限状态设计法之后，1970年英国、联邦德国、加拿大、波兰相继采用此方法。并在欧洲混凝土委员会与国际预应力混凝土协会第六届国际会议上提出了混凝土结构设计与施工建议。第四阶段由于近代钢筋混凝土力学这一新的学科的科学分支逐渐形成，以统计教学为基础的结构可靠性理论已逐渐进入工程实用阶段。电算的迅速发展使复杂的数学运算成为可能。设计计算依据概率极限状态设计法。概括为计算理论趋于完善，材料强度不断提高，施工机械化程度越来越高，建筑物向大跨高层发展。2混凝土结构计算理论发展概况及应用随着混凝土结构制造技术的快速发展，它的设计理论也得以逐步完善。早期混凝土构件采用了古典的弹件理论及其允许应入法。其截面内力和应力均按照材料力学的方法进行计算。这种设计理论与混凝土实际的力学性能有很大出入，其可靠性也无法准确揭示。20世纪40年代时，前苏联提了一个新的计算方法，即破坏阶段法。这一方法考虑了材料的塑性性质，以及截面开裂后引起的应力重分布。20世纪50年代，前苏联又提出了按极限状态法设计。这一方法明确提出了极限状态的概念，认为达到极限状态时，结构即失去抵抗外力的能力，并失去正常使用的功能。截面的内力虽然按弹性理论计算，但荷载包含了统计分析的内容，材料强度通过统计分析取分位值。结构的可靠性由几个计算系数来保证，而不是一个单一的系数。这一方法概念明确，考虑问题比较细，理论上也比较完善，到70年代已被各国普遍采用。极限状态法从20世纪50年代至今经历过了几个不同的发展阶段，开始时是多系数表达的极限状态法，后来又有我国的多系数分析单一安全系数表达的极限状态设计法，这些方法虽然在一部分荷载和例料强度的取值方向应用了概率理论，考虑了它们的变异性，但是设计表达式中的设计参数或安全系数都是主要由经验确定的，并看成不变的定值，结构的可靠性以安全系数来衡量，属于“定位设计法”。在水利水电和农业水利工程中，因混凝土自重大，其材料织成中砂石所占比例大，易于就地取材，故常用来建造拦水大坝（包括重力坝、拱坝、连拱坝等）、引水建筑物、输配水工程等。如我国长江三峡大坝，是目前世界上工程规模最大的水利水电工程，坝型为混凝土重力坝，坝顶总长3035m，坝顶高程185m，混凝土总浇筑约2794力m3，正常蓄水位175m，总库容393亿m3，其中防洪库容221.5亿米。水电站共装机26台，单机容量70万kw，总容量1820万kw，年均发电量847亿度。左岸的通航建筑物，年单向通过能力5000万t，可通过万吨级船队。在桥梁工程建设方面，钢筋混凝土结构的应用也非常广泛，较为常见的结构形式有梁、拱、衍架等。一些大跨度桥梁虽已采用了悬索或钢斜拉结构，但其桥面也常常采蝴钢筋混凝土结构，1989年建成的涪陵岛江桥全长351.8m，主跨200m，拱结构，矢跨比1/4，是我国目前跨度最大的拱桥。又如上海杨浦大桥，主跨602m，为斜拉桥，其桥塔和桥面均为钢筋混凝土结构。在工业厂房、民用住宅、办公写字楼等房屋建筑工程中，钢筋混凝土结构的应用也十分普遍，如我国广州国际大厦（高200m，地上63层，地下2层）。世界上最高的钢筋混凝土结构楼房己接近300m，最高的钢筋混凝土楼房已达到332m，最高的预应力钢筋混凝土电视塔高达553m。对于某些有特殊要求的结构，钢筋混凝土结构的应用也很广泛，如核电站的安全壳和压力容器、飞机场跑道、海上采油平台以及港口工程等。参考文献[1]代学灵.建筑工程概预算[M].武汉工业大学出版社，2000.[2]李佐华.建筑工程计量与计价[M].北京：高等教育山版社，2005.