0.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展簡史

鋼筋混凝土從19世紀(jì)中葉開始采用以來，至今僅有100多年的歷史，其發(fā)展極為迅速。1848年法國人朗波（L.Lambot）制造了第一只鋼筋混凝土小船，1854年英國人威爾金生（W.B.Wilkinson）獲得一種鋼筋混凝土樓板的專利權(quán)，但通常認(rèn)為鋼筋混凝土是法國巴黎花匠蒙列（J.Monier）發(fā)明的，他用水泥制作花盆，內(nèi)中配置鋼筋網(wǎng)以提高其強(qiáng)度，并于1867年申請(qǐng)了專利。1875年美國的沃德（W.E.Ward）在紐約建造了第一所鋼筋混凝土房屋，1877年哈特（T.Hyatt）發(fā)表了各種鋼筋混凝土梁的試驗(yàn)結(jié)果，1905年特奈（C.A.P.Turner）發(fā)明了無梁樓板。1925年德國采用鋼筋混凝土建造了薄殼結(jié)構(gòu)，1928年法國工程師弗列西涅（E.Freyssinet）利用高強(qiáng)鋼絲和混凝土制成了預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，開創(chuàng)了預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用的時(shí)代。目前一些標(biāo)志性建筑有：德國法蘭克福市的飛機(jī)庫屋蓋，它采用預(yù)應(yīng)力輕骨料混凝土建造，結(jié)構(gòu)跨度達(dá)90m；加拿大的多倫多預(yù)應(yīng)力混凝土電視塔，高達(dá)553m；馬來西亞吉隆坡的雙塔大廈，建筑高度達(dá)452m，它的內(nèi)筒與外筒采用鋼筋混凝土建造。

我國在1876年開始生產(chǎn)水泥，逐漸有了鋼筋混凝土建筑物，最近十幾年發(fā)展很快。據(jù)2013年統(tǒng)計(jì)，全國混凝土年產(chǎn)量達(dá)21.96億m³，建筑用鋼材年產(chǎn)量達(dá)3.55億t，居世界的首位。已建成的上海金茂大廈，地上88層，地下3層，建筑高度420.5m；采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的上海電視塔，主體結(jié)構(gòu)高350m，塔高468m；外形美觀的上海楊浦大橋，全長7658m，主橋?yàn)殡p塔雙索面鋼筋混凝土與鋼疊合斜拉橋結(jié)構(gòu)，主橋跨徑602m；三峽升船機(jī)上閘首結(jié)構(gòu)全長125m，墩墻高44m，航槽寬18m，設(shè)計(jì)水頭34m，校核水頭39.4m，是目前世界上最大的預(yù)應(yīng)力混凝土塢式結(jié)構(gòu)。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論、材料制造及施工技術(shù)等方面都已經(jīng)歷了很大的發(fā)展，并且還在繼續(xù)向前發(fā)展。

在材料研究方面，主要向高強(qiáng)、高流動(dòng)性、自密實(shí)、輕質(zhì)、耐久及具備特異性能方向的混凝土發(fā)展。目前輕骨料混凝土自重可僅為14～18kN/m³，強(qiáng)度可達(dá)50N/mm²；強(qiáng)度為100～200N/mm²的高強(qiáng)混凝土已在工程上應(yīng)用。各種輕質(zhì)混凝土、綠色混凝土、纖維混凝土、聚合物混凝土、耐腐蝕混凝土、微膨脹混凝土，水下不分散混凝土以及品種繁多的外加劑在工程中的應(yīng)用和發(fā)展，已使大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和具備某種特殊性能的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建造成為現(xiàn)實(shí)。另外，有專家預(yù)計(jì)，到21世紀(jì)末纖維混凝土的抗拉與抗壓強(qiáng)度比可提高到1/2，并具有早強(qiáng)、收縮徐變小等特點(diǎn)，將使混凝土的性能得到極大地改善。

采用高強(qiáng)度的材料，是發(fā)展鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的重要途徑。目前我國建筑結(jié)構(gòu)安全度總體上低于歐美發(fā)達(dá)國家，但材料用量并沒有相應(yīng)降低。這是因?yàn)槲覈ㄖこ躺喜捎玫匿摻詈突炷疗骄鶑?qiáng)度等級(jí)，就全國而言，均低于歐美發(fā)達(dá)國家。歐美發(fā)達(dá)國家較高的安全度是建立在較高強(qiáng)度材料的基礎(chǔ)上的，而我國較低的安全度是由于采用的材料強(qiáng)度偏低。為此，用于工業(yè)與民用建筑的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范已將混凝土的最高強(qiáng)度等級(jí)由C60提高到C80，對(duì)普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)先推廣強(qiáng)度為400N/mm²級(jí)的鋼筋，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)則優(yōu)先推廣高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線。

在計(jì)算理論方面，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了容許應(yīng)力法、破壞階段法和極限狀態(tài)法三個(gè)階段。目前國內(nèi)大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范已采用基于概率理論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析的可靠度理論，它以可靠指標(biāo)度量結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度，采用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)，使極限狀態(tài)計(jì)算體系在理論上向更完善、更科學(xué)的方向發(fā)展。但由于水利水電工程中大多數(shù)荷載還無法得出可靠的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，因而也有學(xué)者與工程設(shè)計(jì)人員認(rèn)為，目前在水利水電工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用可靠度理論尚不夠成熟。

混凝土的強(qiáng)度理論、鋼筋混凝土非線性有限單元法和極限分析的計(jì)算理論等方面也有很大進(jìn)展。有限單元法和現(xiàn)代測試技術(shù)的應(yīng)用，使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法正在向更高的階段發(fā)展。

在結(jié)構(gòu)和施工方面，隨著預(yù)拌混凝土（或稱商品混凝土）、泵送混凝土及滑模施工新技術(shù)的應(yīng)用，已顯示出它們?cè)诒ＷC混凝土質(zhì)量、節(jié)約原材料和能源、實(shí)現(xiàn)文明施工等方面的優(yōu)越性，所以我國目前工業(yè)與民用建筑中廣泛采用現(xiàn)澆整體式結(jié)構(gòu)。采用預(yù)先在模板內(nèi)填實(shí)粗骨料，再將水泥漿用壓力灌入粗骨料空隙中形成的壓漿混凝土，以及用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)（如水工大壩、大型基礎(chǔ)）、公路路面與廠房地面的碾壓混凝土，它們的澆筑過程都采用機(jī)械化施工，澆筑工期可大為縮短，并能節(jié)約大量材料，從而獲得經(jīng)濟(jì)效益。值得注意的是，近年來鋼-混組合結(jié)構(gòu)、外包鋼混凝土結(jié)構(gòu)及鋼管混凝土等結(jié)構(gòu)已在工程中推廣應(yīng)用。這些組合結(jié)構(gòu)具有充分利用材料強(qiáng)度、較好的適應(yīng)變形能力（延性）、施工較簡單等特點(diǎn)。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，橫向張拉技術(shù)是一種值得推廣的施工方法，它既不需要錨具，也不需要灌漿。另外，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土不需要后續(xù)灌漿，避免了后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)灌漿不密實(shí)的問題，從而可保證質(zhì)量，也是值得推廣的技術(shù)。