時(shí)間：2022-12-13 00:50:48
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇鋼管混凝土柱論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
課題來源、選題依據(jù)和背景情況、課題研究目的、工程應(yīng)用價(jià)值
課題來源：
研究人從事煉鋼廠房，連鑄廠房以及與鋼鐵行業(yè)相關(guān)的工藝平臺(tái)，管道支架等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常遇見采用格構(gòu)式鋼管混凝土柱的工程；而一方面行業(yè)內(nèi)對鋼結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)有防火要求，另一方面鋼鐵廠相比其他工業(yè)廠房更容易發(fā)生火災(zāi)，因此本研究擬以格構(gòu)式鋼管混凝土柱升溫與降溫受火性能研究為方向，考察破壞形態(tài)及其受火極限狀態(tài)。
選題依據(jù)和背景情況：
鋼管混凝土作為一種新型的組合結(jié)構(gòu)，是在鋼管內(nèi)部填加混凝土材料而構(gòu)成一種新型的構(gòu)件。鋼管混凝土一般簡寫為 CFST（concrete filled steel tubular），其橫截面的布置各有不同，按照形狀可以分為圓鋼管、矩形鋼管、和多邊形鋼管混凝土。 鋼管混凝土構(gòu)件中的兩種組成材料在外荷載作用下發(fā)生相互作用，其中最主要的作用為鋼管內(nèi)部核心的混凝土受到來自外圍鋼管的套箍作用，而處于三向應(yīng)力狀態(tài)，使混凝土的強(qiáng)度、塑性等力學(xué)性能得到了提高。同時(shí)，混凝土的存在，又可避免或延緩鋼管容易發(fā)生局部屈曲的特性，從而能夠發(fā)揮鋼材的材料強(qiáng)度。鋼管混凝土構(gòu)件具有比鋼管和混凝土簡單疊加后更高的抗壓能力以及良好的塑性、韌性和抗震性能。 此外，鋼管混凝土還有延性好，抗壓強(qiáng)度高，比鋼結(jié)構(gòu)具有更好的抗火性能和更好的抗震性能。在施工中，外套鋼管可起到模板的作用，便于直接澆筑混凝土，加快施工進(jìn)度。綜上所述，鋼管混凝土構(gòu)件中鋼管和混凝土取長補(bǔ)短，使鋼管混凝土構(gòu)件具有強(qiáng)度高、耐疲勞、抗沖擊、延性好、抗震、抗火和便于施工等良好性能
二、文獻(xiàn)綜述
參考文獻(xiàn)：
1. 鐘善桐. 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M]. 清華大學(xué)出版社有限公司, 2019.
2. 蔡紹懷. 現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M]. 人民交通出版社, 2019.
3. 歐智菁, 陳寶春. 鋼管混凝土格構(gòu)柱偏心受壓面內(nèi)極限承載力分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2019, 27(4): 80-83.
4. 廖彥波. 鋼管混凝土格構(gòu)柱軸壓性能的試驗(yàn)研究與分析[D]. 清華大學(xué), 2019.
5. 蔣麗忠, 周旺保, 伍震宇, 等. 四肢鋼管混凝土格構(gòu)柱極限承載力的試驗(yàn)研究與理論分析[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2019 (9): 55-62.
6. 陳寶春, 歐智菁. 鋼管混凝土格構(gòu)柱極限承載力計(jì)算方法研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2019, 41(1): 55-63.
7. 周文亮. 鋼管混凝土格構(gòu)式柱受力性能研究[D]. 西安科技大學(xué), 2019.
8. Engesser F. Die knickfestigkeitgeraderstbe[M]. W. Ernst &Sohn, 1891.
9. Duan L, Reno M, Uang C. Effect of compound buckling on compression strength of built-up members[J]. Engineering Journal, 2019, 39(1): 30-37.
10. Razdolsky A G. Euler critical force calculation for laced columns[J]. Journal of engineering mechanics, 2019, 131(10): 997-1003.
11. Razdolsky A G. Flexural buckling of laced column with crosswise lattice[J]. Proceedings of the ICE-Engineering and Computational Mechanics, 2019, 161(2): 69-76.
12. Razdolsky A G. Flexural buckling of laced column with serpentine lattice[J]. The IES Journal Part A: Civil & Structural Engineering, 2019, 3(1): 38-49.
13. Kawano A, Matsui C. Cyclic local buckling and fracture of concrete filled tubular members[C]//Proceedings of an Engineering Foundation Conference on Composite Construction in Steel and Concrete IV, ASCE. 2019, 28.
14. Kawano A, Sakino K. Seismic resistance of CFT trusses[J]. Engineering structures, 2019, 25(5): 607-619.
15. Kawano A, Sakino K, Kuma K, et al. Seismic resistant system of multi-story frames using concrete-filled tubular trusses[J]. Int Society of Offshore and Polar Engineers. Cupertino, CA, 2019: 95015-0189.
16. Kawano A, Matsui C. The deformation capacity of trusses with concrete filled tubular chords[C]//Proceedings of an Engineering Foundation Conference on Composite Construction in Steel and Concrete IV, ASCE. 2019, 28.
17. Klingsch W. New developments in fire resistance of hollow section structures[C]//Symposium on hollow structural sections in building construction. 1985.
18. Klingsch W. Optimization of cross sections of steel composite columns[C]//Proc. of the Third International Conference on Steel-Concrete Composite Structures, Special Volume, ASCCS, Fukuoka. 1991: 99-105.
19. Lie T T, Cowan H J. Fire and buildings[M]. Applied Science Publishers Limited, 1972.
20. Lie T T, Chabot M. Experimental studies on the fire resistance of hollow steel columns filled with plain concrete[J]. 1992.
21. Lie T T, Stringer D C. Calculation of the fire resistance of steel hollow structural section columns filled with plain concrete[J]. Canadian Journal of Civil Engineering, 1994, 21(3): 382-385.
22. Lie T T, Chabot M. Evaluation of the fire resistance of compression members using mathematical models[J]. Fire safety journal, 1993, 20(2): 135-149.
23. Kodur V K R. Performance-based fire resistance design of concrete-filled steel columns[J]. Journal of Constructional Steel Research, 1999, 51(1): 21-36.
24. Wang Y C, Davies J M. An experimental study of the fire performance of non-sway loaded concrete-filled steel tubular column assemblies with extended end plate connections[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2019, 59(7): 819-838.
25. Ding J, Wang Y C. Realistic modelling of thermal and structural behaviour of unprotected concrete filled tubular columns in fire[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2019, 64(10): 1086-1102.
26. Hong S, Varma A H. Analytical modeling of the standard fire behavior of loaded CFT columns[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2019, 65(1): 54-69.
27. 鐘善桐. 鋼管混凝土耐火性能研究的幾個(gè)問題和方法[J]. 中國鋼協(xié)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)第六次年會(huì)論文集 (上冊), 1997.
28. 賀軍利, 鐘善桐. 鋼管混凝土柱耐火全過程分析[J]. 中國鋼協(xié)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)第六次年會(huì)論文集 (上冊), 1997.
29. 鐘善桐. 第六章鋼管混凝土的防火[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 1999 (7): 55-57.
30. 查曉雄, 鐘善桐. Behaviour of concrete filled steel tubular columns under fire[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 9(3).
31. 李易, 查曉雄, 王靖濤. 端部約束對鋼管混凝土柱抗火性能的影響[J]. 中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)分會(huì)第十次年會(huì)論文集, 2019.
32. 徐超, 張耀春. 四面受火方形薄壁鋼管混凝土軸心受壓短柱抗火性能的分析[J]. 中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)分會(huì)第十次年會(huì)論文集, 2019.
33. 王衛(wèi)華, 陶忠. 鋼管混凝土平面框架溫度場有限元分析[J]. 工業(yè)建筑, 2019, 37(12): 39-43.
34. 王衛(wèi)華, 陶忠. 鋼管混凝土柱-鋼筋混凝土梁框架結(jié)構(gòu)溫度場試驗(yàn)研究[J]. 工業(yè)建筑, 2019 (4): 18-21.
三、研究內(nèi)容
四、研究基礎(chǔ)
1．所需工程技術(shù)、研究條件
本科碩士階段所學(xué)習(xí)的課程：鋼結(jié)構(gòu)基本原理與設(shè)計(jì)、組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)、
有限單元法。
【關(guān)鍵詞】區(qū)域約束混凝土 抗震性能 延性 結(jié)構(gòu) 應(yīng)用
中圖分類號(hào)： TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：
1.引言
鋼筋混凝土是在19世紀(jì)中葉開始得到應(yīng)用的，由于水泥和混凝土剛剛問世，同時(shí)設(shè)計(jì)計(jì)算理論尚未建立,所以發(fā)展比較緩慢。19世紀(jì)末,隨著生產(chǎn)的發(fā)展,以及試驗(yàn)工作的開展、計(jì)算理論的研究、材料及施工技術(shù)的改進(jìn)，鋼筋混凝土在以后的兩百年得到了飛速發(fā)展，各種形式的約束混凝土結(jié)構(gòu)隨之出現(xiàn)。人們對約束混凝土的研究始于20世紀(jì)30年代，并逐漸形成了鋼管混凝土、碳纖維約束混凝土、鋼筋約束混凝土三大體系。其中，鋼筋約束混凝土的應(yīng)用和研究最為廣泛。曹新明教授提出了區(qū)域約束的概念[1]，以往的研究均是將構(gòu)件截面作為整體進(jìn)行約束，而且強(qiáng)調(diào)橫向箍筋對混凝土的約束作用，其實(shí)約束混凝土中縱向鋼筋與橫向箍筋有著同等重要的作用；再者，盡管約束可以提高混凝土的強(qiáng)度和延性，但是構(gòu)件在受力時(shí)并非所有的地方都需要有強(qiáng)約束，有效而經(jīng)濟(jì)的做法應(yīng)該是在需要的地方施加有效約束。區(qū)域約束混凝土概念的提出，突破了傳統(tǒng)思維模式，以一個(gè)全新的視角考察鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中各個(gè)組成成分的功能，通過調(diào)整縱向鋼筋及橫向箍筋的布置方式，改變了混凝土、縱向鋼筋及箍筋的受力機(jī)理，并將區(qū)域約束與整體約束有機(jī)地結(jié)合，使鋼筋與混凝土的結(jié)合更為緊密，充分發(fā)揮了各個(gè)組成部分的性能。
2.關(guān)于約束混凝土
（1）約束混凝土結(jié)構(gòu)約束機(jī)理[1]
對于約束混凝土構(gòu)件，在混凝土受壓時(shí),由于側(cè)向壓力的約束，限制內(nèi)部微裂縫的發(fā)展，能極大地提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。工程上運(yùn)用這一現(xiàn)象，把以受軸心壓力為主的柱子做成鋼管混凝土柱（鋼板焊接成為筒狀或直接用大直徑鋼管，內(nèi)澆注混凝土）、側(cè)向密排配置螺旋形或者環(huán)形箍筋柱。在混凝土構(gòu)件受到軸心壓力過程中，混凝土發(fā)生與軸壓力相互垂直的橫向變形，內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，此時(shí)的鋼管或者密排環(huán)狀箍筋就發(fā)生作用，向混凝土提供徑向反作用力，緊緊地約束了混凝土的橫向變形，從而限制內(nèi)部微裂縫的發(fā)展，以達(dá)到提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和延性（發(fā)揮混凝土的塑性性能，得到良好的變形效果），我們通常稱鋼筋對混凝土的這種約束效果為有效約束：如矩形截面柱，普通配筋情況下的鋼筋對混凝土的約束機(jī)理如圖1所示。把箍筋與縱筋的連接點(diǎn)視為不動(dòng)點(diǎn)，則虛線范圍內(nèi)為有效約束區(qū)域（拱作用）
圖1矩形截面柱約束機(jī)理示意圖
縱筋則可視為同時(shí)受軸向壓力及彎矩的連續(xù)梁，共同為核心混凝土提供約束。當(dāng)鋼筋（縱筋及箍筋）配置達(dá)到一定水平后，可以有效提高核芯混凝土的強(qiáng)度及延性。
（2）區(qū)域約束混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
傳統(tǒng)約束與區(qū)域約束：
傳統(tǒng)矩形截面鋼筋約束混凝土柱的箍筋形式主要有螺旋箍、井字箍、復(fù)合箍（圖2）等，它們都是將整個(gè)截面進(jìn)行約束，并在截面中心形成約束最強(qiáng)的約束核心。其縱筋主要分布在柱截面四邊，當(dāng)然這對柱體抗彎是很有效的。
圖2 傳統(tǒng)箍筋形式
區(qū)域約束混凝土旨在在最需要的地方設(shè)置約束鋼筋。將約束鋼筋集中布置在受壓或剪壓區(qū)，以便更有效提高該區(qū)域混凝土的強(qiáng)度及延性；并且以合理的方式布置約束鋼筋。有效的約束是由混凝土、縱向鋼筋及橫向箍筋共同實(shí)現(xiàn)的，縱向鋼筋的配置、橫向箍筋的形態(tài)及配箍率、鋼筋的強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度的比值都影響到約束的效果，因此，需要有合理的配置（圖3）。
圖3 區(qū)域約束箍筋形式
區(qū)域約束混凝土受力特點(diǎn)：
a.區(qū)域約束混凝土結(jié)構(gòu)承載能力、強(qiáng)度比普通混凝土均有所提高，提高的幅度根據(jù)約束程度而定（圖4）；
b.同等強(qiáng)度下，可以減小構(gòu)件截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，從而獲得更多的使用空間；由于截面減小，結(jié)構(gòu)耗能略有降低，但是延性性能大幅度提高，更有利于結(jié)構(gòu)抗震；
圖4混凝土抗壓強(qiáng)度與應(yīng)變關(guān)系圖
c.隨著軸壓比的提高，區(qū)域約束混凝土試件的剛度的提高略低于普通約束混凝土試件，這就使得區(qū)域約束混凝土構(gòu)件在地震中耗能有所降低，安全儲(chǔ)備相應(yīng)提高；
d.在工程設(shè)計(jì)中，區(qū)域約束軸壓比限值在滿足配箍率的前提下，對于矩形截面柱可以比規(guī)范取值提高1.1倍，對于圓形截面柱可以比規(guī)范取值提高1.2倍[2] [3]。
3.區(qū)域約束混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用
區(qū)域約束混凝土定性描述了混凝土結(jié)構(gòu)中各個(gè)組成成分的工作性能，箍筋的強(qiáng)度、混凝土的延性都得到了充分發(fā)揮，鋼筋與混凝土的粘滯性及混凝土間的咬合力得到了實(shí)質(zhì)改善，提高結(jié)構(gòu)的承載力的同時(shí)不降低安全度。區(qū)域約束混凝土有了很強(qiáng)的耗能能力，可以大幅度地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。因此當(dāng)它用作多層及高層建筑中的柱子時(shí)，不僅可以減小柱子的截面尺寸，還可以擴(kuò)大建筑的使用空間。并且在建筑上一改“肥梁、肥柱”的舊結(jié)構(gòu)形式，使建筑更加美觀，由于柱子截面的減小，必然會(huì)增加建筑的使用空間，減輕柱子自重，減少混凝土用量。這樣將帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益與綜合效益。此外，區(qū)域約束混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單、施工方便，與傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)相比，區(qū)域約束混凝土有著同樣簡單的構(gòu)造形式，采用同樣的施工方法，因此極易為施工單位所接受，便于推廣使用。
當(dāng)前建筑業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，約束混凝土結(jié)構(gòu)在我國的發(fā)展十分迅速。合理地利用約束混凝土結(jié)構(gòu)，可明顯提高混凝土的承載能力，充分發(fā)揮材料的使用效率，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都具有很大的優(yōu)越性。基于上述優(yōu)勢，區(qū)域約束混凝土構(gòu)件可以應(yīng)用于橋梁工程、高層與超高層建筑，工程中應(yīng)用于受拉、受壓、受彎、受扭等梁柱構(gòu)件，以及一些大體積鋼筋混凝土構(gòu)件，如大壩、橋墩、承臺(tái)等，可以充分減輕結(jié)構(gòu)自重，增加使用空間。
約束混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑最重要的結(jié)構(gòu)形式之一，具有節(jié)約材料和勞動(dòng)力，提高施工工效，加快施工進(jìn)度，提高建筑工程的產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)勢。從環(huán)保和節(jié)能的角度講，應(yīng)用區(qū)域約束混凝土技術(shù)，可以減少環(huán)境污染，取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。在當(dāng)前狠抓工程質(zhì)量，加強(qiáng)設(shè)計(jì)施工管理的情況下，應(yīng)用區(qū)域約束混凝土技術(shù)，不僅改善了構(gòu)件的受力性能，降低結(jié)構(gòu)的總體造價(jià)，能夠滿足現(xiàn)代工程施工質(zhì)量和效率的要求。相信在本世紀(jì)的初，我國工程建設(shè)必將出現(xiàn)嶄新的氣象。
4.結(jié)語
區(qū)域約束混凝土結(jié)構(gòu)是針對工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高層、超高層鋼筋混凝土以及大跨結(jié)構(gòu)中遇到的軸壓比超限問題，在約束混凝土基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，能有效實(shí)現(xiàn)滿足建筑、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)、安全之間合理協(xié)調(diào)的新型結(jié)構(gòu)。
鋼筋混凝土抗震設(shè)計(jì)中，經(jīng)濟(jì)而有效的方法是提高結(jié)構(gòu)及構(gòu)件吸收地震能量的能力，利用結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形能力來耗散地震能量。對區(qū)域約束混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能和設(shè)計(jì)方法的研究還有待于進(jìn)一步深入。
參考文獻(xiàn)
【1】曹新明，楊力列，陳宗強(qiáng)，曹鵬程，朱國良.約束混凝土與區(qū)域約束混凝土[D].2005-09
【2】龐新賓，區(qū)域約束混凝土柱往復(fù)荷載作用下軸壓比限值研究[D]. 碩士學(xué)位論文, 2011-06
【3】陸秋旋，葉國祥，鄔曉. 復(fù)合矩形螺旋箍筋對短柱軸壓比限值的影響[J].廣東土木與建筑.2003(2): P29-30.
論文摘要：本文是結(jié)合作者多年的工作經(jīng)驗(yàn)以及具體工作實(shí)例，主要介紹了清水混凝土的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、常見的質(zhì)量缺陷及其監(jiān)控對策．并重點(diǎn)闡述從模板體系的設(shè)計(jì)、制作、安裝到混凝土原材料選用、配合比設(shè)計(jì)、混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)和表面缺陷修補(bǔ)全過程所采取的措施等相關(guān)問題作出了相應(yīng)的闡述和分析。僅供參考。
所謂清水混凝土系一次成型混凝土，通常在橋梁工程中的應(yīng)用比較廣泛，但直接應(yīng)用于房屋民用建筑工程的比較少。
清水混凝土結(jié)構(gòu)有著諸多優(yōu)點(diǎn)，如：省去了裝飾階段的二次抹灰工序，避免了大面積抹灰空鼓、天棚脫落(經(jīng)常有這樣相關(guān)報(bào)道)等通病，材料節(jié)約、經(jīng)濟(jì)環(huán)保．施工質(zhì)量效果好，符合提倡建立資源節(jié)約型社會(huì)理念，成為建筑節(jié)能市場上的亮點(diǎn)。
1 工程實(shí)例概況
某大廈為兩座現(xiàn)代化高層辦公建筑，總建筑面積42276.2m2，地下2層，地上19層，總高度79.8m，主體為框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)。
整體質(zhì)量達(dá)到優(yōu)質(zhì)工程標(biāo)準(zhǔn)。要求所有結(jié)構(gòu)成型為清水混凝土，對模板設(shè)計(jì)和混凝土施工要求高。
2 清水混凝土質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
目前國內(nèi)尚無統(tǒng)一的清水混凝土質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范，在普通結(jié)構(gòu)混凝土驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，形成如下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：
軸線通直、尺寸準(zhǔn)確；棱角方正、線條順直；表面平整、清潔、色澤一致；表面無明顯氣泡，無砂帶和黑斑；表面無蜂窩、麻面、裂紋和露筋現(xiàn)象；模板接縫、對拉螺栓和施工縫留設(shè)有規(guī)律性；模板接縫與施工縫處無掛漿、漏漿。
3 混凝土常見質(zhì)量缺陷
為做好施工預(yù)控工作，必須認(rèn)真分析清水混凝土面層可能出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷和產(chǎn)生的原因．從而采取有效措施避免發(fā)生上述缺陷。
清水混凝土表面缺陷主要為表面平整度、軸線位置不滿設(shè)計(jì)要求、表面蜂窩、麻面、有氣泡密集區(qū)，表面缺損，非受力鋼筋露筋。小孔洞、單個(gè)氣泡等；混凝土內(nèi)部缺陷主要指混凝土澆筑過程中，混凝土振搗質(zhì)量差，造成混凝土內(nèi)部架空和孔隙率偏大的缺陷，內(nèi)部缺陷應(yīng)在混凝土澆筑過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)清除。
4 模板工程控制
4.1方案審查要點(diǎn)
(1)清水混凝土施工用的模板必須具有足夠的剛度。在混凝土側(cè)壓力作用下不允許有一點(diǎn)變形，以保證結(jié)構(gòu)物的幾何尺寸均勻、斷面的一致，防止?jié){體流失；
(2)選用的模板材料要有很高要求，表面平整光潔，強(qiáng)度高、耐腐蝕，并具有一定的吸水性；
(3)對模板的接縫和固定模板的螺栓等，則要求接縫嚴(yán)密，不允許漏漿；
(4)模板設(shè)計(jì)要充分考慮在拼裝和拆除方面的方便性．支撐的牢固性和簡便性，并保持較好的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及整體拼裝后的平整度；
(5)根據(jù)構(gòu)件的規(guī)格和形狀，建議配制定型模板，以便周轉(zhuǎn)施工所需；
(6)模板制作時(shí)應(yīng)保證幾何尺寸精確，拼縫嚴(yán)密，材質(zhì)一致，模板面板拼縫高差、寬度應(yīng)≤1mm，模板間接縫高差、寬度≤2mm；模板接縫處理要嚴(yán)密，建議模板內(nèi)板縫用油膏批嵌外側(cè)用硅膠或發(fā)泡劑封閉，以防漏漿，模板脫模劑應(yīng)采用吸水率適中的無色的輕機(jī)油；
(7)嚴(yán)格控制模板周轉(zhuǎn)次數(shù)，周轉(zhuǎn)3次后應(yīng)進(jìn)行全面檢修并拋光打磨。
4.2模板工程方案選擇
為實(shí)現(xiàn)清水混凝土的目標(biāo)，初步模板體系確定為鋼木組合大模板。
根據(jù)本工程的特點(diǎn)及公司的施工經(jīng)驗(yàn)，地下室及裙房選擇竹膠板木楞骨模板體系，采用12mm厚1220mm×2440mm竹膠板作為面板，50mm×100mm方木及48mm鋼管為楞骨，48mm鋼管、自制蝴蝶夾、14mm對拉螺栓作為加固系統(tǒng)；標(biāo)準(zhǔn)層剪力墻、柱采用鋼木組合大模板(12mm厚竹膠板作為面板、6號(hào)槽鋼為輔龍骨、10號(hào)槽鋼為主背料)，剪力墻采用16的高強(qiáng)全絲螺桿為加固系統(tǒng)。
梁、板模板同地下室，以48mm鋼管搭設(shè)的整體扣件式滿堂腳手架作為墻柱的水平支撐及梁、板的垂直支撐系統(tǒng)。
4.3柱模板支設(shè)要點(diǎn)對±0.00以下混凝土柱模通用性、互換性較差。
采用12mm厚高強(qiáng)度覆膜竹膠板作面板，50mm×100mm方木作楞木兼拼口木，以48mm鋼管作為柱箍，柱截面尺寸≥700mm時(shí)，增加對拉螺栓拉結(jié)加固。±0.00以上混凝土柱模通用性、互換性較好，采用定制可調(diào)截面鋼大模支設(shè)。
①截面尺寸≤650mm的柱采用雙管柱箍中間加設(shè)坡口木楔緊固，柱高3m以下范圍內(nèi)柱箍的間距≤400mm，柱高3m以上范圍內(nèi)柱箍的間距≤500mm。
②截面尺寸≥700m的柱，采用腳手管作柱箍緊固，柱高3m以下范圍內(nèi)柱箍的間距≤400mm，柱高3m以上范圍內(nèi)柱箍的間距≤500mm，在枝中加設(shè)＋14mm(外套＋25mmpvc管)對拉螺栓，柱外側(cè)四角雙向均加設(shè)保險(xiǎn)扣件，對拉螺栓布置間距同柱箍。
5 混凝土施工全過程控制
5.1原材料、配合比控制要點(diǎn)
新拌混凝土必須具有極好的工作性和黏聚性，絕對不允許出現(xiàn)分層離析的現(xiàn)象；原材料產(chǎn)地必須統(tǒng)一，砂、石的色澤和顆粒級(jí)配均勻。
在材料和澆筑方法允許的條件下，應(yīng)采用盡可能低的坍落度和水灰比，本工程采用泵送商品混凝土，控制坍落度為(150±10)mm，盡量減少泌水的可能性。
同時(shí)控制混凝土含氣量不超過1.7％，初凝時(shí)間不超過6h-8h。
重點(diǎn)審核商品混凝土廠家制定清水混凝土原材料、配合比生產(chǎn)方案，生產(chǎn)過程中檢查嚴(yán)格按試驗(yàn)確定的配合比投料，不得帶任何隨意性，并嚴(yán)格控制水灰比和攪拌時(shí)間，隨氣候變化隨時(shí)抽驗(yàn)砂子、碎石的含水率，及時(shí)調(diào)整用水量。
5.2清水混凝土澆筑控制要點(diǎn)
檢查落實(shí)施工技術(shù)保證措施、現(xiàn)場組織措施，嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)定；合理調(diào)度攪拌輸送車送料時(shí)間。逐車測量混凝土的坍落度；嚴(yán)格控制每次下料的高度和厚度，保證分層厚度不30cm；振搗方法要求正確，不得漏振和過振；可采用二次振搗法，以減少表面氣泡，即第一次在混凝土澆筑時(shí)振搗，第二次待混凝土靜置一段時(shí)間再振搗，而頂層一般在0.5h后進(jìn)行第二次振搗；嚴(yán)格控制振搗時(shí)間和振搗棒插入下一層混凝土的深度，保證深度在5cm-10em，振搗時(shí)間以混凝土翻漿不再下沉和表面無氣泡泛起為止，一般為5min-10min左右。
5.3清水混凝土養(yǎng)護(hù)控制要點(diǎn)
為避免形成清水混凝土表面色差，減少表面因失水而出現(xiàn)微裂縫，影響外觀質(zhì)量和耐久性，抓好混凝土早期硬化期間的養(yǎng)護(hù)十分重要。
現(xiàn)場要求清水混凝土構(gòu)筑物的側(cè)模在48h后拆除，模板拆除后其表面養(yǎng)護(hù)的遮蓋物不得直接用草墊或草包鋪蓋。以免造成永久性黃顏色污染，應(yīng)采用塑料薄膜嚴(yán)密覆蓋養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。
6 結(jié)語
此大廈清水混凝土主體工程，經(jīng)過細(xì)致周密的方案設(shè)計(jì)，全過程施工質(zhì)量控制，清水混凝土結(jié)構(gòu)施工一次成型，陰陽角方正、順直，棱角挺拔，分格縫寬窄深淺一致、邊線順直，裝飾圖規(guī)整，墻體表面平整光滑，色澤均勻一致，主體工程被評(píng)為優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)，為今后類似的清水混凝土結(jié)構(gòu)施工積累了較成熟的經(jīng)驗(yàn)。
綜上所述，清水混凝土結(jié)構(gòu)施工技術(shù)在民用建筑工程中得到了很好的應(yīng)用，并得到了使用方的認(rèn)可。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】水電站工程主廠房設(shè)計(jì)排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 水電站設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：K826.16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
一．引言。
我國是世界上河流資源眾多的國家之一，有著較為豐富的內(nèi)河、內(nèi)江資源。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在河流和江河上開展的水利工程建設(shè)也越來越多。水利工程中的水電站建設(shè)一直是工程施工的重點(diǎn)控制內(nèi)容，由于水電站主廠房需要放置發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)等發(fā)電相關(guān)設(shè)備，同時(shí)，主廠房結(jié)構(gòu)又多為單層建筑結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)多采用排架結(jié)構(gòu)。排架結(jié)構(gòu)在自身的平面內(nèi)具有較強(qiáng)的承載能力和較好的鋼度，但由于各排架間的承載能力較為軟弱，在水利工程中，無論是在設(shè)計(jì)階段還是施工階段，都要引起高度重視。
二．水電站主廠房的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)。
1.水電站廠房的結(jié)構(gòu)組成以及相關(guān)用途。
（1）水電站主廠房的上部結(jié)構(gòu)：屋頂、排架柱、吊車梁、發(fā)電機(jī)層和安裝間樓板、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等，通常為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
屋頂部分有層面板和屋架或是屋面大梁組成，屋面板的作用為遮風(fēng)避雨，隔熱隔陽，屋面層部分包括隔熱層、防水層、保護(hù)層以及預(yù)制鋼筋混凝土大型屋面板。
排架柱是用來承受屋架、吊車梁、屋面大梁和外墻所傳遞的荷載，以及排架柱本身的重量，同時(shí)這些荷載通過排架柱傳給房下部結(jié)構(gòu)中的大體積混凝土。
吊車梁是起吊部件在制動(dòng)過程中操作的移動(dòng)集中垂直荷載，或者是承載吊車荷載，在吊車起重部件的時(shí)候，將啟動(dòng)和制動(dòng)過程中產(chǎn)生的橫向和縱向水平荷載，傳給排架柱。
發(fā)電機(jī)層樓板需要承載自重、人的活荷載、機(jī)電設(shè)備靜荷載；安裝間的樓板承受安裝機(jī)組或機(jī)組檢修時(shí)的荷載和自重。
由外墻、抗風(fēng)柱、圈梁以及聯(lián)系梁等組成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，能承受風(fēng)荷載，同時(shí)承載梁上磚墻傳下的自重和荷載，將荷載傳給壁柱或排架柱。
（2）水電廠主廠房的下部結(jié)構(gòu)。
水電站主廠房的下部結(jié)構(gòu)包括：發(fā)電機(jī)機(jī)墩、蝸殼及固定導(dǎo)葉、尾水管等，下部結(jié)構(gòu)一般為大體積水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
發(fā)電機(jī)機(jī)墩承載著發(fā)電機(jī)的自重、水輪機(jī)軸向水壓力和機(jī)墩自身重量，并將自重力量傳遞給蝸殼混凝土和座環(huán)。
蝸殼和固定導(dǎo)葉是將機(jī)墩傳遞下來的荷載傳到尾水管上。尾水管將水輪機(jī)座環(huán)傳遞過來的荷載，通過尾水管的框架結(jié)構(gòu)傳到基礎(chǔ)上。
三.水電站的主廠房架構(gòu)設(shè)計(jì)。
1.選擇立柱截面形式。
在水電站的主廠房中，其結(jié)構(gòu)立柱一般都是采用矩形截面，尤其是在吊車的起重能力超過10噸以上時(shí)，下柱的截面高度不應(yīng)小于下柱高度的1/12，截面的寬度應(yīng)不小于下柱高度的1/25。立柱高度根據(jù)廠房頂梁定的高程與發(fā)電機(jī)層地面的高程差來確定。在一般情況下，水電站的主廠房排架柱的截面尺寸基本上都比較大，這是為了滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定的要求。柱截面的選擇要能滿足頂端的橫向位移的控制要求。
2.廠房屋面板荷載計(jì)算以及型號(hào)選擇。
發(fā)電站的主廠房一般選擇安全等級(jí)為二級(jí)以上的大型屋面板，屋面板無懸掛荷載，其抗震設(shè)計(jì)的強(qiáng)度為6度。由于屋面的活荷載與雪荷載部同時(shí)都存在，屋面具有較大的活荷載，因此要根據(jù)實(shí)際屋面的荷載設(shè)計(jì)，布置屋架的上、下弦支撐。
3.吊車梁設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)吊車梁的截面時(shí)，由于T形截面具有較大的鋼度，同時(shí)具有較好的抗扭性能，在固定軌道時(shí)較為方便，在進(jìn)行檢查時(shí)擁有較寬的走道，比較適合大、中型的吊車梁，因此一般在選擇吊車梁的截面時(shí)多采用T形截面。
4.確定控制截面和荷載作用中的內(nèi)力組合。
根據(jù)排架柱受力的特點(diǎn)，分別取牛腿處截面、上柱底面和下柱底面（采用室內(nèi)廠房地面的下0.5米處為下柱的柱底），為排架柱配筋計(jì)算的控制截面。在廠房橫向跨度較小、吊車的荷載受力不大時(shí)，也可以將柱底截面作為控制下柱的配筋，并且把柱底面的截面內(nèi)力值作為柱基設(shè)計(jì)的依據(jù)。如果水電站處于地震帶上，要在內(nèi)力計(jì)算和組合中，包含地震作用下的控制截面內(nèi)力。
5.排架內(nèi)力計(jì)算。
排架的內(nèi)力計(jì)算和內(nèi)力的組合采用手算極為復(fù)雜，因此在條件允許的情況下，盡量多采用電算方法。采用電算方法時(shí)，可使用由我國建筑科學(xué)研究院研發(fā)的CAD系統(tǒng)PMCBC平面結(jié)構(gòu)或PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)水電站的實(shí)際情況，結(jié)合在施工地區(qū)的地震作用的內(nèi)力計(jì)算和組合，編制計(jì)算程序。同時(shí)，依據(jù)各個(gè)截面的內(nèi)力，通過系統(tǒng)計(jì)算，確定柱的配筋。設(shè)置配筋時(shí)，為避免其他不確定因素造成影響，設(shè)計(jì)中盡量采用對稱配筋設(shè)計(jì)。
進(jìn)行排架設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)下部柱子的高度和牛腿的尺寸作為參考，來計(jì)算柱截面的尺寸。根據(jù)屋面的防水層、砂漿找平層、加氣混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板以及風(fēng)荷載、雪荷載等因素的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算屋面的恒荷載，了解屋面結(jié)構(gòu)承載能力。由于排架承載的荷載包括屋蓋的自重、屋面的雪荷載、活荷載、吊車的荷載、橫向風(fēng)荷載等，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)要采用各項(xiàng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，在此基礎(chǔ)之上，才能進(jìn)行內(nèi)力組合。
6.排架結(jié)構(gòu)注意事項(xiàng)。
（1）水電站采用鋼筋混凝土的單層排架結(jié)構(gòu)，一般不適合采用磚山墻承重，而應(yīng)該在廠房的兩端位置設(shè)置端排架。要在屋架和山墻頂部相對應(yīng)的高度位置上設(shè)置鋼筋混凝土臥梁，并要和屋架端頭上部高度處的圈梁保持連續(xù)的封閉。
（2）水電站的主廠房中設(shè)置有吊車時(shí)，排架柱的預(yù)埋件通常都較多，因此在進(jìn)行排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要將各個(gè)位置、尺寸、數(shù)目進(jìn)行仔細(xì)核對，避免在施工中由于位置錯(cuò)誤或尺寸偏差，造成屋面梁構(gòu)件、吊車梁等無法準(zhǔn)確安裝。
（3）在排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，要在柱外側(cè)沿著豎向位置每隔500mm的位置上留出2∮6鋼筋和外墻體的拉結(jié)。同時(shí)在外墻的圈梁上的對應(yīng)位置上，設(shè)置不超過∮12的拉結(jié)筋。在主廠房的電氣設(shè)計(jì)中，為保證生產(chǎn)照明，在柱上要設(shè)置照明燈具，燈具設(shè)置高度要以具體情況而定，以符合安全生產(chǎn)要求為度。在進(jìn)行柱的預(yù)制時(shí)，要做好電線管的預(yù)埋，以便于后期的電線施工。
（4）水電站的主廠房設(shè)計(jì)時(shí)，考慮在地震的作用下，廠房的角柱柱頭處于雙向地震的作用，同時(shí)抗震強(qiáng)度為角柱較強(qiáng)，而中間排架較弱，同時(shí)受到側(cè)向的變形約束和縱向壓彎作用，為了避免施工后由于地震作用，發(fā)生角柱頂部的開裂，造成端屋架塌落和柱頭折斷，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要提高主廠房中的角柱柱頭密箍筋的直徑。
（5）為了提高水電站單層廠房的抗震驗(yàn)算，要進(jìn)行橫向和縱向兩個(gè)方面的驗(yàn)算。一般來講，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能滿足規(guī)范和要求的條件下，七度時(shí)的一類、二類場地，在柱的高度低于10米，而且排架結(jié)構(gòu)的兩端具有墻支撐的單跨度廠房中，可以不進(jìn)行橫向和縱向截面的抗震驗(yàn)算。但為了提高水電站在施工完成后的服務(wù)年限，保障水電站的正常生產(chǎn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能要考慮抗震作用，有條件的盡量進(jìn)行橫向和縱向的抗震驗(yàn)算。
四．結(jié)束語
水電站的排架柱承載著結(jié)構(gòu)中的荷載，其控制截面的內(nèi)力和組合較難控制。本文就排架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡單分析，提出了一定的解決方法。由于水電站主廠房的排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、管理和控制都需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和專業(yè)的操作技能，因此，加強(qiáng)水電站施工建設(shè)，完善廠房的排架柱設(shè)計(jì)，有待大家的共同努力。
參考文獻(xiàn)：
[1] 劉少紅 水電站工程主廠房排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [期刊論文] 《科技資訊》2009年12期
[2] 巴哈爾古麗·里瓦依丁Bahaerguli · Liwayiding吉林臺(tái)一級(jí)水電站工程主廠房排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [期刊論文] 《西北水力發(fā)電》2007年2期
[3] 劉益民 寶雞峽林家村水電站主廠房排架柱加固設(shè)計(jì)與施工 [期刊論文] 《陜西水利》2009年6期
[4] 覃麗鈉 李明衛(wèi) 矩形鋼管混凝土柱在水電站廠房中的應(yīng)用 [期刊論文] 《貴州水力發(fā)電》2011年6期
關(guān)鍵詞:高層建筑;抗震;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);探討
中圖分類號(hào)：[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
1 高層建筑發(fā)展概況與存在問題
80年代,是我國高層建筑在設(shè)計(jì)計(jì)算及施工技術(shù)各方面迅速發(fā)展的階段。各大中城市普遍興建高度在100m左右或100m以上的以鋼筋為主的建筑,建筑層數(shù)和高度不斷增加,功能和類型越來越復(fù)雜,結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化。比較有代表性的高層建筑有上海錦江飯店,它是一座現(xiàn)代化的高級(jí)賓館,總高153.52m,全部采用框架一芯墻全鋼結(jié)構(gòu)體系,深圳發(fā)展中心大廈43層高165.3m,加上天線的高度共185.3m,這是我國第一幢大型高層鋼結(jié)構(gòu)建筑。進(jìn)入90年代我國高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)入了新的階段。不僅結(jié)構(gòu)體系及建筑材料出現(xiàn)多樣化而且在高度上長幅很大有一個(gè)飛躍。深圳于1995年6月封頂?shù)牡赝醮髲B,81層高,385.95m為鋼結(jié)構(gòu),它居目前世界建筑的第四位。
我國高層建筑的結(jié)構(gòu)材料一直以鋼筋混凝土為主。隨著設(shè)計(jì)思想的不斷更新,結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化,建筑平面布置與豎向體型也越來越復(fù)雜,出現(xiàn)了許多超高超限鋼筋混凝土建筑,這就給高層建筑的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)提出了更高的要求。尤其是在抗震設(shè)防地區(qū),如何準(zhǔn)確地對這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行抗震分析以及抗震設(shè)計(jì),已成為高層建筑研究領(lǐng)域的主要課題之一。
2 建筑抗震的理論分析
2.1 建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范
建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范實(shí)際上是各國建筑抗震經(jīng)驗(yàn)帶有權(quán)威性的總結(jié),是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計(jì)(包括結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算,結(jié)構(gòu)抗震措施以及地基抗震分析等主要內(nèi)容)的法定性文件它既反映了各個(gè)國家經(jīng)濟(jì)與建設(shè)的時(shí)代水平,又反映了各個(gè)國家的具體抗震實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。它雖然受抗震有關(guān)科學(xué)理論的引導(dǎo),向技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性的方向發(fā)展,但它更要有堅(jiān)定的工程實(shí)踐基礎(chǔ),把建筑工程的安全性放在首位,容不得半點(diǎn)冒險(xiǎn)和不實(shí)。正是基于這種認(rèn)識(shí),現(xiàn)代規(guī)范中的條文有的被列為強(qiáng)制性條文,有的條文中用了“嚴(yán)禁,不得,不許,不宜”等體現(xiàn)不同程度限制性和“必須,應(yīng)該,宜于,可以”等體現(xiàn)不同程度靈活性的用詞。
2.2高層建筑結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
設(shè)計(jì)階段的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析。高層建筑進(jìn)入初步設(shè)計(jì)階段后,首先按方案階段確定的結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算模型取自±0. 000至塔頂,假定樓板為平面內(nèi)剛度無限大,其地震反應(yīng)分析基本參數(shù)列于,以及可以看出,隨著樓層高度的增加,結(jié)構(gòu)X方向(縱向)自振周期及地震力基本正常,而結(jié)構(gòu)Y方向(橫向)自振周期偏長、結(jié)構(gòu)剛度偏低,對應(yīng)于水平地震作用的剪力較小,結(jié)構(gòu)的抗震能力偏弱,結(jié)構(gòu)偏于不安全。為增加Y方向(橫向)的抗側(cè)移剛度,提高其抗震能力,在現(xiàn)代高層建筑的設(shè)計(jì)中,可以在建筑核心筒的兩側(cè)增設(shè)四道剪力墻。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002)和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001),抗震設(shè)計(jì)時(shí),框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻的數(shù)量必須滿足一定要求,在地震作用時(shí)剪力墻作為第一道抗震防線必須承擔(dān)大部分的水平力。但這并不意味著框架部分可以設(shè)計(jì)得很弱,而是框架部分作為第二道防線必須具備一定的抗側(cè)力能力,在大震作用下第一道抗震防線剪力墻遭受破壞時(shí),整個(gè)結(jié)構(gòu)仍具備一定的抵抗能力,不至于立即破壞倒塌,這就需要在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí),對框架部分所承擔(dān)的剪力進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
3結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法探討。
3.1結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本步驟。
對建筑抗震的三個(gè)水準(zhǔn)設(shè)防要求,是通過“兩階段”設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的,其方法步驟如下:第一階段設(shè)計(jì):第一步采用與第一水準(zhǔn)烈度相應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù),先計(jì)算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng),與風(fēng)、重力荷載效應(yīng)組合,并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù),進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì),從而滿足第一水準(zhǔn)的強(qiáng)度要求;第二步是采用同一地震動(dòng)參數(shù)計(jì)算出結(jié)構(gòu)的層間位移角,使其不超過抗震規(guī)范所規(guī)定的限值;同時(shí)采用相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施,保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能,從而自動(dòng)滿足第二水準(zhǔn)的變形要求。第二階段設(shè)計(jì):采用與第三水準(zhǔn)相對應(yīng)的地震動(dòng)參數(shù),計(jì)算出結(jié)構(gòu)(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié))的彈塑性層間位移角,使之小于抗震規(guī)范的限值,并采用必要的抗震構(gòu)造措施,從而滿足第三水準(zhǔn)的防倒塌要求。
3.2結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法
3.2.1基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)
基礎(chǔ)是實(shí)現(xiàn)高層建筑安全性的重要條件。我國高層建筑通常采用鋼筋混凝土連續(xù)地基梁形式,在基礎(chǔ)梁的設(shè)計(jì)中,為充分發(fā)揮鋼筋的抗拉性和混凝土的抗壓性的復(fù)合效應(yīng),把設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在梁的高度和鋼筋的用量上,在鋼筋的布置上采用主筋、腹筋、肋筋、基礎(chǔ)筋、基礎(chǔ)輔筋5種鋼筋的結(jié)合。為防止基礎(chǔ)鋼筋的生銹,一方面采用耐酸化的混凝土,另一方面是增加鋼筋表面的保護(hù)層厚度,以抑止鋼筋的腐蝕。高層建筑基礎(chǔ)處理的另一個(gè)特色是鋼制基礎(chǔ)結(jié)合墊塊的應(yīng)用,它是高層建筑上部結(jié)構(gòu)柱與基礎(chǔ)相連的重要結(jié)構(gòu)部件。它的功能之一是使具有吸濕性的混凝土基礎(chǔ)和鋼制結(jié)構(gòu)柱及上部建筑相分離,有效防止結(jié)構(gòu)體的銹蝕,確保部件的耐久性。
3.2.2鋼結(jié)構(gòu)骨架的抗震設(shè)計(jì)
采用鋼框架結(jié)合點(diǎn)柱壁局部加厚技術(shù)來提高結(jié)構(gòu)抗震性能。一般鋼框架結(jié)構(gòu),梁和柱結(jié)合點(diǎn)通常是柱上加焊鋼制隅撐與梁端用螺栓緊固連接。在這種方式下,鋼柱必須在結(jié)合部被切斷,加焊隅撐后再結(jié)合,這樣做技術(shù)上的不穩(wěn)定性和材料品質(zhì)不齊全的可能性很大,而且遇到大地震,鋼柱結(jié)合部折斷的危險(xiǎn)性很大。鑒于此,可以首先該結(jié)構(gòu)的梁柱采用高密度鋼材,以發(fā)揮其高強(qiáng)抗震、抗拉和耐久性。柱壁增厚法避免斷柱形式,對二、三層的獨(dú)立住宅而言,結(jié)構(gòu)柱可以一貫到底,從而解決易折問題。與梁結(jié)合部柱壁達(dá)到兩倍厚,所采用的是高頻加熱引導(dǎo)增厚技術(shù)。在制造過程中品質(zhì)易下降的鋼管經(jīng)過加熱處理反而使材料本來所具有的拉伸強(qiáng)度得以恢復(fù)。對于地震時(shí)易產(chǎn)生的應(yīng)力集中,柱的增厚部位能發(fā)揮很大的阻抗能力,從而提高和強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)的抗震性。
3.2.3墻體的抗震設(shè)計(jì)
“三合一”外墻結(jié)構(gòu)體系,首先是由日本專家設(shè)計(jì)應(yīng)用的,采用外墻結(jié)構(gòu)柱與兩側(cè)外墻板鋼框架組合形成的“三合一”整體承重的結(jié)構(gòu)體系。該體系不僅僅用柱和梁來支撐高層建筑,而是利用墻體鋼框架與結(jié)構(gòu)柱結(jié)合,有效地承受來自垂直方向與水平方向的荷載。由于外墻板鋼框架的補(bǔ)強(qiáng)作用,該做法可以較好地發(fā)揮結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)值以外的補(bǔ)強(qiáng)承載力。加強(qiáng)了對豎向地震力及雪荷載的抵抗能力,最大限度地發(fā)揮其抗震優(yōu)勢;另一方面,由于外墻板鋼框架與內(nèi)部斜拉桿所構(gòu)成“面”承載與結(jié)構(gòu)柱的結(jié)合并用,也提高了整體抗側(cè)推力和抗變形能力。它的抗水平風(fēng)載和地震力的能力比單純墻體承重體系提高30%左右。
4增大結(jié)構(gòu)抗震能力的加固與改造技術(shù)
建國幾十年來，我國的抗震加固與改造技術(shù)得到了飛速發(fā)展。1976年唐山地震后，砌體結(jié)構(gòu)抗震加固的問題日益突出，砌體結(jié)構(gòu)抗震性能不好：砌體墻體抗震能力、變形性能的不足、房屋整體性不好。因此，增大墻體抗震性能的外包鋼筋混凝土面層、鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固技術(shù)及增大結(jié)構(gòu)整體性的壓力灌漿加固技術(shù)、增設(shè)圈梁(構(gòu)造柱)加固技術(shù)、拉結(jié)鋼筋加固技術(shù)；通過增設(shè)抗震墻來降低抗震能力薄弱構(gòu)件所承受地震作用的增設(shè)墻體技術(shù)等應(yīng)運(yùn)而生。目前該技術(shù)廣泛用于砌筑墻體的加固。
常見的混凝土柱加固技術(shù)有加大截面加固技術(shù)、外包鋼加固技術(shù)、預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)、改變傳力途徑加固技術(shù)、加強(qiáng)整體剛度加固技術(shù)、粘鋼加固技術(shù)以及碳纖維加固技術(shù)等。這些絕大部分都是經(jīng)過長期實(shí)踐檢驗(yàn)可靠性比較高的技術(shù)，已收入國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)》(cecs25—90)。此類技術(shù)不僅有比較充分的理論依據(jù)，規(guī)范還提供了詳細(xì)的計(jì)算公式。如混凝土柱的外包鋼法加固技術(shù)，開始階段的計(jì)算方法是分別計(jì)算混凝土柱和外包鋼，外包鋼按鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算：當(dāng)外包裝的綴板加密并出現(xiàn)濕式的施工方法時(shí)，其計(jì)算按整體構(gòu)件考慮；當(dāng)綴板施加。
5結(jié)語
高層建筑已經(jīng)逐漸成為當(dāng)前時(shí)代建筑發(fā)展的主流建筑形態(tài)之一,對于高層建筑,其抗震效能的分析一直是國內(nèi)外建筑抗震設(shè)計(jì)分析的研究熱點(diǎn),而最直接最有效的抗震措施就是在建筑設(shè)計(jì)階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),只有從高層建筑物內(nèi)部實(shí)施結(jié)構(gòu)抗震,才能夠從根本上提高高層建筑的抗震效能。本論文從高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行了抗震分析,對于具體的高層建筑抗震設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)和借鑒意義。
參考文獻(xiàn):
[1]李忠獻(xiàn).高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)理論[M].北京:科學(xué)出版社,2006.
【關(guān)鍵詞】高層建筑；地下核心筒；剪力墻結(jié)構(gòu)；施工質(zhì)量；加固措施
一、高層建筑地下核心筒-剪力墻結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量問題探析
某高層建筑為四十層鋼筋混凝土框架和地下層的核心筒-剪力墻結(jié)構(gòu)工程，具有7級(jí)抗震防御功能，其中剪力墻結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為二級(jí)。該建筑占地面積大，跨度大，地下雙核心筒集中布置，且其主要的抗側(cè)力構(gòu)件為剪力墻結(jié)構(gòu)。
1.1 質(zhì)量問題
該高層建筑地下層具有混凝土等級(jí)為 C50的核心筒剪力墻設(shè)計(jì)，在進(jìn)行混凝土澆筑施工后，中途須測溫，當(dāng)內(nèi)外溫差相等時(shí)開始拆模，拆模時(shí)間應(yīng)依照規(guī)范規(guī)定的。在拆模的過程中，發(fā)現(xiàn)主樓地下層核心筒-剪力墻的出現(xiàn)多種質(zhì)量問題，如大面積蜂窩狀筒體表面、部分露筋以及墻體裂縫等，尤其在墻體轉(zhuǎn)角暗柱，門洞暗柱、暗梁筋密集區(qū)以下，質(zhì)量問題更顯著。 這些質(zhì)量問題明顯不符合建筑工程質(zhì)量檢測評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，且各項(xiàng)指標(biāo)均超標(biāo)，給整體結(jié)構(gòu)的承載力造成極大影響。
除此之外，目前我國剪力墻結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的商業(yè)化軟件，主要采用有限元方法；而分散于各地的有關(guān)高層建筑地下核心筒-剪力墻的構(gòu)造措施，則大多是借鑒普通剪力墻的相關(guān)規(guī)定，試驗(yàn)依據(jù)很少，且設(shè)計(jì)人員操作不便。
1.2 工程檢測
這些質(zhì)量問題若不及時(shí)處理，將給該建筑工程帶來各種安全隱患。為了更好地處理問題，可以通過對筒體混凝土全面回彈或抽芯檢測，查出混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際強(qiáng)度，從而分析出問題的根本所在。而依據(jù)回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程（JGJ/T23-29），其最大強(qiáng)度換算值為 49MPa，且檢測結(jié)果數(shù)據(jù)過于離散，使其不適用于地下層；故選用抽芯法檢測，一般可在剪力墻體進(jìn)行抽芯取樣調(diào)查，共選60處，其中北筒30處，南筒30處，經(jīng)過區(qū)域強(qiáng)度評(píng)價(jià)檢測單位進(jìn)行換算檢測結(jié)果，該雙核心筒混凝土最大換算強(qiáng)度為65MPa，最小換算強(qiáng)度為 20MPa，強(qiáng)度變化過大，而不符合設(shè)計(jì)要求。
1.3原因分析
由于高層建筑結(jié)構(gòu)功能和體系日趨多樣化，建筑平面布置與豎向體型也越來越復(fù)雜，這就給高層建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)提出了更高的要求，高效、準(zhǔn)確地對高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析，做到既滿足結(jié)構(gòu)的功能要求，又能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，已成為結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)亟待解決的重要課題。 依據(jù)工程的實(shí)際施工情況，通過對該高層建筑的質(zhì)量問題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的原因主要源于以下三個(gè)方面：一是人員因素，施工現(xiàn)場的管理人員組織管理水平較差，而工作人員素質(zhì)相對較低，沒有經(jīng)過專業(yè)的施工培訓(xùn)，僅憑不足的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，使得施工效果達(dá)不到專業(yè)水準(zhǔn)。二是在施工過程中，未形成健全的質(zhì)量監(jiān)管體系，使很多技術(shù)措施得不到落實(shí)，且很多工序無記錄、無交底。尤其是進(jìn)行核心筒-剪力墻的混凝土澆筑時(shí)，使用的技術(shù)措施有誤，使得一次澆筑或超高，或未設(shè)溜槽、串筒，或振搗不足，而產(chǎn)生混凝土的離析、蜂窩或開裂現(xiàn)象。三是施工過程中的設(shè)備及其管理不足，出現(xiàn)澆筑間斷，施工縫沒處理，輸送泵堵管，維修不及時(shí)，振動(dòng)器材質(zhì)量不穩(wěn)定且數(shù)量不足等現(xiàn)象。
二、高層建筑地下核心筒-剪力墻結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)與加固措施
在發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題后，承包施工單位會(huì)委托設(shè)計(jì)單位對該質(zhì)量事故進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的加固補(bǔ)強(qiáng)處理方案，以確保其承載能力能滿足安全及使用要求。一般設(shè)計(jì)單位主要根據(jù)混凝土的剛度、延性、軸壓比、配筋率和密實(shí)度等五個(gè)量來分析建筑物及地下層結(jié)構(gòu)位移變化，混凝土承載能力，結(jié)構(gòu)變位和配筋情況，進(jìn)而制定相應(yīng)的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)方案，并給出加固措施，因此在進(jìn)行核心筒剪力墻設(shè)計(jì)的過程中就應(yīng)做好前期補(bǔ)強(qiáng)處理。當(dāng)?shù)讓釉陲L(fēng)和地震荷載作用下，層作用力與層間位移角均較小，而整體結(jié)構(gòu)因各樓層剛度不變，且得建筑物位移幾乎不受影響時(shí)，只是施工時(shí)所引起的局部質(zhì)量問題，無須整體結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，只須對局部進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理和加固；若建筑物整層剛度變化大，且位移影響較大時(shí)則需要進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。
2.1 設(shè)計(jì)過程中的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)處理
在設(shè)計(jì)的過程中要針對核心筒-剪力墻的結(jié)構(gòu)特征，提前做好超限應(yīng)對措施；如核心筒剪力墻四角附加型鋼暗柱，可解決由于首層層高較大，使得剪力墻端部應(yīng)力集中的問題，并提高剪力墻的承載能力和抗變形能力；鋼管混凝土疊合柱及鋼管混凝土組合柱有卓越的承載能力和變形能力，還可彌補(bǔ)鋼管混凝土柱的防腐和防火材料造價(jià)較高及時(shí)效性方面的缺陷等。在進(jìn)行鋼管混凝土組合柱的梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)設(shè)置水平加強(qiáng)環(huán)和豎向短加勁肋補(bǔ)強(qiáng)后，使鋼管在節(jié)點(diǎn)區(qū)是連續(xù)的，保證節(jié)點(diǎn)的剛性不受影響，滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的要求。
2.2 缺陷部位補(bǔ)強(qiáng)處理
針對該高層建筑所存在的質(zhì)量問題，主要有蜂窩或麻面、孔洞、裂縫和露筋，須對這些缺陷部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。其中對于蜂窩，可先鑿除墻面浮漿、浮石，而麻面須用鋼絲刷清理墻面浮漿，洗刷干凈并潤濕后，再用1：2 水泥沙漿抹壓平整即可。對于孔洞的處理稍微復(fù)雜一些，主要是鑿除孔洞處不密實(shí)的混凝土和突出部分至無空隙；為避免死角，一般要鑿成斜形，在洗凈潤濕（約4小時(shí)）后，刷一道水泥漿，再澆灌水灰比為0.5以下的C50 微膨脹細(xì)石混凝土，澆灌應(yīng)做到超高超寬，即用小振搗棒仔細(xì)振搗密實(shí)，拆模后鑿除多余混凝土。對于裂縫，也須先清洗墻基面的污垢，再用改性環(huán)氧化學(xué)灌漿液進(jìn)行封閉補(bǔ)強(qiáng)。至于露筋，須先清除其上的混凝土殘?jiān)⒏{、浮石，再用鋼絲刷除銹。
2.3整體結(jié)構(gòu)加固措施
由于本建筑混凝土強(qiáng)度等級(jí)不同程度低于設(shè)計(jì)要求，故需進(jìn)行加固處理。不同于一般的核心筒-剪力墻，南、北雙核心筒-剪力墻所采取的加固措施，是結(jié)合實(shí)測混凝土缺陷處及強(qiáng)度較弱處情況，將筒體剪力墻鑿成多條豎向的強(qiáng)度等級(jí)為C50微膨脹混凝土加強(qiáng)帶，其鑿斷面洗凈并潤濕12h后，刷一道水泥漿，再將混凝土振搗密實(shí)，最后于層頂處設(shè)一道加強(qiáng)暗圈梁，以形成整體加強(qiáng)；當(dāng)然還要做好加固后的清洗除垢工作，最后還要對加固部位做定期維護(hù)，并通知質(zhì)檢，以確保強(qiáng)度合適。
2.4施工要求
在該高層建筑核心筒-剪力墻結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)與加固過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)要求：一是按照國家標(biāo)準(zhǔn)以及建筑安裝工程質(zhì)量檢測評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)劃分所有缺陷定義，并分別采取相應(yīng)的補(bǔ)強(qiáng)措施；二是已銹鋼筋經(jīng)除銹或綁條焊加強(qiáng)后方可投入使用；三是為修補(bǔ)部位混凝土及砂漿應(yīng)做好養(yǎng)護(hù)，以確保強(qiáng)度；四是缺陷補(bǔ)強(qiáng)及加強(qiáng)帶位置范圍，放線后要經(jīng)有關(guān)單位核實(shí)后方可鑿打；五是在缺陷補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，待鑿除浮漿浮石除銹清刷工作完成后，應(yīng)通知質(zhì)檢；六是不能用大錘撞打混凝土鑿打，以免損傷邊緣混凝土或打斷鋼筋。
2.5 效果分析
按照上述要求進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固后，經(jīng)反復(fù)計(jì)算審核與新補(bǔ)混凝土強(qiáng)度超聲一回彈綜合法檢測和新舊混凝土結(jié)合面超聲法檢測，發(fā)現(xiàn)該高層建筑的層間及頂點(diǎn)位移滿足規(guī)范的限值要求；筒體剪力墻的軸壓比、延性、配筋均滿足設(shè)計(jì)要求，剪壓比也控制在規(guī)范范圍內(nèi)；筒體，承載力亦滿足使用要求。修補(bǔ)好后，該核心筒-剪力墻混凝土內(nèi)部密實(shí)度情況較好，無明顯缺陷 ，且新、舊混凝土結(jié)合正常。
3、結(jié)語
綜上所述，通常地下層雙核心筒-剪力墻是一個(gè)軸壓比較小的構(gòu)件，且地下層承擔(dān)的水平力由地面向下逐漸衰減，地下室剪力墻抗震等級(jí)可以降低，其質(zhì)量問題不需作整體加固補(bǔ)強(qiáng)措施，只需對缺陷部位進(jìn)行局部加固補(bǔ)強(qiáng)，即可滿足結(jié)構(gòu)抗震承載力要求.
參考文獻(xiàn)：
[1]李芳.高層建筑短肢剪力墻-核心筒結(jié)構(gòu)合理剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[M].武漢理工大學(xué)碩士論文，2006.
關(guān)鍵詞：超高性能混凝土；制備技術(shù)；材性；工程應(yīng)用；細(xì)觀力學(xué)分析
中圖分類號(hào)：TU528.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
0引言
混凝土是一種水泥基復(fù)合材料，它是以水泥為膠結(jié)劑，結(jié)合各種集料、外加劑等而形成的水硬性膠凝材料。混凝土是當(dāng)今用量最大的建筑材料，與其他建筑材料相比，混凝土生產(chǎn)能耗低、原料來源廣、工藝簡便、成本低廉且具有耐久、防火、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用方便等特點(diǎn)。從社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的角度來看，在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，混凝土仍是應(yīng)用最廣、用量最大的建筑材料。然而，由于混凝土自重大、脆性大和強(qiáng)度（尤其是抗拉強(qiáng)度）低，影響和限制了它的使用范圍；同時(shí)，對于低強(qiáng)度的混凝土，在滿足相同功能時(shí)用量較大，這加劇了對自然資源和能源的消耗，另外也增加了廢氣和粉塵的排放，增大了對能源的需求和環(huán)境的污染。
20世紀(jì)以來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工程結(jié)構(gòu)朝更高、更長、更深方向發(fā)展，這對混凝土的強(qiáng)度提出了新的要求。為滿足這種要求，隨著科技的進(jìn)步，混凝土的強(qiáng)度得到了不斷的提高。在20世紀(jì)20年代、50年代和70年代，混凝土的平均抗壓強(qiáng)度可分別達(dá)到20，30，40 MPa。20世紀(jì)70年代末，由于減水劑和高活性摻合料的開發(fā)和應(yīng)用，強(qiáng)度超過60 MPa的高強(qiáng)混凝土（High Strength Concrete，HSC）應(yīng)運(yùn)而生，此后在土木工程中得到越來越廣泛的應(yīng)用[15]。
然而，單純提高混凝土抗壓強(qiáng)度，并不能改變其脆性大、抗拉強(qiáng)度低的不足。采用纖維增強(qiáng)的方法，產(chǎn)生了纖維增強(qiáng)混凝土（Fiber Reinforced Concrete，F(xiàn)RC）[4，6]，其所用纖維按材料性質(zhì)可劃分為金屬纖維、無機(jī)纖維和有機(jī)纖維等，最常用的是金屬纖維中的鋼纖維。隨著社會(huì)的發(fā)展，許多特殊工程，如近海和海岸工程、海上石油鉆井平臺(tái)、海底隧道、地下空間、核廢料容器、核反應(yīng)堆防護(hù)罩等，對混凝土的耐腐蝕性、耐久性和抵抗各種惡劣環(huán)境的能力等也提出了更高的要求。因此，人們又提出了將HSC包含在內(nèi)的高性能混凝土（High Performance Concrete，HPC）的概念。
在HPC應(yīng)用發(fā)展的同時(shí)，人們并沒有停止對混凝土向更高強(qiáng)度、更高性能發(fā)展的追求。1972～1973年，Brunauer等在《Cement and Concrete Research》雜志上發(fā)表了有關(guān)Hardened Portland Cement Pastes of Low Porosity的系列論文，報(bào)道了抗壓強(qiáng)度達(dá)到240 MPa的低孔隙率的水泥基材料，但是研究中并未采用萘系和聚合物高效減水劑，該技術(shù)沒有在工程中得到推廣應(yīng)用[3]。Bache采用細(xì)料致密法（Densified with Small Particles，DSP），通過發(fā)揮硅灰與高效減水劑的組合作用，以達(dá)到減小孔隙率的目的，制備出強(qiáng)度為150～200 MPa的混凝土，其產(chǎn)品在市場上以DENSIT商標(biāo)的混凝土制品出現(xiàn)[3，7]。Birchall等[8]開發(fā)出無宏觀缺陷（Macro Defect Free，MDF）水泥基材料，抗壓強(qiáng)度可達(dá)到200 MPa。MDF水泥基材料問世后，引起了有關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注，并開展了許多有關(guān)這類材料優(yōu)異性能和高強(qiáng)機(jī)理的研究。此外，Roy在1972年獲得了抗壓強(qiáng)度達(dá)到650 MPa的水泥基材料。美國的CEMCOM公司采用不銹鋼粉也制備出超高強(qiáng)材料DASH47[3]。20世紀(jì)90年代，法國Bouygues公司在DSP，MDF及鋼纖維混凝土等研究的基礎(chǔ)上，研發(fā)出了活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC）[910]。RPC分為2個(gè)等級(jí)，強(qiáng)度在200 MPa以內(nèi)的稱為RPC200，強(qiáng)度在200 MPa以上、800 MPa以下的稱為RPC800[910]。1994年，Larrard等[11]首次提出了超高性能混凝土（Ultrahigh Performance Concrete，UHPC）的概念。
直至今天，有關(guān)水泥基向更高強(qiáng)度發(fā)展的研究報(bào)道仍不斷地出現(xiàn)，然而具有工程應(yīng)用前景的并不多：有些因?yàn)閮r(jià)格太高，有些因?yàn)橹苽浼夹g(shù)太復(fù)雜，而有些則在強(qiáng)度提高的同時(shí)某些性能指標(biāo)下降。因此，以RPC制備原理為基礎(chǔ)的UHPC材料的研究與應(yīng)用，是當(dāng)今水泥基材料發(fā)展的主要方向之一。美國國家科學(xué)基金會(huì)于1989年投資建立了一個(gè)“高級(jí)水泥基材料科技中心”，并為該中心提供了1 000萬美元的科研經(jīng)費(fèi)[5]。美國聯(lián)邦公路局以RPC為研究對象，對UHPC開展了系統(tǒng)的研究，進(jìn)行了1 000多個(gè)試件的測試，研究內(nèi)容包括配制技術(shù)、強(qiáng)度、耐久性和長期性能等力學(xué)性能[12]。在此基礎(chǔ)上，美國密歇根州交通技術(shù)研究院開展了進(jìn)一步的研究[13]。法國土木工程學(xué)會(huì)在大量研究的基礎(chǔ)上，于2002年制訂了超高性能纖維混凝土的指南（初稿）[14]。日本土木工程協(xié)會(huì)也于2004年制訂了相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工指南（初稿），并于2006年出版了英文版本[15]。韓國提出了一個(gè)超級(jí)橋梁（Super Bridge 200）的計(jì)劃，希望通過應(yīng)用UHPC建造橋梁，減少20%的工程造價(jià)，在10年內(nèi)節(jié)省20億美元的投資，減少44%二氧化碳的排放量和減少20%的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用[16]。中國從20世紀(jì)90年代開始了UHPC的研究，取得了一系列的成果，國家標(biāo)準(zhǔn)《活性粉末混凝土》已在征求意見[17]。
2004年9月在德國的卡塞爾舉行的UHPC國際會(huì)議上，與會(huì)專家認(rèn)為UHPC雖然被命名為混凝土材料，但是卻可以認(rèn)為是一種新型材料，是新一代水泥基建筑材料[18]。2009年在法國馬賽舉行的超高性能纖維增強(qiáng)混凝土（Ultrahigh Performance Fiber Reinforced Concrete，UHPFRC）國際會(huì)議上，與會(huì)專家認(rèn)為因UHPFRC低碳環(huán)保且性能優(yōu)異，可以用來建造低碳混凝土結(jié)構(gòu)，在未來必將得到大力發(fā)展[19]。盡管UHPC自出現(xiàn)以來，不斷被應(yīng)用于橋梁、建筑、核電、市政、海洋等工程之中，然而應(yīng)用發(fā)展遠(yuǎn)低于預(yù)期。以應(yīng)用最多的橋梁為例，自1997年第一座UHPC橋――加拿大魁北克省Sherbrooke的RPC橋建成以來，十幾年間全世界也僅建成30余座，且以中小跨徑與人行橋?yàn)橹鱗20]。在中國，UHPC實(shí)際工程應(yīng)用也極少，以橋梁為例，僅在鐵路上有1座梁橋的應(yīng)用，目前1座公路梁橋正在建設(shè)之中。在中國處于大規(guī)模工程建設(shè)的背景下，UHPC在中國的應(yīng)用顯得更為滯后。這種應(yīng)用不理想的狀況，究其原因：一方面，有關(guān)UHPC的研究主要集中在發(fā)達(dá)國家，而這些國家已完成大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)其研究與應(yīng)用的市場動(dòng)力不足；另一方面，發(fā)展中國家雖然有較大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求，但是基礎(chǔ)研究不足和UHPC價(jià)格較高，影響了其在工程中的應(yīng)用。
在今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，中國仍處于大建設(shè)時(shí)期，隨著對節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展要求的不斷提高，對混凝土性能的要求也將越來越高，因此UHPC具有廣闊的應(yīng)用前景。2014年3月4日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、工業(yè)和信息化部召開了高性能混凝土推廣應(yīng)用指導(dǎo)組成立暨第一次工作會(huì)。會(huì)議認(rèn)為，高性能混凝土推廣應(yīng)用是強(qiáng)化節(jié)能減排、防治大氣污染的有效途徑，能提高建筑質(zhì)量，延長建筑物壽命，提升防災(zāi)減災(zāi)能力，有利于推動(dòng)水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。在節(jié)能減排方面，據(jù)專家估算，以目前中國每年混凝土的使用量4×109 m3測算，通過推廣高性能混凝土，合理使用摻合料，每立方米混凝土可節(jié)約水泥25 kg，實(shí)現(xiàn)年節(jié)約水泥1×108 t，進(jìn)而減少消耗石灰石1.1×108 t、粘土6×107 t，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.2×107 t，減少排放二氧化碳7.5×107 t[21]。若能推廣應(yīng)用UHPC，成效顯然更大，同時(shí)也能為中國UHPC技術(shù)、混凝土材料與工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)先于世界做出積極的貢獻(xiàn)。因此，開展UHPC的制備技術(shù)與工程應(yīng)用基礎(chǔ)研究，具有重要的意義。為此，國家自然科學(xué)基金委員會(huì)與福建省人民政府設(shè)立的“促進(jìn)海峽兩岸科技合作聯(lián)合基金”2013年資助了“超高性能混凝土制備與工程應(yīng)用基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目。在該項(xiàng)目的指南建議、項(xiàng)目申請、項(xiàng)目獲批后的研究計(jì)劃制訂中，筆者查閱了大量的研究資料，結(jié)合前期研究成果，對UHPC的研究現(xiàn)狀有了較為全面的了解。為促使該項(xiàng)目的順利進(jìn)行，并推動(dòng)中國UHPC研究與應(yīng)用的不斷發(fā)展，整理撰寫了本文。
1UHPC制備基本原理與技術(shù)指標(biāo)
1.1UHPC制備基本原理
對普通混凝土的研究，人們認(rèn)識(shí)到混凝土作為一種多孔的不均勻材料，孔結(jié)構(gòu)是影響其強(qiáng)度的主要因素，而固體混合物的顆粒體系所具有的高堆積密實(shí)度是混凝土獲得高強(qiáng)度的關(guān)鍵。因此，減小孔隙率、優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)、提高密實(shí)度、摻入纖維是UHPC制備的基本原理和主要方法，以RPC為例，其獲得超高性能的主要途徑有以下幾種[9]：
（1）剔除粗骨料，限制細(xì)骨料的最大粒徑不大于300 μm，提高了骨料的均勻性。
（2）通過優(yōu)化細(xì)骨料的級(jí)配，使其密布整個(gè)顆粒空間，增大了骨料的密實(shí)度。
（3）摻入硅粉、粉煤灰等超細(xì)活性礦物摻合料，使其具有很好的微粉填充效應(yīng)，并通過化學(xué)反應(yīng)降低孔隙率，減小孔徑，優(yōu)化了內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)。
（4）在硬化過程中，通過加壓和熱養(yǎng)護(hù)，減少化學(xué)收縮，并將CSH轉(zhuǎn)化成托貝莫來石，繼而成為硬硅鈣石，改善材料的微觀結(jié)構(gòu)。
（5）通過添加短而細(xì)的鋼纖維，改善材料延性。
中國正在制訂的國家標(biāo)準(zhǔn)《活性粉末混凝土》（征求意見稿）[17]中對RPC的定義為：以水泥、礦物摻合料、細(xì)骨料、高強(qiáng)度微細(xì)鋼纖維或有機(jī)合成纖維等原料生產(chǎn)的超高性能纖維增強(qiáng)細(xì)骨料混凝土。從上述定義可見，它對養(yǎng)護(hù)制度、配合比中的一些組分并沒有嚴(yán)格的限制，如有些結(jié)構(gòu)需要現(xiàn)場澆注，蒸壓養(yǎng)護(hù)較為困難而采用常規(guī)養(yǎng)護(hù)時(shí)，如果骨料強(qiáng)度高且表面粗糙，也可得到強(qiáng)度為200 MPa的RPC[22]。
UHPC基于RPC的制備原理，如采用小粒徑骨料，摻入鋼纖維和采用蒸壓養(yǎng)護(hù)等，但是對骨料的粒徑、養(yǎng)護(hù)制度、配合比中的組分等則沒有嚴(yán)格的限制，如采用常規(guī)養(yǎng)護(hù)工藝也可配制出強(qiáng)度超過150 MPa的UHPC。文獻(xiàn)[23]中采用常規(guī)材料，不采用熱養(yǎng)護(hù)、預(yù)壓等特殊工藝，也制備出強(qiáng)度超過200 MPa，可泵送澆注的UHPC，其技術(shù)包括選擇低需水量的水泥和硅灰、合理的砂漿水泥比、硅灰水泥比和水灰比等。文獻(xiàn)[24]中采用普通材料和常溫養(yǎng)護(hù)，制備出坍落度為268 mm，90 d強(qiáng)度為175.8 MPa的混凝土。文獻(xiàn)[25]中采用常規(guī)材料和養(yǎng)護(hù)，制備出抗壓強(qiáng)度超過200 MPa的混凝土，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鋼纖維的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到15.9 MPa。
1.2UHPC技術(shù)指標(biāo)
在UHPC的研究中，有些繼續(xù)采用RPC的名稱，有些直接稱之為UHPC，還有一些則稱之為UHPFRC，如法國與日本的相關(guān)指南[1415]，有的則認(rèn)為UHPFRC就是RPC，是UHPC與FRC相結(jié)合的產(chǎn)物[26]，目前對這些名詞還沒有統(tǒng)一公認(rèn)的定義。從內(nèi)涵來看，RPC，UHPC與UHPFRC有許多相同之處；相對來說，UHPC的范圍大些，RPC和UHPFRC的范圍小些，這也可以直接從字面上看出來。本文中在引用參考文獻(xiàn)時(shí)，保持原文獻(xiàn)的材料名稱，在進(jìn)行綜述分析時(shí)，則統(tǒng)稱為UHPC。
關(guān)于UHPC或RPC的技術(shù)指標(biāo)，目前也沒有統(tǒng)一公認(rèn)的定義。法國UHPFRC指南[14]中，定義它為具有150 MPa以上抗壓強(qiáng)度，有纖維加強(qiáng)以確保非脆，采用特殊骨料的高粘性材料。日本UHPFRC指南[15]中，定義它為一種纖維加勁的水泥基復(fù)合材料，抗壓強(qiáng)度超過150 MPa，抗拉強(qiáng)度超過5 MPa，開裂強(qiáng)度超過4 MPa，并給出了基本組成：最大粒徑小于2.5 mm的骨料、水泥和火山灰，水灰比小于0.24；摻入不低于2%體積摻量、長度為10～20 mm、直徑為0.1～0.25 mm、抗拉強(qiáng)度不小于2 GPa的加勁纖維。
中國的國家標(biāo)準(zhǔn)《活性粉末混凝土》（征求意見稿）[17]中對RPC按力學(xué)性能的等級(jí)劃分見表1。從表1可知，它對抗壓強(qiáng)度要求最低為100 MPa，比法國、日本的抗壓強(qiáng)度150 MPa要低。
表1活性粉末混凝土力學(xué)性能的等級(jí)劃分
Tab.1Grade Classification of Mechanic Properties of RPC等級(jí)1抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值/MPa1抗折強(qiáng)度/MPa1彈性模量/GPaR10011001≥121≥40R12011201≥141≥40R14011401≥181≥40R16011601≥221≥40R18011801≥241≥402制備技術(shù)
2.1材料組分與配合比
如同其他混凝土材料的研究一樣，UHPC的研究也是從材料制備開始的。各國研究者結(jié)合當(dāng)?shù)氐牟牧祥_展了大量的配合比設(shè)計(jì)，中國也開展了許多的研究，如文獻(xiàn)[27]～[32]。
UHPC作為一種高技術(shù)的新型材料，成本較高是影響其工程應(yīng)用的一個(gè)重要因素。文獻(xiàn)[33]中對一些RPC試驗(yàn)的原材料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其成本均在4 000元?m-3以上，最高達(dá)到8 000元?m-3，遠(yuǎn)高于普通混凝土的價(jià)格。為此，提出了RPC性價(jià)比計(jì)算方法，并以鋼纖維摻量為主要參數(shù)進(jìn)行研究。
由于RPC中的鋼纖維為細(xì)鋼纖維，且為了防銹而鍍銅，其較高的價(jià)格是RPC材料成本較高的主要原因，因此，許多研究圍繞鋼纖維及其替代品展開。文獻(xiàn)[34]中采用碳纖維替代部分鋼纖維進(jìn)行RPC的配制，發(fā)現(xiàn)RPC的抗折強(qiáng)度下降而抗壓強(qiáng)度有所提高。文獻(xiàn)[35]中采用碳纖維替代鋼纖維配制RPC，結(jié)果表明，最終破壞形態(tài)表現(xiàn)出很大的脆性破壞。此外，還有學(xué)者對聚丙烯纖維RPC和混雜纖維RPC開展了研究，將低模量的聚丙烯纖維、中模量的耐堿玻璃纖維和高模量的鋼纖維混雜摻入RPC，可使RPC的一些力學(xué)性能得到一定程度的改善而提高[3642]。美國規(guī)范在AASHTO Type Ⅱ梁中采用80級(jí)焊接鋼筋網(wǎng)以取代UHPC中的鋼纖維，其抗剪強(qiáng)度超過采用鋼纖維的UHPC梁，且施工方便，成本大大降低[43]。
為降低成本，研究人員還開展了采用替代材料減少UHPC中水泥、硅灰用量的研究，如鋼渣粉、超細(xì)粉煤灰、石粉、偏高嶺土、火電廠微珠、超細(xì)礦渣、稻殼灰等，不僅能降低造價(jià)，而且利于環(huán)保[4450]。
文獻(xiàn)[51]中開展低水泥用量的RPC研究，用粉煤灰取代了60%的水泥，在凝結(jié)硬化過程中施加壓力，得到338 MPa的RPC。在RPC中采用粉煤灰和礦渣替代水泥和硅灰，可減少高效減水劑的用量，并減少RPC的水化熱和收縮[40]。文獻(xiàn)[52]中采用棕櫚油灰取代50%的膠凝材料，配制的UHPC具有158.28 MPa的抗壓強(qiáng)度、46.69 MPa的彎拉強(qiáng)度和13.78 MPa的直拉強(qiáng)度。文獻(xiàn)[53]中采用稻殼灰取代硅灰，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度下，可制備出強(qiáng)度超過150 MPa的UHPC，當(dāng)采用水泥+10%硅灰+10%稻殼灰時(shí)，得到的UHPC性能最好。在RPC的凝結(jié)硬化過程，加入部分水化水泥基材料（PHCM），能促進(jìn)水泥水化，增加CSH生成量，使RPC具有較高的早期強(qiáng)度[54]。
由于膠凝材料（水泥和硅灰）表面特性不同，可選擇多種減水劑進(jìn)行耦合使用，其效果更好[55]。在UHPC配合比設(shè)計(jì)中采用修正的安德烈亞森顆粒密實(shí)模型，可以降低膠凝材料的用量，如養(yǎng)護(hù)28 d后，仍有很多水泥沒有水化，則可采用一些便宜的材料來替代，如石粉[56]。文獻(xiàn)[57]中提高RPC的硅灰含量，使配制的RPC強(qiáng)度得到提高的同時(shí)，其表觀密度降低到1 900 kg?m-3。
另外，為減少對天然骨料的開采，研究人員還探索利用其他材料來替代UHPC中的石英砂等，如采用燒結(jié)鋁礬土[40]、機(jī)制砂石[58]和丘砂[5960]等。文獻(xiàn)[61]中采用鐵礦石尾礦替代UHPC中的天然骨料，由于較差的界面，工作性和強(qiáng)度下降。文獻(xiàn)[62]中將廢棄混凝土塊放入U(xiǎn)HPC中，可減少早期收縮，制成自約束收縮UHPC。文獻(xiàn)[63]中采用超細(xì)水泥制備了新型超高性能混凝土SCRPC，避免了硅灰的使用，且便于現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)與施工。
2.2拌制與養(yǎng)護(hù)技術(shù)
與普通混凝土不同的是，RPC由于采用基體材料+細(xì)粒徑組分材料+鋼纖維進(jìn)行配制，在拌制過程中容易聚團(tuán)，影響RPC成型的均質(zhì)性和材料性質(zhì)，是備受工程界關(guān)心的一個(gè)主要問題。各國學(xué)者對需要采用的攪拌設(shè)備、混合料的拌制時(shí)間與順序等也開展了相應(yīng)的研究，如Collepardi等[64]的研究表明，攪拌1 min后添加減水劑的RPC，其工作性能要優(yōu)于即時(shí)摻入減水劑的RPC[64]。文獻(xiàn)[65]中介紹了常規(guī)攪拌工藝配制的RPC的特性，制定了加料順序。文獻(xiàn)[66]中研究了3種不同的投料攪拌方法，試驗(yàn)結(jié)果表明，不同的投料次序?qū)PC的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度有一定影響，尤其對RPC流動(dòng)性的影響較大。此外，RPC澆注時(shí)鋼纖維方向分布對RPC的拉抗強(qiáng)度等性能有較大影響。為尋找有效控制鋼纖維方向的方法，文獻(xiàn)[67]中通過數(shù)值分析和試驗(yàn)研究，探討了通過擠壓改變鋼纖維排列方向的方法；文獻(xiàn)[68]中采用管壁效應(yīng)和混凝土流動(dòng)方向等方法，改變鋼纖維在試件內(nèi)的排列方向，試件成型后的X射線圖像表明，該措施取得了良好效果。
高溫、加壓養(yǎng)護(hù)制度是UHPC獲得高性能的重要手段，溫度越高、時(shí)間越長，參加反應(yīng)的硅灰越多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也就越密實(shí)。文獻(xiàn)[69]中指出，與90 ℃熱養(yǎng)護(hù)相比，在20 ℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的UHPFRC試塊，抗壓強(qiáng)度降低20%，抗彎強(qiáng)度降低10%，斷裂能降低15%。高溫、加壓養(yǎng)護(hù)制度是RPC獲得高性能的重要手段，如RPC中含有火山灰活性物質(zhì)，在不同養(yǎng)護(hù)制度下，RPC的力學(xué)性能有較大差異[1415]。以29Si磁共振方法（29Si NMR）量測水泥、硅灰、石英粉等膠結(jié)粉體在不同養(yǎng)護(hù)條件下的水化程度，可確立有效且經(jīng)濟(jì)的養(yǎng)護(hù)方式[70]。Richard等[10]的研究表明，90 ℃熱養(yǎng)護(hù)能加速火山灰反應(yīng)，并改變已形成水化物的微觀結(jié)構(gòu)，高溫養(yǎng)護(hù)（250 ℃～400 ℃）能促使結(jié)晶水化物的形成與硬化漿體的脫水。Dallaire等[71]的研究表明，RPC試件在加壓50 MPa和400 ℃的條件下養(yǎng)護(hù)48 h后，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)到500 MPa。Cheyrezy等[72]通過熱重分析和X射線衍射對熱養(yǎng)護(hù)下傳統(tǒng)RPC的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，認(rèn)為傳統(tǒng)RPC在養(yǎng)護(hù)溫度介于150 ℃～200 ℃之間時(shí)，孔隙率最小。對采用蒸汽養(yǎng)護(hù)、滯后蒸養(yǎng)與降溫蒸養(yǎng)以及常規(guī)養(yǎng)護(hù)這4種養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行了對比試驗(yàn)，結(jié)果表明，蒸養(yǎng)對材性的影響最大，而采用蒸養(yǎng)但滯后蒸養(yǎng)與降溫蒸養(yǎng)對材性的影響較小[72]。蒸養(yǎng)能提高材料的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量，減小徐變，加快收縮速度，提高抗?jié)B能力[12]。然而，蒸汽或蒸壓養(yǎng)護(hù)給施工帶來困難，也提高了制備成本。因此，不采用蒸汽或蒸壓養(yǎng)護(hù)時(shí)，如何獲得RPC材料的高性能，也成為研究的一個(gè)熱點(diǎn)。吳炎海等[7377]也都開展了不同養(yǎng)護(hù)制度和齡期對RPC材料性能影響的研究，結(jié)果表明，蒸養(yǎng)對提高材料性能具有極其有利的作用，并提出了相應(yīng)的最佳養(yǎng)護(hù)條件。
養(yǎng)護(hù)時(shí)的壓力對UHPC的性能也有影響。研究結(jié)果表明，在凝結(jié)過程施加5～25 MPa的預(yù)壓力時(shí)，RPC的抗彎強(qiáng)度可提高34%～66%，韌性可提高3.39～4.81倍，這是由于預(yù)壓力可消除孔隙和自由水，使顆粒更加緊密[78]。蒸壓時(shí)間、溫度和壓力均會(huì)影響RPC的性能；對于每一個(gè)壓力和溫度，存在一個(gè)臨界蒸壓時(shí)間；蒸壓時(shí)間過長，反而會(huì)使其力學(xué)性能有所下降[79]。蒸壓養(yǎng)護(hù)對提高RPC抗壓強(qiáng)度作用明顯，但是其抗折強(qiáng)度和韌性反而低于28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的RPC，這可能與蒸壓養(yǎng)護(hù)對提高鋼纖維和水泥石的粘結(jié)作用不大有關(guān)[22，79]，而在RPC中增加粉煤灰和礦渣用量可減少蒸壓情況下其抗折強(qiáng)度和韌性的降低[79]。3超高性能機(jī)理
3.1微觀結(jié)構(gòu)
文獻(xiàn)[80]中從測量的納米尺度力學(xué)性能出發(fā)，采用四層次多尺度微觀結(jié)構(gòu)模型，精確計(jì)算UHPC的剛度，且證實(shí)了纖維基體界面是無缺陷的。此后，許多學(xué)者采用SEM，EDS微區(qū)元素點(diǎn)分析與X射線衍射等試驗(yàn)，對RPC的微觀結(jié)構(gòu)開展了研究，進(jìn)一步揭示了RPC形成高性能的基本原理。
RPC密實(shí)度與強(qiáng)度之間存在著高度的相關(guān)性[8081]，但是最大密實(shí)度并不代表最高強(qiáng)度，強(qiáng)度取決于其微觀結(jié)構(gòu)和水化階段的性能[8283]。蒸壓養(yǎng)護(hù)能降低CSH凝膠中的CaO/SiO2，使RPC中形成針狀和片狀的托勃莫來石[40，84]。電導(dǎo)率與水化度存在一種函數(shù)關(guān)系，當(dāng)水化度達(dá)到26%時(shí)，孔隙不連續(xù)，采用超聲波技術(shù)可以監(jiān)測凝結(jié)硬化過程RPC的孔隙半徑的變化[81，85]。UHPC孔結(jié)構(gòu)可用表面分維來表示，且建立了混凝土的紋理、硅酸鹽鏈長（表面分維）和CSH量的關(guān)系[85]。
高溫可促進(jìn)水泥、硅灰和石英粉的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)溫度達(dá)到250 ℃時(shí)，RPC中出現(xiàn)硬硅鈣石。隨著養(yǎng)護(hù)溫度的增加，CSH平均鏈長增加[8687]。堿激發(fā)水泥RPC （ARPC）在抗壓強(qiáng)度相同情況下，具有更高的抗彎性能、斷裂能以及與鋼筋的粘結(jié)性能；由于ARPC的CaO/SiO2較低，其納米的孔結(jié)構(gòu)有利于水分的逸出，內(nèi)部孔壓力較低，因此具有更好的抗火性能[8889]。
3.2纖維增強(qiáng)增韌機(jī)理
研究結(jié)果表明，未摻入鋼纖維的UHPC，在進(jìn)行受壓試驗(yàn)時(shí)由于內(nèi)部積聚的能量太大而呈現(xiàn)爆炸性破壞，表現(xiàn)出較普通混凝土和高強(qiáng)混凝土更大的脆性。因此，UHPC一般摻有纖維，故它也可視為基體與纖維的復(fù)合材料。纖維主要以細(xì)鋼纖維為主，直徑較小，為0.20～0.22 mm，長細(xì)比較大，為55～70，而UHPC基體的膠凝粒徑小，因而它與基材間的粘結(jié)滑移、纖維的拉拔、纖維橋接和裂縫的偏轉(zhuǎn)作用以及對混凝土材性的增強(qiáng)機(jī)理都有其自身的特性。為此，對纖維的增強(qiáng)增韌機(jī)理開展了大量的研究。
文獻(xiàn)[90]中研究了鋼纖維分布角度分別為0°，30°，45°，60°，90°時(shí)對RPC斷裂性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)分布角度為0°時(shí)，構(gòu)件的平均應(yīng)變最大，其變化規(guī)律為0°～60°降低，60°～90°增加；軸拉構(gòu)件在0°～40°之間為延性破壞，60°～90°之間為脆性破壞，40°～60°則處于中間狀態(tài)，RPC的偽應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)與鋼纖維的分布特征有較大的關(guān)系，但是纖維分布方向?qū)箟簭?qiáng)度的影響較小。
大量的研究表明，鋼纖維對UHPC的抗拉強(qiáng)度和韌性有明顯的提高作用，這種提高作用，在不影響鋼纖維分布均勻性的前提下（一般在3.5%～4%之間），與鋼纖維的摻量成正比[9193]。受拉破壞時(shí)，在開裂口處由于鋼纖維的橋搭作用，與普通混凝土相比，它的抗拉強(qiáng)度和韌性有很大的提高，其破壞形式是鋼纖維被拔出破壞，而不是拉斷破壞[9496]。
對抗壓強(qiáng)度，鋼纖維也有一定的增強(qiáng)作用，但是一般認(rèn)為存在一個(gè)界限摻量，當(dāng)超過這個(gè)摻量時(shí)，抗壓強(qiáng)度不升反降。對于這個(gè)界限摻量，各國學(xué)者有不同的看法，從2%到4%都有[97100]。
為探討纖維對UHPC強(qiáng)度（尤其是抗拉強(qiáng)度）影響的細(xì)觀作用機(jī)理，一些研究對纖維與UHPC基體的相互作用開展了研究。文獻(xiàn)[101]中提出了一種新型的抗拉試驗(yàn)方法（在夾具和試件間采用轉(zhuǎn)換板，使拉應(yīng)力均勻）用于測試?yán)w維的拔出試驗(yàn)。通過優(yōu)化UHPC基體的材料配制比例，鍍銅直纖維與UHPC的最大等效粘結(jié)應(yīng)力可達(dá)到22 MPa，纖維的最大拉應(yīng)力可達(dá)到1 840 MPa，拉出所需要的能耗為71 J?mm-2，其粘結(jié)強(qiáng)度、纖維最大應(yīng)力和拉出耗能分別為HSC的7倍、4倍和20倍；此外，UHPC的拉拔荷載位移曲線達(dá)到最大荷載后沒有出現(xiàn)像HSC曲線的突然下降現(xiàn)象，表明UHPC與纖維的摩擦因數(shù)更大，其密實(shí)性較HSC更好[102]。文獻(xiàn)[103]中研究鍍銅直纖維、變形纖維（彎勾纖維和扭轉(zhuǎn)纖維）物理化學(xué)界面的粘結(jié)性能，變形纖維的粘結(jié)強(qiáng)度47 MPa是直纖維的5倍。通過優(yōu)化UHPFRC的配合比，直纖維的粘結(jié)強(qiáng)度可以從10 MPa提高到20 MPa。硅灰對粘結(jié)性能有利，最優(yōu)的硅灰水泥比為20%～30%，當(dāng)硅灰水泥比為30%時(shí)，其粘結(jié)強(qiáng)度可提高14%[104]。文獻(xiàn)[105]中認(rèn)為，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的鋼纖維，其抗壓強(qiáng)度、彈性模量、收縮性能和界面性能最好，并給出了粘結(jié)應(yīng)力滑移模型。4材料性能研究
4.1拉、壓強(qiáng)度等基本力學(xué)性能
在強(qiáng)度等力學(xué)性能方面，主要研究內(nèi)容有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、韌性、彈性模量和應(yīng)力應(yīng)變曲線、極限應(yīng)變、泊松比、平均斷裂能、延性、熱膨脹系數(shù)等，其中，抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度是UHPC最基本的力學(xué)性能，已開展了大量的研究。
在材料性能的測試方面，與普通混凝土和高強(qiáng)混凝土一樣，UHPC也存在著尺寸效應(yīng)問題，因此如何根據(jù)其特點(diǎn)，制定統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)，已成為研究的主要內(nèi)容。由于UHPC基體組成材料的最大粒徑不超過1 mm，因此除了一般混凝土測試方法外，研究人員還采用了砂漿或膠砂的測試方法。中國學(xué)者常采用邊長為150 mm（混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件）、100 mm（混凝土非標(biāo)準(zhǔn)試件）、70.7 mm（建筑砂漿試件）和40 mm（膠砂試件）等立方體試件和尺寸為150 mm×150 mm×300 mm和100 mm×100 mm×300 mm等棱柱體試件[106112]；國外研究人員常采用Φ76×153，Φ100×200，Φ90×180等圓柱體試件[12，109111]。文獻(xiàn)[110]中的研究結(jié)果表明，如果不摻入纖維，RPC的尺寸效應(yīng)與普通混凝土或高性能混凝土大致相同，但是如果摻入纖維，RPC的尺寸效應(yīng)變得明顯。文獻(xiàn)[112]中認(rèn)為，與摻入纖維的UHPFRC相比，不摻入纖維的UHPC抗壓強(qiáng)度的變異系數(shù)較大。總的來說，小尺寸試件所測的強(qiáng)度要大于大尺寸試件，但是各尺寸試件所測強(qiáng)度之間的比值，目前還沒有統(tǒng)一的結(jié)論。
文獻(xiàn)[108]中認(rèn)為，邊長分別為70.7 mm和40 mm的試件對應(yīng)的是建筑砂漿和水泥膠砂試件規(guī)格和測試方法，與現(xiàn)有普通混凝土或高強(qiáng)混凝土的測試方法之間存在一定的差異，不應(yīng)作為RPC抗壓強(qiáng)度的測試試件。鑒于一般檢測機(jī)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)室的壓力機(jī)能力，文獻(xiàn)[17]，[106]，[108]中均建議采用邊長為100 mm的RPC立方體試塊為標(biāo)準(zhǔn)測試試件。根據(jù)不同形狀試件的測試結(jié)果可知，立方體試件的抗壓強(qiáng)度大于棱柱體的抗壓強(qiáng)度，文獻(xiàn)[108]中匯總了65個(gè)試驗(yàn)樣本，得出二者之間的比值為0.87，略高于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010―2010）[113]中規(guī)定的高強(qiáng)混凝土C80的二者比值0.82。
目前混凝土抗拉強(qiáng)度主要的測試方法有軸拉試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)和抗折試驗(yàn)3種。由于混凝土材料的抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低，且抗拉強(qiáng)度測試難度較大，在結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的作用較小，因此抗拉強(qiáng)度的測試并沒有得到重視，各種測試結(jié)果之間的關(guān)系以及工程中的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)還不統(tǒng)一。雖然UHPC的拉壓比與普通混凝土的拉壓比相差不大，但是其抗拉強(qiáng)度絕對值已達(dá)到10 MPa或更高，在結(jié)構(gòu)受力中能發(fā)揮一定的作用，因此，UHPC的抗拉強(qiáng)度研究受到了重視。UHPC的抗拉強(qiáng)度測試方法，基本沿用了普通混凝土的3種測試方法，研究結(jié)果表明，同普通混凝土一樣，UHPC測得的抗拉強(qiáng)度從高到低依次為軸拉強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度以及彎拉強(qiáng)度，但是對于各種測試結(jié)果之間的比值量化關(guān)系，目前為止還沒有公認(rèn)的定論[12，91，100，108]。
除抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度外，許多研究者對UHPC的其他材性進(jìn)行了綜合性的研究。美國聯(lián)邦公路局[12]和美國密歇根州交通技術(shù)研究院[13]對UHPC的強(qiáng)度、耐久性、長期性能等力學(xué)性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，為其在美國橋梁工程中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[114]中研究了RPC200的棱柱體抗壓強(qiáng)度、立方體抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、彈性模量、峰值應(yīng)變、泊松比等參數(shù)，并建立了彈性模量和峰值應(yīng)變的擬合公式。文獻(xiàn)[115]中采用超聲波技術(shù)來測定UHPC的彈性模量和泊松比。文獻(xiàn)[110]中認(rèn)為，ACI公式可以預(yù)測UHPC的彈性模量。
Fehling等[116]研究了不同鋼纖維摻量UHPC的受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線，認(rèn)為不摻入鋼纖維UHPC受壓破壞時(shí)呈現(xiàn)爆炸性，無曲線下降段；摻入鋼纖維UHPC的應(yīng)力應(yīng)變曲線則存在明顯的下降段，但是隨著鋼纖維摻量和分布的不同，曲線下降段的斜率不同。對于應(yīng)力應(yīng)變曲線的上升段，不同養(yǎng)護(hù)方式所對應(yīng)的系數(shù)也是不一樣的[110]。Prabha等[109]通過MTS測得不同鋼纖維種類和摻量RPC的單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€，認(rèn)為RPC的應(yīng)力應(yīng)變曲線上升段近似呈直線，下降段的形狀則取決于鋼纖維含量和種類。纖維的形狀（光滑、彎鉤、扭轉(zhuǎn)）對抗拉強(qiáng)度、峰值應(yīng)變和耗能能力的影響較小，而纖維的體積摻量起決定性的作用；光滑纖維與UHPC基體的粘結(jié)強(qiáng)度高，所以未必需要彎鉤和扭轉(zhuǎn)的纖維[117]。Fujikake等[118]采用伺服控制試驗(yàn)機(jī)，研究了不同應(yīng)變率對RPC受拉應(yīng)力應(yīng)變?nèi)€的影響。結(jié)果表明，初裂抗拉強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度都隨著加載速率的提高而增加。
文獻(xiàn)[119]中對抗拉和抗壓本構(gòu)關(guān)系測試方法進(jìn)行了改進(jìn)，研究發(fā)現(xiàn)，鋼纖維對抗拉強(qiáng)度提高明顯，但是對抗壓強(qiáng)度和彈性模量提高不明顯。文獻(xiàn)[120]，[121]中由彎曲試驗(yàn)采用反向分析方法來量化UHPFRC的受拉應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，并將計(jì)算結(jié)果與直拉試驗(yàn)結(jié)果（DTTs）進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)峰值應(yīng)力和對應(yīng)的應(yīng)變略微偏大。
Liang等[31，33，108]研究了不同砂膠比、水膠比、鋼纖維摻量對RPC強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：隨砂膠比的增大，RPC的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度均減小；隨水膠比的增大，RPC的抗折強(qiáng)度增大，但是抗壓強(qiáng)度在水膠比為0.18時(shí)達(dá)到最大值；隨鋼纖維摻量的增大，RPC的軸拉強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均增大，但是抗壓強(qiáng)度在鋼纖維摻量2%時(shí)達(dá)到最大值。
4.2體積穩(wěn)定性
收縮、徐變等體積穩(wěn)定性是RPC長期性能研究的主要內(nèi)容[1213，122124]。研究結(jié)果表明：由于孔隙致密，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的RPC收縮和徐變均減小，收縮的速度較普通混凝土快，在24 h內(nèi)可完成總收縮量的1/2，這有利于預(yù)應(yīng)力RPC構(gòu)件工廠化生產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)效率的提高；隨著水灰比和高效減水劑摻量的增加，RPC收縮增大[125]。對于溫度20 ℃、相對濕度50%下養(yǎng)護(hù)的RPC，標(biāo)準(zhǔn)試件（75 mm×75 mm×280 mm）1 d的總收縮為377×10-6，7 d的總收縮為488×10-6，其早期收縮占總收縮的77%；與標(biāo)準(zhǔn)試件相比，小試件（25 mm×25 mm×280 mm）的總收縮較大[126]。
在RPC中摻入SAP（Superabsorbent Polymer）和SRA（Shrinkagereducing Admixture）可使RPC的自收縮降低[127]。在阻止水蒸發(fā)方面，采用石蠟效果比較好。在凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)中，當(dāng)抗穿透壓力為1.5 MPa時(shí)，UHPC的應(yīng)力開始發(fā)展，這個(gè)時(shí)間比初凝時(shí)間早0.6 h，該時(shí)間被定義為零應(yīng)力點(diǎn)；自收縮應(yīng)變比總應(yīng)變大，15 d時(shí)為6.13×10-4。超聲波技術(shù)可用于測量其早期抗拉強(qiáng)度和彈性模量[128]。文獻(xiàn)[129]中認(rèn)為：零應(yīng)力點(diǎn)是澆注后6 h；從6～15 h，自收縮應(yīng)變?yōu)?.77×10-4；由于自干燥，30 d時(shí)，自收縮應(yīng)變?yōu)?.53×10-4；因?yàn)椴ＡЮw維增強(qiáng)復(fù)合材料（GFRP）的剛度最低，只有普通鋼筋的1/4，采用GFRP的自收縮應(yīng)力只有采用普通鋼筋變形的66.5%～70.1%；鋼筋表面特性對自收縮影響不大。文獻(xiàn)[130]中認(rèn)為，摻入纖維可以減少SRA從UHPC中的滲出，減少早期收縮，從而提高UHPC的抗裂性。高溫養(yǎng)護(hù)加速了水化和自干燥過程，所以UHPC自收縮增加[131]。
對于預(yù)測長期性能來說，采用拉伸徐變比抗拉強(qiáng)度更合適，因?yàn)槔煨熳兏鼮槊舾星抑匾崽幚砗弯摾w維對拉伸徐變性能的影響較大，由于纖維基體界面在熱處理下變得致密，短直鋼纖維能降低UHPC的拉伸徐變[132]。對于徐變，雖然徐變系數(shù)較小，但是由于材料的強(qiáng)度提高，早齡期加載產(chǎn)生的徐變變形還是相當(dāng)可觀的，因此，工程應(yīng)用中應(yīng)盡可能地采用晚齡期加載。
4.3耐久性
對于RPC的耐久性研究，其主要集中在抗除冰鹽腐蝕、抗氯離子滲透能力以及抗凍融循環(huán)能力等方面[1213，133136]。
大量的研究均表明：RPC具有非常致密的細(xì)觀結(jié)構(gòu)和很強(qiáng)的抗?jié)B透能力以及很好的抗凍融循環(huán)能力[137]；UHPC的耐水性比普通混凝土好（以滲出的鈣為指標(biāo)）[138]，UHPC具有很好的水密性和愈合裂縫的能力[139]，UHPC耐硫酸鹽、氯鹽，但是不耐高濃度硫酸[140]。文獻(xiàn)[141]中指出：UHPC的抗彎強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的16%～18%；將凍融循環(huán)1 098次構(gòu)件與放置于20 ℃的水中養(yǎng)護(hù)1年的構(gòu)件相比，其抗壓強(qiáng)度和彈性模量反而增加。文獻(xiàn)[142]中指出，氣體滲透法比孔結(jié)構(gòu)能更準(zhǔn)確評(píng)價(jià)UHPFRC的耐久性；UHPFRC的耐久性較普通混凝土和砂漿好。
4.4其他性能
研究人員對UHPC的其他性能也開展了研究，如高溫、抗爆抗沖擊、粘結(jié)性能等。
UHPC立方體抗壓強(qiáng)度在溫度達(dá)到100 ℃時(shí)開始下降，在200 ℃～500 ℃之間時(shí)增加，溫度超過600 ℃后又開始下降。當(dāng)溫度低于300 ℃時(shí)，UHPC立方體抗壓強(qiáng)度隨著纖維摻量的增加而增加，但是當(dāng)溫度高于300 ℃時(shí)，UHPC立方體抗壓強(qiáng)度隨著纖維摻量的增加而降低。UHPC立方體抗拉強(qiáng)度在200 ℃時(shí)開始下降，在200 ℃～300 ℃之間時(shí)增加，溫度超過300 ℃后又開始下降。當(dāng)溫度低于600 ℃時(shí)，UHPC立方體抗拉強(qiáng)度隨著纖維摻量的增加而增加，但是當(dāng)溫度高于600 ℃時(shí)，UHPC立方體抗拉強(qiáng)度隨著纖維摻量的增加而降低。在火災(zāi)環(huán)境下，UHPC抗拉強(qiáng)度降低速度比其抗壓強(qiáng)度快，UHPC強(qiáng)度降低速度和質(zhì)量損失率低于普通混凝土和高性能混凝土[143145]。在UHPC中復(fù)摻鋼纖維和聚丙烯纖維，聚丙烯纖維在高溫下融化后，為蒸汽提供逸出通道，提高了UHPC的抗火性能，但是其效果不如高強(qiáng)混凝土和高性能混凝土[146]。
UHPC抗爆性優(yōu)于普通混凝土[147]，穿透深度小于C30混凝土的1/2[148]，鋼纖維可避免它在動(dòng)荷載下產(chǎn)生粉碎性破壞[149150]。Lai等[151]建立了受沖擊后RPC的本構(gòu)關(guān)系，并模擬了其沖擊破壞過程。Tai[152]建立了動(dòng)能量耗能能力與高應(yīng)變率、鋼纖維含量之間的關(guān)系。文獻(xiàn)[153]中研究了彎曲荷載和剪切荷載下的UHPC動(dòng)力特性，給出了動(dòng)力增長系數(shù)的變化規(guī)律。文獻(xiàn)[154]中的研究發(fā)現(xiàn)，UHPC在動(dòng)載下的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度對應(yīng)變率和應(yīng)力率很敏感。文獻(xiàn)[155]中采用離散元編制并驗(yàn)證了模擬彈體侵徹的程序CORTUF。
UHPC的粘結(jié)性能包括它與鋼筋的粘結(jié)性能和它與其他混凝土的粘結(jié)性能。文獻(xiàn)[156]，[157]中研究了光圓鋼筋與RPC的粘結(jié)性能。文獻(xiàn)[158]中研究了高強(qiáng)鋼筋與RPC的粘結(jié)性能，結(jié)果表明，與普通混凝土相比，高強(qiáng)鋼筋與RPC的荷載滑移曲線上升段較陡，下降段平緩或有回升。文獻(xiàn)[159]中研究了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）筋與UHPFRC的粘結(jié)，發(fā)現(xiàn)光圓CFRP筋的粘結(jié)強(qiáng)度與磨砂CFRP筋的相差不多；隨著CFRP筋直徑和錨固長度的增大，粘結(jié)強(qiáng)度降低，破壞發(fā)生在CFRP筋外層。此外，有些學(xué)者還研究了RPC的斷裂性能[96]、抗裂評(píng)價(jià)方法[160]、疲勞損傷[161]等。5工程應(yīng)用研究
5.1基本構(gòu)件的受力性能
配筋RPC梁和預(yù)應(yīng)力RPC梁受力性能的研究，主要集中在RPC較高的抗拉能力對結(jié)構(gòu)正截面和斜截面抗裂性能與極限承載力影響的分析上，研究結(jié)果表明，在設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)以充分考慮RPC材料優(yōu)良的抗拉能力[162172]。與普通梁相比，UHPFRC梁具有更好的極限荷載、剛度和抗裂性能[171]。澆注UHPC方法不同，即從梁的中間部位開始澆注和從梁的端部開始澆注，鋼纖維的方向不同，UHPC梁的抗彎性能也不同[172]。文獻(xiàn)[173]中研究了UHPC梁的扭轉(zhuǎn)性能，發(fā)現(xiàn)隨著配箍率的增加，極限扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度增加，且極限扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度隨著縱筋配筋率的增加而增加。
與配普通鋼筋相比，采用高強(qiáng)鋼筋的UHPC梁具有較好的延性和較高的富余承載力[174]。在梁中采用UHPC作為受拉鋼筋，可承擔(dān)30 MPa的彎曲拉伸強(qiáng)度，且沒有任何滑移現(xiàn)象，梁具有較好的延性[175]。與沒有鋼骨的UHPC梁相比，預(yù)應(yīng)力鋼骨UHPC梁具有較高的富余抗剪承載力、裂后剛度以及較好的剪切延性[176]。
對UHPC梁板的抗沖擊能力也進(jìn)行了研究，在沒有箍筋情況下，沖擊荷載作用下的RPC梁產(chǎn)生很多細(xì)小的裂縫，發(fā)生延性的彎曲破壞[177]。在RPC梁中，加載速度的增加將使其極限荷載、荷載位移曲線下降段的斜率和極限撓度得到提高[178]。文獻(xiàn)[179]中研究了UHPFRC在沖擊荷載和靜力荷載下的反應(yīng)；在沖擊荷載下，板的強(qiáng)度和斷裂能遠(yuǎn)大于靜力荷載時(shí)的。文獻(xiàn)[180]中對UHPFRC板在沖擊荷載下的性能進(jìn)行了數(shù)值模擬，在該模型中考慮了UHPFRC的應(yīng)變軟化，并進(jìn)行了參數(shù)分析。文獻(xiàn)[181]中比較了普通混凝土柱和UHPC柱在沖擊荷載下的性能，并進(jìn)行了仿真分析。
