钢筋混凝土结构工程的发展综述

李会敏

【摘 要】本文主要阐述了钢筋混凝土结构以及预应力混凝土结构的工作原理和各自的优缺点，通过对这种建筑的层数和使用等要求对钢筋混凝土框架结构、框架一剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构的平面置进行了阐述。并阐述了碳纤维布加固钢筋混凝土结构的发展。

【关键词】钢筋混凝土 预应力钢筋混凝土 结构形式 碳纤维布加固

我国早期的建筑物大多使用木材、泥土和石等天然材料建成的，随着社会生产力发展，人们对建筑物的要求也不断提高，在钢筋混凝土材料被发明之后，建筑的高度和结构体系都有了划时代的变化。而采用预应力混凝土结构，不仅能节约材料和改善结构功能，还可以解决其他结构材料不能解决的技术问题。

1钢筋混凝土结构工程的发展

1.1 钢筋混凝土结构工作的原理

混凝土和钢筋两种不同性质的材料之所以能够有效的共同工作，是因为由混凝土硬化后与钢筋之间存在着足够的粘结力，使钢筋和混凝土两者能紧密的连接在一起。同时，将光面钢筋的端部做成弯钩及钢筋冷轧或者热轧、冷拉处理，可增强混凝土和钢筋两者之间的粘结力，为了保证钢筋和混凝土之间的可靠粘结以及避免钢筋锈蚀，钢筋周围必须有（15-3O）mm[1]的混凝土保护层。其次混凝土与钢筋有着相近的温度膨胀系数（前者为1.2×10-5，后者为1.0×10-5-1.48×10-5 ）[2]，当外界温度变化产生热胀冷缩时，不会因为两种材料胀缩不一样，而破坏两者之间的粘结力。

1.2 钢筋混凝土结构的优点

钢筋混凝土作为建筑材料之所以在各种土木建筑工程中有广泛的使用，因为其具有以下几个方面的优点：（1）取材容易：混凝土所用的砂、石一般可就地取材，还可利工业废料（如矿渣、粉煤灰等），制成人造骨料用于混凝土中，不但解决了废料处理问题且可减轻结构自重，价格也比较便宜。（2）耐火、耐久性好：钢筋被混凝土包裹着不易锈蚀，维修费用少。（3）可塑性、整体性好：由于新拌和而来结硬的混凝土是可塑的，根据需要，可按照不同模板尺寸和式样浇筑成设计所要求得形式。混凝土结硬后，其整体性及刚度好。（4）修理费用少：钢筋混凝土结构的修理费用很少，几乎与石材建筑物相同。

1.3 钢筋混凝土结构的缺点

钢筋混凝土结构需要在施工和防护阶段注意以下缺点：（1）自重大：对某些大型构件会给施工和安装带来困难。（2）抗裂性能差：由于混凝土抗拉强度低，在正常使用时，构件裂缝出现的早往往会带裂缝工作。（3）费工，费模板：现场施工周期长，且受季节性影响。

2预应力钢筋混凝土结构的发展

2.1预应力混凝土的基本原理

预先对混凝土或钢筋混凝土结构或构件施加压应力，使之处于一种认为的应力状态[3]。这种应力的大小和分布能抵消使用荷载作用下而产生的拉应力，从而使结构或构件在使用荷载的作用下不至开裂，或推迟开裂，或减小裂缝开展的宽度。一般情况下，预加应力是由张拉后的预应力钢筋提供的。

2.2 预应力混凝土结构主要特点

优点：（1）提高结构和构件的受力性能。预应力能克服混凝土抗拉能力低这一弱点，可以根据构件的受力特点和使用条件，控制裂缝的出现及裂缝开展的宽度。使用预应力后，能提高构件的刚度和减小构件弯曲程度。（2）节约钢材、混凝土，减轻结构自重。使用高强度钢筋，建立有效的预应力，使用高强度混凝土能承受压应力，使用高强度材料后，可以减小构件的截面尺寸，节省钢材和混凝土，降低结构的自重。（3）提高结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。预应力能有效的控制混凝土的开裂或裂缝开展的宽度，减少有害杂质对钢筋的侵蚀，有利于结构承受动荷载，增强其抗震能力，延长其使用年限。（4）可以解决使用其他结构材料难以解决的技术问题。

3钢筋混凝土结构形式的发展

随着我国经济水平的不断提高和城市人口的不断集中，建设高层集合住宅不断提升。早期建筑，由于层数少，多采用框架结构。框架体系平面布置较为灵活水平而荷载产生的截面弯矩是随房屋高度迅速增加的，因此房屋达到一定的高度后，为满足强度和高度的要求，框架底下几层的梁柱截面尺寸将会过大，将不会满足紧急要求，从而采用高强度的结构材料，使房屋显得柔软，风荷载或地震作用对高层较为不利，因此，采取有效措施是在房屋中设置一些剪力墙，也就是框架一剪力墙结构。 随房屋层数和高度的进一步增加（一般当房屋层数超过25层以上）[4]，水平荷载对房屋的影响更厉害，而需要设置的剪力墙数量过多以至于整个房屋中剩下的框架所剩无几，则宜采用剪力墙结构，从理论上说，这种结构可做到100-150层。当建筑高度再提高时剪力墙结构无法满足设计要求，从而出现了筒体结构。这种结构将剪力墙集中放置，建筑获得了较大空间，使平面布置较为灵活，具有很好的整体性和抗侧移性且在满足功能要求方面也具有明显的优势，更适用于超高层的建筑物。

4碳纤维加固钢筋混凝土结构的研究

近年来，碳纤维材料以其轻质、高强、抗腐蚀、耐疲劳及其温度稳定性而受到土木工程界的青睐。20世纪80年代以来，日本、美国和新加坡等大多大学及科研机构，都相继对碳纤维材料用于混凝土结构的加固做了大量的研究。并与其他的技术相比，粘贴碳纤维布加固修补混凝土结构具有明显的技术优势，主要表现在[5]：高强、耐腐蚀性和耐久性，质轻，适用范围广，便于施工且质量易于保证，耐疲劳性好。基于以上优点，碳纤维加固钢筋混凝土结构技术虽得到了广泛的应用，但是当火灾发生时，如果碳纤维加固混凝土结构没有施加防护措施，就会失效，也就是说碳纤维加固混凝土结构在没有防護情况下的耐火性能较差。

5结语

经过数十年的对混凝土的开发与推广，取得了很大进展，在房屋建筑、桥梁、水利等中得到了广泛的应用，节约了大量的材料和投资，促进了社会生产的发展。加之碳纤维布加固钢筋混凝土结构是一种良好的加固技术，在工程中得到了广泛的应用。但碳纤维布加固钢筋混凝土结构的耐火性能较差，因此对碳纤维布加固钢筋混凝土结构的抗火性能的研究很有必要。

【参考文献】

[1]蔺伯华，杨广林.钢筋混凝土结构工程.中国铁道出版社.2011，23-30.

[2]K.B CaXHOBCK？？：eЛe？Oo？eTHHbIe，KoHCTPYK？？ ，MockBa，1959：287-288

[3]李国平，黄鼎业，黄侨.预应力混凝土结构设计原理.人民交通出版社.2009，240-244.

[4]R.Park and T.Paulay.Reinforce Cencrete Structures.John Wiley&Sons Ine.1975，481-489。

[5]G.Brendel：Stahlbetonbau，1958，12-14