現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)理論與應(yīng)用素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等以混凝土為主制成的結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為混凝土結(jié)構(gòu)。混凝土結(jié)構(gòu)是工業(yè)和民用建筑、橋梁、隧道、礦井以及水利、海港等工程中廣泛使用的結(jié)構(gòu)形式

混凝土和鋼筋是兩種力學(xué)性能不同的材料，混凝土抗壓強(qiáng)度較高，而抗拉強(qiáng)度則很低；鋼筋的具有很高的抗拉和抗壓強(qiáng)度，但在一般的環(huán)境中易于銹蝕，耐火性差，細(xì)長(zhǎng)的鋼筋容易被壓屈。若在混凝土中配置鋼筋，用抗拉強(qiáng)度高的鋼筋承受拉力，用抗壓強(qiáng)度較高混凝土承受壓力，使兩者性能得到優(yōu)化，可充分發(fā)揮兩者的強(qiáng)度，同時(shí)放置在混凝土中的鋼筋受到混凝土的保護(hù)，則不易銹蝕，提高了耐火性能。試驗(yàn)表明，鋼筋和混凝土這兩種性質(zhì)不同的材料能有效地結(jié)合在一起共同工作。其原因主要是由于混凝土和鋼筋之間有著良好的粘結(jié)力，使兩者能可靠地結(jié)合成一個(gè)整體，在荷載作用下能共同變形；其次，鋼筋和混凝土具有相近的溫度線膨脹系數(shù)（鋼筋的溫度線膨脹系數(shù)為1.2×10-5/0C,混凝土的溫度線膨脹系數(shù)為1.0×10-5～1.5×10-5/0C,），當(dāng)溫度變化時(shí)，不致產(chǎn)生較大鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由配置受力的普通鋼筋、鋼筋網(wǎng)或鋼筋骨架的混凝土制成的結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是充分利用混凝土和鋼筋的材料性能，使兩者共同發(fā)揮作用，在實(shí)際工程應(yīng)用最普遍。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是由配置受力的預(yù)應(yīng)力鋼筋通過張拉或其它方法建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土制成的結(jié)構(gòu)，由于其有效提高混凝土構(gòu)件的抗裂性能和構(gòu)件的剛度因，此在實(shí)際工程得到了廣泛應(yīng)用[1]。結(jié)構(gòu)理論設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，在可靠性分析方面經(jīng)歷了從定量的、經(jīng)驗(yàn)的到概率的幾個(gè)發(fā)展階段。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初期，在工程中采用鋼筋混凝土建造各種板、梁、柱和拱等簡(jiǎn)單的構(gòu)件為標(biāo)志，但所采用的混凝土和鋼筋的強(qiáng)度都較低，鋼筋混凝土的計(jì)算理論尚未建立，人們主要著眼于整個(gè)結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力，而未能建立起材料的精確應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和截面強(qiáng)度等系統(tǒng)概念。設(shè)計(jì)主要是依靠純經(jīng)驗(yàn)的生物比擬，或者是對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行直接的荷載實(shí)驗(yàn)。到了1900年，已形成了比較完整的彈性理論系統(tǒng)，并為大家所接受，也就是形成了一種科學(xué)理論范式。在此范式下，形成了基于彈性理論的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，即容許應(yīng)力設(shè)計(jì)理論。這是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論發(fā)展的第一次飛躍。進(jìn)入20世紀(jì)以后，由于對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞性能研究的不斷深入，并考慮結(jié)構(gòu)材料的塑性性能，1932年蘇聯(lián)的羅列依托提出了按破損階段方法設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度理論，即破損階段理論。這時(shí)開始出現(xiàn)裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和殼體空間結(jié)構(gòu)，但其主要成就在于預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)明和應(yīng)用，混凝土和鋼筋的強(qiáng)度也得到了提高，鋼筋混凝土被用來建造大跨度空間結(jié)構(gòu)。這是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論發(fā)展的第二次飛躍。70年代以來，國(guó)際上在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法方面，開始采用基于可靠度的概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。這是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論發(fā)展的第三次飛躍，也是現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論[2]。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和方法經(jīng)過長(zhǎng)期的發(fā)展,形成了以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。我國(guó)的設(shè)計(jì)規(guī)范就是基于此理論和方法制定的，目的是保證建筑結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。然而，受科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的限制以及實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中存在的多種不確定性因素，上述目的的實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。在理論及應(yīng)用上，目前的結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)方法都與工程要求有較大的差距[3]?？紤]不同功能要求的結(jié)構(gòu)體系的可靠度理論和方法還在探索中，取得的研究成果目前尚難直接應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)。故為保證結(jié)構(gòu)的安全可靠，不僅要研究結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)上的各項(xiàng)作用特性、結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析方法及結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理，還應(yīng)研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全性能的影響，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全性能的貢獻(xiàn)。這對(duì)于全面了解我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的可靠度水平，真實(shí)反映目前建筑結(jié)構(gòu)的安全性能，全面考慮結(jié)構(gòu)生命周期中的設(shè)計(jì)、施工、使用階段，選擇合理的結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置，保證結(jié)構(gòu)具有明確的傳力路徑等有著極為重要的意義[4]。凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)相比，歷史不長(zhǎng)，但自19世紀(jì)中葉開始使用后，由于混凝土和鋼筋材料性能的不斷改進(jìn)，結(jié)構(gòu)理論施工技術(shù)的進(jìn)步使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)得到迅速發(fā)展，其應(yīng)用也涵蓋了工業(yè)和民用建筑、橋梁、隧道、礦井以及水利、海港等土木工程領(lǐng)域。一、混凝土結(jié)構(gòu)理論發(fā)展1.容許應(yīng)力設(shè)計(jì)理論容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法，也稱為ASD法。這種方法要求在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下，按彈性理論計(jì)算得到的構(gòu)件截面任一點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)不大于規(guī)定的容許應(yīng)力，而容許應(yīng)力是由材料強(qiáng)度除以安全系數(shù)求的的，安全系數(shù)則依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷來確定。表達(dá)式為：式中：—結(jié)構(gòu)材料性能，其值由實(shí)驗(yàn)確定；—安全系數(shù)。該法的主要優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用簡(jiǎn)便，各種結(jié)構(gòu)用該法設(shè)計(jì)，一般認(rèn)為可以滿足使用要求。只要保持使用荷載下的低應(yīng)力，結(jié)構(gòu)的變形和裂縫寬度等很少會(huì)達(dá)到臨界值。其缺點(diǎn)是由于單一的安全系數(shù)是一個(gè)籠統(tǒng)的安全系數(shù)，因而給定的容許應(yīng)力不能保證各種結(jié)構(gòu)具有比較統(tǒng)一的安全水平，也沒有考慮荷載不同比率、不同荷載效應(yīng)下對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。這種方法采用憑經(jīng)驗(yàn)確定的定值的單一安全系數(shù)，沒有考慮各種結(jié)構(gòu)具體情況的差異，因而不能保證所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有比較一致的安全水平。例如不同結(jié)構(gòu)承受各種不同類型荷載的組合，各種荷載超過標(biāo)準(zhǔn)值的概率和幅度各不相同，尤其對(duì)某些活荷載有較大的超載可能，有些情況某些荷載小于標(biāo)準(zhǔn)值反而對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件更不利；因而在相同的安全系數(shù)下將反映不同的安全度。各種材料的強(qiáng)度性能等的離散情況（標(biāo)準(zhǔn)差）不同，需要采用相應(yīng)不同的安全系數(shù)（鋼材強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差較小，故鋼結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)小于鋼筋混凝土和砌體等結(jié)構(gòu)），安全系數(shù)較大的結(jié)構(gòu)也不反映有更大的安全度；等等。此外，容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法按彈性方法計(jì)算構(gòu)件應(yīng)力；因而對(duì)發(fā)展塑性變形能繼續(xù)提高承載力的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)（如受彎構(gòu)件等）將比發(fā)展塑性變形不能或較少提高承載力的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)（如軸心受力構(gòu)件）具有更大的實(shí)際安全儲(chǔ)備和安全度。容許應(yīng)力理論是假定材料是勻質(zhì)的、連續(xù)的彈性材料，完全符合虎克定律。但是在結(jié)構(gòu)的可靠度原則方面存在著許多的問題：①?zèng)]有對(duì)使用階段給出明確的定義，也就是使用階段荷載的取值原則規(guī)定得不明確；②把影響結(jié)構(gòu)可靠的種種因素統(tǒng)統(tǒng)歸結(jié)在反映材料性質(zhì)的容許應(yīng)力上，顯然是不合理的；③的取值也無科學(xué)依據(jù)，純屬經(jīng)驗(yàn)的，歷史上曾多次提高過材料的容許應(yīng)力；④按容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)的構(gòu)件是否安全可靠，無法用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。2.破損階段理論容許應(yīng)力理論存在的重大缺陷使不少研究者轉(zhuǎn)向極限強(qiáng)度理論的探索，并奠定了按構(gòu)件破壞時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)的極限強(qiáng)度理論基礎(chǔ)。該法不研究構(gòu)件在使用時(shí)的狀況，而直接研究構(gòu)件最終破壞時(shí)的承載能力。例如對(duì)于一矩形單筋梁，按此法設(shè)計(jì)時(shí)，要求作用在截面上的彎矩不大于極限彎矩除以某一安全系數(shù)，其表達(dá)式為：，安全系數(shù)是用來考慮影響結(jié)構(gòu)安全的所有因素的。該理論的優(yōu)點(diǎn)主要有：①它能反映出材料的塑性性質(zhì)，結(jié)束了長(zhǎng)期以來假定混凝土為彈性體的局面；②該理論采用了一個(gè)安全系數(shù)，使得構(gòu)件有了總的安全度的概念；③它以承載能力值為依據(jù)，其計(jì)算值是否正確可由實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。但是破損階段理論還存在一些重大的缺陷，主要包括：①按破損階段計(jì)算，構(gòu)件的強(qiáng)度雖然得到了保證，但是卻無法了解構(gòu)件在正常使用時(shí)能否滿足正常使用要求；②K的取值仍然需要經(jīng)驗(yàn)確定，并無嚴(yán)格的科學(xué)依據(jù)；③采用籠統(tǒng)的單一安全系數(shù)，無法就不同荷載、不同材料對(duì)構(gòu)件安全的影響加以區(qū)別對(duì)待，不能正確地對(duì)待結(jié)構(gòu)安全度；④荷載的取值也仍然是經(jīng)驗(yàn)的；⑤采用的材料強(qiáng)度是平均值，它不能正確反映材料強(qiáng)度的變異程度，顯然也是不夠合理的。3.概率極限狀態(tài)理論由于破損階段理論還有諸多的缺點(diǎn)，進(jìn)一步發(fā)展的極限狀態(tài)理論應(yīng)運(yùn)而生。20世紀(jì)60年代產(chǎn)生了概率極限狀態(tài)理論。概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，也稱為L(zhǎng)RFD法，這種方法除考慮兩類極限狀態(tài)、采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法以一定概率確定荷載和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值以外，還給出極限狀態(tài)方程和功能函數(shù)，用結(jié)構(gòu)失效概率或可靠指標(biāo)度量結(jié)構(gòu)可靠性，對(duì)荷載效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R的聯(lián)合分布進(jìn)行考察，在結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程和結(jié)構(gòu)可靠度之間以概率建立關(guān)系。這種方法只需考慮隨機(jī)變量的平均值（又稱一階原點(diǎn)矩）和方差（即標(biāo)準(zhǔn)差的平方，又稱二階中心矩），而且在計(jì)算中對(duì)非線性的結(jié)構(gòu)功能函數(shù)用泰勒級(jí)數(shù)展開，取一次冪項(xiàng)近似變?yōu)榫€性的。所以這種方法稱為一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，簡(jiǎn)稱一次概率法或二階矩概率法。因?yàn)橛眠@種方法分析結(jié)構(gòu)可靠度還存在一定的近似性，所以有時(shí)也稱近似概率法。本理論明確地規(guī)定了結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)的概念，并規(guī)定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的承載能力、變形、裂縫出現(xiàn)和開展三種極限狀態(tài)，比較全面地考慮了結(jié)構(gòu)的不同工作狀態(tài)。它比前兩法有較大改進(jìn)，對(duì)于結(jié)構(gòu)可靠度放棄了前兩法采用的單一的籠統(tǒng)的安全系數(shù)，采用三個(gè)系數(shù)（超載、均質(zhì)和工作條件系數(shù)）來分別考慮荷載、材料性能和工作條件等隨機(jī)因素的影響。有的系數(shù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析確定，在標(biāo)準(zhǔn)荷載和材料變準(zhǔn)強(qiáng)度取值方面采用了數(shù)理統(tǒng)計(jì)手段，因此比前兩法要客觀得多，比較符合客觀實(shí)際。該法對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度賦予概率定義，以結(jié)構(gòu)的失效概率或者可靠度指標(biāo)來度量結(jié)構(gòu)可靠度，并建立了結(jié)構(gòu)可靠度與結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)方程之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。在計(jì)算可靠指標(biāo)時(shí)，考慮了基本變量的概率分布類型和采用了線性化的近似手段；在截面計(jì)算時(shí)，采用分項(xiàng)系數(shù)的使用設(shè)計(jì)表達(dá)式：1）功能函數(shù)、極限狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)構(gòu)件完成預(yù)定功能的工作狀態(tài)可以用作用效應(yīng)S和結(jié)構(gòu)抗力R的關(guān)系來描述，這種表達(dá)式稱為結(jié)構(gòu)功能函數(shù)，用Z來表示當(dāng)時(shí)，結(jié)構(gòu)能夠完成預(yù)定的功能，處于可靠狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定的功能，處于失效狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，即，結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。，稱為極限狀態(tài)方程。2）結(jié)構(gòu)可靠度、失效概率及可靠指標(biāo)結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率，稱為結(jié)構(gòu)的可靠度3）結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果（危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會(huì)影響等）的嚴(yán)重性，采用不同的安全等級(jí)。建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)劃分見表1.1。4）目標(biāo)可靠指標(biāo)當(dāng)有關(guān)變量的概率分布類型及參數(shù)已知時(shí)，就可按上述β值計(jì)算公式求得現(xiàn)有的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)?！督y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》以我國(guó)長(zhǎng)期工程經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)可靠度水平為校準(zhǔn)點(diǎn)，考慮了各種荷載效應(yīng)組合情況，選擇若干有代表性的構(gòu)件進(jìn)行了大量的計(jì)算分析，規(guī)定結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo)，稱為目標(biāo)可靠指標(biāo)β。結(jié)構(gòu)構(gòu)件屬延性破壞時(shí)，目標(biāo)可靠指標(biāo)β取為3.2；結(jié)構(gòu)構(gòu)件屬脆性破壞時(shí)，目標(biāo)可靠指標(biāo)β取為3.7。表1.1建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)安全等級(jí)破壞后果建筑物類型一級(jí)很嚴(yán)重重要的房屋二級(jí)嚴(yán)重一般的房屋三級(jí)不嚴(yán)重次要的房屋破壞類型安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)延性破壞3.73.22.7脆性破壞4.23.73.2對(duì)應(yīng)于直接作用按隨時(shí)間的變異分類，結(jié)構(gòu)上的荷載可分為三類：（1）永久荷載，如結(jié)構(gòu)自重、土壓力、預(yù)應(yīng)力等；（2）可變荷載，如樓面活荷載、屋面活荷載、積灰荷載、吊車荷載、風(fēng)荷載和雪荷載等；（3）偶然荷載，如爆炸力、撞擊力等。荷載代表值是指設(shè)計(jì)中用以驗(yàn)算極限狀態(tài)所采用的荷載量值。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)不同荷載應(yīng)采用不同的代表值。永久荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值；可變荷載應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值或準(zhǔn)永久值作為代表值；偶然荷載應(yīng)按建筑結(jié)構(gòu)使用的特點(diǎn)確定其代表值。5）荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值是《荷載規(guī)范》規(guī)定的荷載基本代表值，為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計(jì)分布的特征值（如均值、眾值、中值或某個(gè)分位值）（如均值、眾值、中值或某個(gè)分位值）。由于最大荷載值是隨機(jī)變量，因此，原則上應(yīng)由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（50年）荷載最大值概率分布的某一分位數(shù)來確定。但是，有些荷載并不具備充分的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，只能根據(jù)已有的工程經(jīng)驗(yàn)確定。因此，實(shí)際上荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值的分位數(shù)并不統(tǒng)一。永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)于結(jié)構(gòu)或非承重構(gòu)件的自重，由于其變異性不大，而且多為正態(tài)分布，一般以其分布的均值（分位數(shù)為0.5）作為荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，可由設(shè)計(jì)尺寸與材料單位體積的自重計(jì)算確定。可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值由《荷載規(guī)范》給出，設(shè)計(jì)時(shí)可直接查用。6）荷載準(zhǔn)永久值荷載準(zhǔn)永久值是指可變荷載在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，其超越的總時(shí)間約為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一半的荷載值，為可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)ψq。荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)ψq由《荷載規(guī)范》給出。如住宅樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)為2.0kN/m2，荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)ψq為0.4，則活荷載準(zhǔn)永久值為kN/m2。7）荷載組合值荷載組合值是指對(duì)可變荷載，使組合后的荷載效應(yīng)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)內(nèi)的超越概率，能與該荷載單獨(dú)出現(xiàn)時(shí)的相應(yīng)概率趨于一致的荷載值；或使組合后的結(jié)構(gòu)具有統(tǒng)一規(guī)定的可靠指標(biāo)的荷載值。荷載組合值為可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以荷載組合值系數(shù)ψc。荷載組合值系數(shù)ψc由《荷載規(guī)范》給出。如住宅，樓面均布荷載標(biāo)準(zhǔn)為2.0kN/m2，荷載組合值系數(shù)ψc為0.7，則活荷載組合值為kN/m2。8）取值原則材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所采用的材料強(qiáng)度的基本代表值，也是生產(chǎn)中控制材料性能質(zhì)量的主要指標(biāo)，用于結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算。鋼筋和混凝土的材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有不小于95%保證率的強(qiáng)度值，即式中，fk、fm分別為材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值和平均值；、分別為材料強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)。材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值用于結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算。鋼筋和混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值由相應(yīng)材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與其分項(xiàng)系數(shù)的比值確定，即式中，fd材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；gd材料分項(xiàng)系數(shù)。主要通過對(duì)可靠指標(biāo)的分析及工程經(jīng)驗(yàn)校準(zhǔn)確定，反映材料強(qiáng)度離散程度對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的影響。9）鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值根據(jù)可靠度要求，熱軋鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取具有不小于95%保證率的屈服強(qiáng)度，熱處理鋼筋、鋼絲、鋼絞線的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取具有不小于95%保證率的名義屈服強(qiáng)度。鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值與其標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)系為式中，fy、fyk?分別為鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和標(biāo)準(zhǔn)值；fpy、fptk分別為預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和標(biāo)準(zhǔn)值；10）混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck和軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk，是假定與立方體強(qiáng)度具有相同的變異系數(shù)，由立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fcu,k推算而得到。混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck，可由其強(qiáng)度平均值fc,m按概率和試驗(yàn)分析來確定。因得考慮到結(jié)構(gòu)中混凝土強(qiáng)度與試件強(qiáng)度之間的差異?！兑?guī)范》根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，以及參考其他國(guó)家的有關(guān)規(guī)定，對(duì)試件混凝土強(qiáng)度修正系數(shù)取值0.88。此外，還考慮混凝土脆性折減系數(shù)αc2，則混凝土脆性折減系數(shù)αc2是考慮高強(qiáng)混凝土脆性破壞特征對(duì)強(qiáng)度影響的系數(shù)，強(qiáng)度等級(jí)愈高，脆性愈明顯?；炷翉?qiáng)度等級(jí)<C40時(shí)取值1.0，C80時(shí)取值0.87，中間按線性插值。軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk，與軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的確定方法和取值類似，可由其抗拉強(qiáng)度平均值ft,m按概率和試驗(yàn)分析來確定，并考慮試件混凝土強(qiáng)度修正系數(shù)0.88和脆性折減系數(shù)αc2，則混凝土的變異系數(shù)d按表1.2取用?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60~C80變異系數(shù)d0.210.180.160.140.130.120.120.110.110.10表1.2混凝土的變異系數(shù)d結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力計(jì)算，應(yīng)采用如下承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式γ0結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對(duì)安全等級(jí)為一級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為100年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.1；對(duì)安全等級(jí)為二級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.0；對(duì)安全等級(jí)為三級(jí)或設(shè)計(jì)使用年限為5年及以下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于0.9。S承載能力極限狀態(tài)的荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值；R結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值；R結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力函數(shù)；fc、fs分別為混凝土和鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；ak幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)幾何參數(shù)的變異性對(duì)結(jié)構(gòu)性能有明顯的不利影響時(shí)，可另增減一個(gè)附加值。當(dāng)結(jié)構(gòu)同時(shí)作用有多種可變荷載，如框架結(jié)構(gòu)除了樓（屋）面活荷載外，一般還同時(shí)作用有風(fēng)荷載；而排架結(jié)構(gòu)上作用的可變荷載還可能有吊車荷載、風(fēng)荷載、雪荷載等。各種可變荷載同時(shí)以最大值出現(xiàn)的概率是很小的。因此，在確定荷載效應(yīng)時(shí)，應(yīng)對(duì)所有可能同時(shí)出現(xiàn)的諸荷載效應(yīng)加以組合，求得組合后在結(jié)構(gòu)中的總效應(yīng)。11）正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式對(duì)于正常使用極限狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，分別按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)永久組合或標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響。采用概率極限設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以較全面地考慮影響結(jié)構(gòu)可靠性諸因素的客觀變異性，使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)更為合理。同時(shí)由于有了具體度量結(jié)構(gòu)可靠性的指標(biāo)，就可根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同要求和特點(diǎn)恰當(dāng)?shù)貏澐趾瓦x擇安全等級(jí)，以便處理好結(jié)構(gòu)可靠和經(jīng)濟(jì)之間的矛盾；而且可以做到使所設(shè)計(jì)的同類結(jié)構(gòu)構(gòu)件在不同的荷載作用下，具有較佳的可靠度一致性。此法的主要缺陷是各基本變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)尚不足，且在結(jié)構(gòu)可靠度分析中還引入了一些簡(jiǎn)化手段。因而此法還只是一種近似概率法，所涉及的結(jié)構(gòu)失效概率或可靠指標(biāo)也僅是運(yùn)算值[5]。因此，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論從最初的容許應(yīng)力設(shè)計(jì)理論到破損階段理論，再到概率極限設(shè)計(jì)理論的變遷，已經(jīng)形成了一個(gè)比較完善合理的設(shè)計(jì)理論?；炷两Y(jié)構(gòu)應(yīng)用建筑用混凝土的發(fā)展簡(jiǎn)史可以追溯到古希臘、羅馬時(shí)代，甚至可能在更早的古代文明中已經(jīng)使用了混凝土及其膠結(jié)材料。但直到1824年波特蘭水泥的發(fā)明才為混凝土的大量使用開創(chuàng)了新紀(jì)元。至今僅有160多年的歷史,其發(fā)展大致經(jīng)歷了四個(gè)不同的階段。第一階段鋼筋混凝土小構(gòu)件的應(yīng)用，設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)彈性理論方法。1801年考格涅特發(fā)表了有關(guān)建筑原理的論著，指出了混凝土這種材料抗拉性能較差，到1850年法國(guó)的蘭博特首先建造了一艘小型水泥船，并于1855年在巴黎博覽會(huì)上展出。接著法國(guó)的花匠莫尼爾在1867年制作了以金屬骨架作配筋的混凝土花盆并以此獲得專利。后來康納于1886年發(fā)表了第一篇關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)的理論與設(shè)計(jì)手稿。1872年美國(guó)人沃德建造了第一幢鋼筋混凝土構(gòu)件的房屋。1906年特納研制了第一個(gè)無梁平板。從此鋼筋混凝土小構(gòu)件已進(jìn)入工程實(shí)用階段。第二階段為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的大量應(yīng)用，設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)材料的破損階段方法。1922年英國(guó)人狄森提出了受彎構(gòu)件按破損階段的計(jì)算方法。1928年法國(guó)工程師弗來西奈發(fā)明了預(yù)應(yīng)力混凝土。其后鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土在分析、設(shè)計(jì)與施工等方面的工藝與科研迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多獨(dú)特的建筑物，如美國(guó)波士頓市的Kresge大會(huì)堂，英國(guó)的1951節(jié)日穹頂，美國(guó)芝加哥市的Marina摩天大樓，湖濱大樓等建筑物。1950年蘇聯(lián)根據(jù)極限平衡理論制定了“塑性內(nèi)力重分布計(jì)算規(guī)程”。1955年頒布了極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，從而結(jié)束了按破損階段的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。第三階段為工業(yè)化生產(chǎn)構(gòu)件與施工，結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用范圍擴(kuò)大，設(shè)計(jì)計(jì)算按極限狀態(tài)方法。由于二戰(zhàn)后許多大城市百?gòu)U待興，重建任務(wù)繁重。工程中大量應(yīng)用預(yù)制構(gòu)件和機(jī)械化施工以加快建造速度。繼蘇聯(lián)提出的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法之后，1970年英國(guó)，聯(lián)邦德國(guó)，加拿大，波蘭相繼采用此方法。并在歐洲混凝土委員會(huì)與國(guó)際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)（CEB-FIP）第六屆國(guó)際會(huì)議上提出了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工建議，形成了設(shè)計(jì)思想上的國(guó)際化統(tǒng)一準(zhǔn)則。第四階段為近代鋼筋混凝土力學(xué)這一新的學(xué)科的科學(xué)分支逐漸形成，以統(tǒng)計(jì)教學(xué)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)可靠性理論已逐漸進(jìn)入工程實(shí)用階段。電算的迅速發(fā)展使復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算成為可能。設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。概括為計(jì)算理論趨于完善，材料強(qiáng)度不斷提高，施工機(jī)械化程度越來越高，建筑物向大跨高層發(fā)展。從現(xiàn)代人類的工程建設(shè)史上來看，相對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和鋼、鐵結(jié)構(gòu)而言，混凝土結(jié)構(gòu)是一種新興結(jié)構(gòu)，它的應(yīng)用也不過一百多年的歷史。但有的考古學(xué)者認(rèn)為，水泥的起源約在公元前5—10萬年，以后在公元前3000年，用熟石膏和石灰混合在一起建造了著名埃及的金字塔，這是現(xiàn)存的最早的混凝土結(jié)構(gòu)物。其后在古希臘和羅馬時(shí)代，用這種水泥建造了很多建筑物和公路。進(jìn)入近代以來，經(jīng)過了J．Smeaton，J．Parker等人的試作階段，1824年英國(guó)的燒瓦工人JosephAspdin調(diào)配石灰?guī)r和粘土，首先燒成了人工的硅酸鹽水泥，并取得專利，成為水泥工業(yè)的開端。以后，對(duì)如何克服混凝土抗拉強(qiáng)度很低這一問題進(jìn)行了研究，1854年法國(guó)技師J．L．Lambot將鐵絲網(wǎng)斂入混凝土中制成了小船，并于第二年在巴黎博覽會(huì)上展出，這可以說是最早的RC制品。從此以后，F(xiàn)rancoisConigne，Wilkinson等人改進(jìn)了Lambot的制品，到1867年法國(guó)技師JosephMonier取得了用格子狀配筋制作橋面板的專利，RC工藝迅速地向前發(fā)展。1867這一年，是全世界公認(rèn)為最早的RC橋架設(shè)的一年。1877年美國(guó)的ThaddeusHyatt調(diào)查了梁的力學(xué)性質(zhì)，1887年德國(guó)的Konen提出了用混凝土承擔(dān)壓力和用鋼筋承擔(dān)拉力的設(shè)計(jì)方案，德國(guó)的J．Baushinger確認(rèn)了混凝土中的鋼筋不受銹蝕等問題，于是RC結(jié)構(gòu)又有了新的發(fā)展。1892年法國(guó)的Hennebique闡述了箍筋對(duì)抗剪的有效作用，并于1898年提出了T形粱的方案。關(guān)于柱子，前面提到的Conigne在RC樁方面得到了很多專利，Considere根據(jù)實(shí)驗(yàn)于1902年取得了螺旋鋼筋柱的專利[6]?？偠灾炷两Y(jié)構(gòu)是在19世紀(jì)中期開始得到應(yīng)用的，由于當(dāng)時(shí)水泥和混凝土的質(zhì)量都很差，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。直到19世紀(jì)末以后，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)，這一技術(shù)才得到了較快的發(fā)展。目前已成為現(xiàn)代工程建設(shè)中應(yīng)用最廣泛的建筑結(jié)構(gòu)之一。在工程應(yīng)用方面，混凝土結(jié)構(gòu)最初僅在最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)物如拱、板等中使用。隨著水泥和鋼材工業(yè)的發(fā)展。混凝土和鋼材的質(zhì)量不斷改進(jìn)、強(qiáng)度逐步提高。例如在美國(guó)20世紀(jì)60年代使用的混凝土抗壓強(qiáng)度平均為28N/mm2，20世紀(jì)70年代提高到42N/mm2，一些特殊需要的結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度可達(dá)80—100N/mm2，而實(shí)驗(yàn)室做出的抗壓強(qiáng)度最高已達(dá)266N/mm2。前蘇聯(lián)20世紀(jì)70年代使用鋼材平均屈服強(qiáng)度為380MPa，20世紀(jì)80年代提高到420N/mm2；美國(guó)在20世紀(jì)70年代鋼材平均屈服強(qiáng)度已達(dá)420N/mm2。預(yù)應(yīng)力鋼筋所用強(qiáng)度則更高。這些均為進(jìn)一步擴(kuò)大鋼筋混凝土的應(yīng)用范圍創(chuàng)造了條件，特別是自20世紀(jì)70年代以來，很多國(guó)家巳把高強(qiáng)度鋼筋和高強(qiáng)度混凝土用于大跨、重型、高層結(jié)構(gòu)中，在減輕自重、節(jié)約鋼材上取得了良好的效果。為了克服鋼筋混凝土易于產(chǎn)生裂縫這一缺點(diǎn)，促成了預(yù)應(yīng)力混凝土的出現(xiàn)。美國(guó)工程師杰克遜(P.H.Jackson)和德國(guó)的道克林(C.E.W.Dochring)先后于1856年和1888年將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)，由于采用低強(qiáng)度鋼筋產(chǎn)生的有效預(yù)應(yīng)力與錨固損失和混凝土收縮徐變產(chǎn)生的損失幾乎相等,這次應(yīng)用并不成功[7]。1908年,美國(guó)的斯坦納(C.R.Steiner)提出收縮徐變發(fā)生后,再?gòu)埨A(yù)應(yīng)力筋；美國(guó)的狄爾(R.E.Dill)采用帶有涂層的預(yù)應(yīng)力筋來避免混凝土與預(yù)應(yīng)力筋間的粘結(jié),因未解決根本問題,這些方法沒能在工程中應(yīng)用推廣。1928年弗萊西奈特指出：預(yù)應(yīng)力混凝土必須采用高強(qiáng)鋼材和混凝土，從此人們對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土的認(rèn)識(shí)開始逐步深入。1938年德國(guó)的霍友(E.Hoyer)采用先張法，在百米的墩式臺(tái)座上一次同時(shí)生產(chǎn)多根構(gòu)件。1939年弗萊西奈特研究錨固鋼絲束的弗式錐形錨具及其配套的雙作用張拉千斤頂。1940年，比利時(shí)的麥尼爾(G.Magnel)研究一次可以同時(shí)張拉兩根鋼絲的麥?zhǔn)夏K錨。這為推廣預(yù)應(yīng)力混凝土提供了切實(shí)可行的生產(chǎn)工藝。第二次世界大戰(zhàn)后，由于鋼材的緊缺，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)大量代替鋼結(jié)構(gòu)在世界范圍內(nèi)得到了蓬勃發(fā)展，其應(yīng)用范圍從早先的橋梁與工業(yè)建筑發(fā)展到了民用、公共、地下建筑、海港碼頭、水利水電工程等土木工程領(lǐng)域[8]。預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用又對(duì)材料強(qiáng)度提出新的更高的要求，而高強(qiáng)度混凝土及鋼材的發(fā)展反過來又促進(jìn)了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大。預(yù)應(yīng)力混凝土除了用以改善建筑結(jié)構(gòu)外(例如增大跨度、減小截面等)，還應(yīng)用于高層建筑、橋隧建筑、海洋結(jié)構(gòu)、壓力容器、飛機(jī)跑道及公路路面等方面。預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用已不僅在某些范圍內(nèi)用來代替鋼結(jié)構(gòu)和改善普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而且在一些方面，例如原子能發(fā)電站的高溫高壓的大型壓力容器，只有采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)建造才能保證安全。對(duì)防腐蝕有特殊要求的海洋結(jié)構(gòu)—如采油平臺(tái)，也非采用預(yù)應(yīng)力混凝土或鋼筋混凝土建造不可。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)前世界上最有發(fā)展前途的建筑結(jié)構(gòu)之一。為改善鋼筋混凝土自重大的缺點(diǎn)，世界各國(guó)已經(jīng)大力研究發(fā)展了各種輕質(zhì)混凝土(由膠結(jié)料、多孔粗骨科、多孔或密實(shí)的細(xì)骨科與水拌制而成)，其干容重一般不大于18kN/m3，如陶?；炷?、浮石混凝土、火山渣混凝土、膨脹礦渣混凝土等。輕質(zhì)混凝土可在預(yù)制和現(xiàn)澆的建筑結(jié)構(gòu)中采用，例如可制成預(yù)制大型壁板、屋面板、折板以及現(xiàn)澆的薄殼、大跨、高層結(jié)構(gòu)。但在應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)考慮到它的一些特殊性能(彈性模量低、收縮、徐變大等)，國(guó)外輕質(zhì)混凝土用于承重結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等級(jí)為C30～C60，其容重一般為14～18kN/m3。國(guó)內(nèi)常用的強(qiáng)度等級(jí)為C20、C30，也可配制C40或更高的強(qiáng)度，其容重一般為12～18kN/m3。由輕混凝土制成的結(jié)構(gòu)自重較普通混凝土可減少20～30%，由于自重減輕，結(jié)構(gòu)地震作用減小，因此在地震區(qū)采用輕質(zhì)混凝土結(jié)構(gòu)可有效地減小地震力，節(jié)約材料和造價(jià)。二次世界大戰(zhàn)后，國(guó)外建筑工業(yè)化的發(fā)展很快，已從采用一般的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)定向工業(yè)化建筑體系，趨向于做到一件多用或僅用較少幾種類型的構(gòu)件(如梁板合一構(gòu)件、墻柱合一構(gòu)件等)就能建造成各類房屋。實(shí)踐充分顯示出建筑工業(yè)化在加快建設(shè)速度、降低建筑造價(jià)、保證施工質(zhì)量等方面的巨大優(yōu)越性。在大力發(fā)展裝配或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系的同時(shí)，有些國(guó)家還采用了工具式模板、機(jī)械化現(xiàn)澆與預(yù)制相結(jié)合，即裝配整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。由于輕質(zhì)、高強(qiáng)混凝土材料的發(fā)展以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論水平的提高，使得混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用跨度和高度都不斷地增大。例如；目前世界上最高的混凝土建筑為香港中環(huán)廣場(chǎng)達(dá)78層374m、其次是平壤柳京飯店達(dá)105層300m、芝加哥水塔廣場(chǎng)大樓達(dá)76層262m；最高的全部輕混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑是休士敦貝殼廣場(chǎng)大廈52層215m；預(yù)應(yīng)力輕骨科混凝土建造的飛機(jī)庫(西德)房蓋結(jié)構(gòu)跨度達(dá)90m；預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面橋梁跨度已達(dá)240m以上(日本沃名大橋)；蘇聯(lián)及加拿大分別建成了533m及549m高的預(yù)應(yīng)力混凝土電視塔。隨著超高層發(fā)展，勁性混凝土也快速發(fā)展。勁性混凝土（又稱型鋼混凝土或勁鋼混凝土）組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件由混凝土、型鋼、縱向鋼筋和箍筋組成，基本構(gòu)件為梁和柱。勁性混凝土結(jié)構(gòu)需在鋼結(jié)構(gòu)柱、梁周圍配置鋼筋，澆筑混凝土，鋼構(gòu)件同混凝土連成一體，共同作用的一種結(jié)構(gòu)，鋼構(gòu)件截面多為工字型或十字型。眾所周知，混凝土的抗壓強(qiáng)度高，單絲抗彎能力比較弱，而鋼材，特別是是型鋼的抗彎能力強(qiáng)，具有良好的彈塑性，但在受壓時(shí)容易失穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力，勁性混凝土結(jié)構(gòu)能夠更有效發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了鋼結(jié)構(gòu)容易發(fā)生局部屈曲的缺點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于跨度及荷載較大的框架結(jié)構(gòu)中。

勁性混凝土組成結(jié)構(gòu)分為全部結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用勁性混凝土的結(jié)構(gòu)和部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用勁性混凝土的結(jié)構(gòu)。勁性混凝土具有強(qiáng)度高、構(gòu)件截面尺寸小、與混凝土握裹力強(qiáng)、節(jié)約混凝土、增加使用空間、降低工程造價(jià)、提高工程質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。所有這些都顯示了近代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工水平日新月異的，迅速發(fā)展。此外，對(duì)于防射線混凝土、纖維混凝土等也正在積極研究中，并已在有特殊要求的結(jié)構(gòu)上開始應(yīng)用。纖維混凝土使混凝土的性質(zhì)獲得飛躍的發(fā)展，把混凝土的拉、壓強(qiáng)度比從1/l0提高到1/2，并且具有早強(qiáng)、體積穩(wěn)定(收縮、徐變小)的特性；并有可能建造600—900m高的建筑，跨度達(dá)500—600m的橋梁，以及海上浮動(dòng)城市、海底城市、地下城市等。高性能混凝土（HighPerformanceConcrete，HPC）在20世紀(jì)80年代末90年代初得以發(fā)展，一些發(fā)達(dá)國(guó)家基于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)提出的一種全新概念的混凝土，它以耐久性為首要設(shè)計(jì)指標(biāo)，這種混凝土有可能為基礎(chǔ)設(shè)施工程提供100年以上的使用壽命。區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性，在工程安全使用期、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益，因此被各國(guó)學(xué)者所接受，被認(rèn)為是今后混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。1986年～1993年，法國(guó)政府組織了政府研究機(jī)構(gòu)、高等院校和建筑公司等單位，承擔(dān)了高性能混凝土的研究項(xiàng)目“高性能混凝土2000”。挪威皇家科技研究院和工程研究基金持續(xù)資助高強(qiáng)混凝土和高性能混凝土的研究。日本建設(shè)省于1993年～1998年進(jìn)行了一項(xiàng)綜合開發(fā)計(jì)劃“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物的超輕質(zhì)、超高層化技術(shù)的開發(fā)”(簡(jiǎn)稱“新RC計(jì)劃”)。為實(shí)施該項(xiàng)研究計(jì)劃，共成立了五個(gè)分科會(huì)，其中高強(qiáng)混凝土材料分會(huì)由水泥協(xié)會(huì)、建筑協(xié)會(huì)建設(shè)省研究所、建材實(shí)驗(yàn)中心、化學(xué)外加劑協(xié)會(huì)等機(jī)構(gòu)和多所高等院校以及有關(guān)公司參加。1994年，美國(guó)聯(lián)邦政府16個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合提出了一個(gè)在基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)中應(yīng)用高性能混凝土的建議，并決定在10年內(nèi)投資2億美元進(jìn)行研究和開發(fā)。瑞典在1991年～1997年由政府和企業(yè)聯(lián)合出資5200萬法郎，實(shí)施高性能混凝土研究的國(guó)家計(jì)劃。挪威在使用和研究高強(qiáng)混凝土和超高強(qiáng)混凝土方面更是走在世界前列，他們?cè)诒焙Ｓ吞锏暮Ｉ香@井平臺(tái)上，曾進(jìn)行了立方體抗壓強(qiáng)度超過100MPa的超高強(qiáng)混凝土施工，并于1989年就制訂和實(shí)施了抗壓強(qiáng)度高達(dá)105MPa的SHPC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；前面提到的英國(guó)帝國(guó)公司與牛津大學(xué)合作研制成功的無宏觀缺陷(MDF)水泥，其抗壓強(qiáng)度300MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)50MPa-200MPa。近些年來，國(guó)際上又出現(xiàn)了活性粉末混凝土(RPC)，其抗壓強(qiáng)度已達(dá)800MPa。二十世紀(jì)末，法國(guó)的Lafarge公司研究成功了一種超高強(qiáng)、低脆性和優(yōu)異耐久性的新型混凝土——活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete，簡(jiǎn)稱RPC)。RPC由石英砂、石英粉、硅灰、水泥、高效減水劑和鋼纖維組成，成型工藝與普通混凝土相似，其抗壓強(qiáng)度可與鋼材相媲美。RPC制作的結(jié)構(gòu)自重與鋼結(jié)構(gòu)相當(dāng)，而造價(jià)僅為鋼結(jié)構(gòu)的三分之一，應(yīng)用前景十分廣泛。當(dāng)前，超高性能混凝土除了在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究外，也逐步在工程實(shí)踐中得到應(yīng)用。90年代，美國(guó)、加拿大、日本、挪威、前蘇聯(lián)各國(guó)、德國(guó)、澳大利亞等，成為應(yīng)用UHPC最多的國(guó)家。美國(guó)的芝加哥、西雅圖、紐約、休斯敦，加拿大的多倫多，德國(guó)的法蘭克福等均有多幢UHPC建筑；日本不僅應(yīng)用UHPC建造高層住宅，而且用其制造預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁、預(yù)應(yīng)力混凝土樁、桁架、管、電桿等。目前應(yīng)用UHPC最好的國(guó)家是挪威，其已有C105級(jí)超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，此為目前世界上強(qiáng)度等級(jí)第二高的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(德國(guó)現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范已達(dá)C110級(jí)，強(qiáng)度等級(jí)為當(dāng)今世晃之最)。超高性能混凝土在工程實(shí)踐中已經(jīng)得到了應(yīng)用，有代表性的為：法蘭克福BFG行政大樓建造并應(yīng)用了C115的UHPC；1993年美國(guó)聯(lián)邦公路管理局發(fā)起了在全國(guó)公路橋梁建設(shè)中推廣應(yīng)用高性能混凝土的計(jì)劃，1996年美國(guó)公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)和美國(guó)聯(lián)邦公路管理局聯(lián)合立了高性能混凝土工作小組，以實(shí)施HPC在公路工程中的應(yīng)用。美國(guó)制備了130MPa的高性能混凝土并已應(yīng)用于高層建筑，美國(guó)的P.Mendis還介紹了強(qiáng)度達(dá)150MPa的高性能混凝土。美國(guó)于2001年在伊利諾斯州用RPC材料建成了18m直徑的圓形屋蓋，該屋蓋未采用任何鋼筋，設(shè)計(jì)中考慮了RPC的延性，直接承受拉、彎應(yīng)力及初裂應(yīng)力?，F(xiàn)場(chǎng)拼裝用時(shí)11d，若采用鋼結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)拼裝則需要35d，因此大大縮短了施工工期。該屋蓋因其先進(jìn)的建筑材料和結(jié)構(gòu)形式獲得2003年Nova獎(jiǎng)提名。美國(guó)西雅圖市的TwoUnionsquar大廈應(yīng)用了強(qiáng)度高達(dá)135MPa的超高強(qiáng)混凝土。該建筑58層，高230.15m，其主要特點(diǎn)是采用了超高強(qiáng)混凝土的鋼管混凝土柱子。由于采用了超高強(qiáng)混凝土，整個(gè)工程降低結(jié)構(gòu)造價(jià)30%，此工程已成為超高性能混凝土用于超高層建筑的范例。韓國(guó)的首爾，一座采用RPC、跨度為120m的拱橋已建成。該橋由6段拼裝而成，每段長(zhǎng)20m，高113m，薄壁箱梁截面，壁厚只有30mm，不使用普通鋼筋。這種尺寸采用普通混凝土是實(shí)現(xiàn)不了的。該橋不僅只用了其材料強(qiáng)度的一半(抗壓強(qiáng)度：230MPa，抗彎強(qiáng)度；50MPa)，而且其高耐久性使其在運(yùn)營(yíng)中可節(jié)省大量的維修費(fèi)用。加拿大Sherbrooke步行橋使用RPC的第一個(gè)大型建筑結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)60.1m，橋面寬4.2m，橫跨Mougog河的單跨步行橋。這座橋位于加拿大Quebec省Sherbrooke市，是由美國(guó)、加拿大、瑞士、法國(guó)共同進(jìn)行RPC開發(fā)的一項(xiàng)試點(diǎn)工程，于1997年11月27日正式開通。當(dāng)?shù)貧夂驐l件惡劣，濕度大，冬季嚴(yán)寒，最低溫度達(dá)-40℃，雪天須經(jīng)常灑鹽水化冰，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性要求很高，因而使用RPC200進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。橋的構(gòu)造由RPC預(yù)制梁、預(yù)制板和鋼管約束RPC組合而成。設(shè)計(jì)者采用三維空間桁架的設(shè)計(jì)思想，由預(yù)加應(yīng)力抵抗桁架桿件的主拉應(yīng)力及上承支撐的撓曲應(yīng)力；而其他由剪應(yīng)力和次撓曲產(chǎn)生的拉應(yīng)力直接由RPC承擔(dān)。預(yù)應(yīng)力RPC在極大地減輕結(jié)構(gòu)自重的同時(shí)，保證了結(jié)構(gòu)的整體剛度。各基本構(gòu)件均按常規(guī)混凝土工藝預(yù)制，只有施加預(yù)應(yīng)力所使用的小型錨具是為這項(xiàng)工程特別設(shè)計(jì)的。該橋建成后至今使用狀態(tài)良好。這一工程最突出的特點(diǎn)是完全用RPC制造，而未使用傳統(tǒng)的受力鋼筋，經(jīng)預(yù)制用起重機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝。這一設(shè)計(jì)使得RPC基于密實(shí)的微觀結(jié)構(gòu)，所具有的優(yōu)越力學(xué)性能得到充分的發(fā)揮，從而為RPC提供了廣闊的發(fā)展空間。在19世紀(jì)末20世紀(jì)初，我國(guó)也開始有了鋼筋混凝土建筑物，如上海市的外灘、廣州市的沙面等，但工程規(guī)模很小，建筑數(shù)量也很少。解放以后，我國(guó)在落后的國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行了大規(guī)模的社會(huì)主義建設(shè)。隨著工程建設(shè)的發(fā)展及國(guó)家進(jìn)一步的改革開放，混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)各項(xiàng)工程建設(shè)中得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。我國(guó)20世紀(jì)70年代起，在一般民用建設(shè)中巳較廣泛地采用定型化、標(biāo)準(zhǔn)化的裝配式鋼筋混凝土構(gòu)件，并隨著建筑工業(yè)化的發(fā)展以及墻體改革的推行，發(fā)展了裝配式大板居住建筑，在多高層建筑中還廣泛采用大模剪力墻承重結(jié)構(gòu)外加掛板或外砌磚墻結(jié)構(gòu)體系。各地還研究了框架輕板體系，最輕的每平方米僅為3～5kN。由于這種結(jié)構(gòu)體系的自重大大減輕，不僅節(jié)約材料消耗，而且對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震具有顯著的優(yōu)越性。改革開放后，混凝土高層建筑在我國(guó)也有了較大的發(fā)展。繼20世紀(jì)70年代北京飯店、廣州白云賓館和一批高層住宅（如北京前三門大街、上海漕溪路住宅建筑群）的興建以后，80年代，高層建筑的發(fā)展加快了步伐，結(jié)構(gòu)體系更為多樣化，層數(shù)增多，高度加大，已逐步在世界上占據(jù)領(lǐng)先地位；目前國(guó)內(nèi)最高的混凝土結(jié)構(gòu)建筑是廣州的中天廣場(chǎng)，80層322m高，為框架—筒體結(jié)構(gòu)；香港的中環(huán)廣場(chǎng)達(dá)78層374m，三角形平面筒中筒結(jié)構(gòu)，是世界上最高的混凝土建筑；廣州國(guó)際大廈63層199m，是80年代世界上最高的部分預(yù)應(yīng)力混凝土建筑。隨著高層建筑的發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)分析方法和試驗(yàn)研究工作，在我國(guó)得到了極為迅速的發(fā)展，許多方面已達(dá)到或接近于國(guó)際先進(jìn)水平。在大跨度的公共建筑和工業(yè)建筑中，常采用鋼筋混凝土桁架、門式剛架、拱、薄殼等結(jié)構(gòu)形式。在工業(yè)建設(shè)中已經(jīng)廣泛地采用了裝配式鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土。為了節(jié)約用地；在工業(yè)建筑中多層工業(yè)廠房所占比重有逐漸增多的趨勢(shì)，在多層工業(yè)廠房中除現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)體系以外，裝配整體式多層框架結(jié)構(gòu)體系已被普遍采用。并發(fā)展了整體預(yù)應(yīng)力裝配式板柱體系，由于其構(gòu)件類型少，裝配化程度高、整體性好、平面布置靈活，是一種有發(fā)展前途的結(jié)構(gòu)體系。同時(shí)升板結(jié)構(gòu)、滑模結(jié)構(gòu)也有所發(fā)展。此外，如電視塔、水培、水池、冷卻塔、煙囪、貯罐、筒倉(cāng)等特殊構(gòu)筑物也普遍采用了鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土。我國(guó)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)起步于20世紀(jì)50年代，1954年鐵道部推行采用預(yù)應(yīng)力的混凝土軌枕，1955年豐臺(tái)橋梁廠開始試制12m跨度的橋梁。在20世紀(jì)60~70年代，預(yù)應(yīng)力技術(shù)在我國(guó)橋梁工程中發(fā)展較快。公路與鐵路橋梁大量采用標(biāo)準(zhǔn)化的后張法預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土梁，跨度也越來越大。后來，我國(guó)修建的各類大橋幾乎全部采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)[9]。80年代后預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)房屋建筑領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)已成為我國(guó)工程建設(shè)領(lǐng)域中的一種主要結(jié)構(gòu)型式。如9度抗震設(shè)防、高380m的北京中央電視塔、高405m的天津電視塔、高490m的上海東方明珠電視塔等?；炷两Y(jié)構(gòu)在水利工程、橋隧工程、地下結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用也極為廣泛。用鋼筋混凝土建造的水閘、水電站、船塢和碼頭在我國(guó)已是星羅棋布。如黃河上的劉家峽、龍羊峽及HYPERLINK"/view/72468.htm?uid=B30F913E043C574CDB88BC6800D5FA0