混凝土稳定性分析

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1、混凝土稳定性分析摘要:钢筋混凝土产生与发展。利用性能检验方 法，对钢筋混凝土结构构件的可靠性进行了分析研究。挠度计算结果 表明，平均可靠指标为0.20失效概率为5%左右活荷载所占的比例是影 响可靠指标的最主要因素。活荷载的比例越大_不可确定的因素就越 大_可靠指标的取值相应地也就越大;抗裂的分析结果表明:对一级抗 裂评定可靠指标的均值为3.8，对应的失效概率约为0.03%;对二级抗 裂评定的可靠指标的均值为3.0，对应的失效概率约为0.44%。抗裂检 验系数的不同_将导致可靠指标的不同，一级构件的抗裂检验系数取 值较大，对应的可靠指标也较高。关键词:工程结构;土木工程;钢筋混凝土;结构构件;正

2、常使用极限状 态;可靠性一、钢筋混凝土介绍I. 1钢筋混凝土的产生与发展从现代人类的工程建设史上来看，相对于砌体结构、木结构和钢、 铁结构而言，混凝土结构是一种新兴结构，它的应用也不过一百多年 的历史。但有的考古学者认为，水泥的起源约在公元前510万年， 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，这是现存的最早的混凝土结构物。其后在古希腊和罗马时 代，用这种水泥建造了很多建筑物和公路。进入近代以来，经过了J.Smeaton，J. Parker等人的试作阶段，1824年英国的烧瓦工人 Joseph Aspdin调配石灰岩和粘土，首先烧成了人工的硅酸盐水泥，并取得专

3、利，成为水泥工业的开端。以后，对如何克服混凝土抗拉强 度很低这一问题进行了研究，1854年法国技师J. L. Lambot将铁丝 网敛入混凝土中制成了小船，并于第二年在巴黎博览会上展出，这可 以说是最早的RC制品。从此以后，Francois Conigne，Wilkinson 等人改进了 Lambot的制品，到1867年法国技师Joseph Monier取得 了用格子状配筋制作桥面板的专利，RC工艺迅速地向前发展。1867 这一年，是全世界公认为最早的RC桥架设的一年。1877年美国的 Thaddeus H yatt调查了梁的力学性质，1887年德国的Konen提出了 用混凝土承担压力和用钢筋

4、承担拉力的设计方案，德国的J. Baushinger确认了混凝土中的钢筋不受锈蚀等问题，于是RC结 构又有了新的发展。1892年法国的Hennebique阐述了箍筋对抗剪的 有效作用，并于1898年提出了 T形粱的方案。关于柱子，前面提到 的Conigne在RC桩方面得到了很多专利,Considere根据实验于1902 年取得了螺旋钢筋柱的专利。总而言之，混凝土结构是在19世纪中 期开始得到应用的，由于当时水泥和混凝土的质量都很差，同时设计 计算理论尚未建立，所以发展比较缓慢。直到19世纪末以后，随着 生产的发展，以及试验工作的开展、计算理论的研究、材料及施工技 术的改进，这一技术才得到了较快

5、的发展。目前已成为现代工程建设 中应用最广泛的建筑材料之一。在工程应用方面，混凝土结构最初仅 在最简单的结构物如拱、板等中使用。随着水泥和钢材工业的发展。 混凝土和钢材的质量不断改进、强度逐步提高。例如在美国20世纪 60年代使用的混凝土抗压强度平均为28N/mm2, 20世纪70年代提高到42 N/mm2，近年来一些特殊需要的结构混凝土抗压强度可达80 100 N/mm2，而实验室做出的抗压强度最高已达266 N/mm2。前苏 联20世纪70年代使用钢材平均屈服强度为380 MPa，20世纪80年 代提高到420 N/mm2；美国在20世纪70年代钢材平均屈服强度已达 420 N/mm2。预

6、应力钢筋所用强度则更高。这些均为进一步扩大钢筋 混凝土的应用范围创造了条件，特别是自20世纪70年代以来，很多 国家巳把高强度钢筋和高强度混凝土用于大跨、重型、高层结构中， 在减轻自重、节约钢材上取得了良好的效果。为了克服钢筋混凝土易 于产生裂缝这一缺点，促成了预应力混凝土的出现。预应力混凝土的 应用又对材料强度提出新的更高的要求，而高强度混凝土及钢材的发 展反过来又促进了预应力混凝土结构应用范围的不断扩大。预应力混 凝土除了用以改善建筑结构外（例如增大跨度、减小截面等），还应用 于高层建筑、桥隧建筑、海洋结构、压力容器、飞机跑道及公路路面 等方面。现在，预应力混凝土的应用已不仅在某些范围内用

7、来代替钢 结构和改善普通钢筋混凝土结构，而且在一些方面，例如原子能发电 站的高温高压的大型压力容器，只有采用预应力混凝土结构建造才能 保证安全。对防腐蚀有特殊要求的海洋结构一如采油平台，也非采用 预应力混凝土或钢筋混凝土建造不可。为改善钢筋混凝土自重大的缺 点，世界各国已经大力研究发展了各种轻质混凝土 （由胶结料、多孔 粗骨科、多孔或密实的细骨科与水拌制而成），其干容重一般不大于 18kN/m3，如陶粒混凝土、浮石混凝土、火山渣混凝土、膨胀矿渣混 凝土等。轻质混凝土可在预制和现浇的建筑结构中采用，例如可制成预制大型壁板、屋面板、折板以及现浇的薄壳、大跨、高层结构。但 在应用中应当考虑到它的一些

8、特殊性能（弹性模量低、收缩、徐变大 等）。目前国外轻质混凝土用于承重结构的强度等级为C30C60,其 容重一般为1418kN/m3。国内常用的强度等级为C20、C30，也可配 制C40或更高的强度，其容重一般为1218kN/m3。由轻混凝土制成 的结构自重较普通混凝土可减少2030%，由于自重减轻，结构地震 作用减小，因此在地震区采用轻质混凝土结构可有效地减小地震力， 节约材料和造价。二次世界大战后，国外建筑工业化的发展很快，已 从采用一般的标准设计定向工业化建筑体系，趋向于做到一件多用或 仅用较少几种类型的构件（如梁板合一构件、墙柱合一构件等）就能建 造成各类房屋。实践充分显示出建筑工业化在

9、加快建设速度、降低建 筑造价、保证施工质量等方面的巨大优越性。在大力发展装配或钢筋 混凝土结构体系的同时，有些国家还采用了工具式模板、机械化现浇 与预制相结合，即装配整体式钢筋混凝土结构体系。由于轻质、高强 混凝土材料的发展以及结构设计理论水平的提高，使得混凝土结构应 用跨度和高度都不断地增大。例如；目前世界上最高的混凝土建筑为 香港中环广场达78层374m、其次是平壤柳京饭店达105层300m、芝 加哥水塔广场大楼达76层262m；最高的全部轻混凝土结构的高层建 筑是休士敦贝壳广场大厦52层215m；预应力轻骨科混凝土建造的飞 机库（西德）房盖结构跨度达90m；预应力混凝土箱形截面桥梁跨度已

10、 达240m以上（日本沃名大桥）；苏联及加拿大分别建成了 533m及549m 高的预应力混凝土电视塔。所有这些都显示了近代钢筋混凝土结构设计和施工水平日新月异的，迅速发展。此外，对于防射线混凝土、纤 维混凝土等也正在积极研究中，并已在有特殊要求的结构上开始应 用。纤维混凝土使混凝土的性质获得飞跃的发展，把混凝土的拉、压 强度比从1/10提高到1/2，并且具有早强、体积稳定（收缩、徐变小） 的特性；并有可能建造600900m高的建筑，跨度达500600m的桥 梁，以及海上浮动城市、海底城市、地下城市等。国内简况在19世纪末20世纪初，我国也开始有了钢筋混凝土建筑物，如 上海市的外滩、广州市的沙面

11、等，但工程规模很小，建筑数量也很少。 解放以后，我国在落后的国民经济基础上进行了大规模的社会主义建 设。随着工程建设的发展及国家进一步的改革开放，混凝土结构在我 国各项工程建设中得到迅速的发展和广泛的应用。我国20世纪70年 代起，在一般民用建设中巳较广泛地采用定型化、标准化的装配式钢 筋混凝土构件，并随着建筑工业化的发展以及墙体改革的推行，发展 了装配式大板居住建筑，在多高层建筑中还广泛采用大模剪力墙承重 结构外加挂板或外砌砖墙结构体系。各地还研究了框架轻板体系，最 轻的每平方米仅为35kN。由于这种结构体系的自重大大减轻，不 仅节约材料消耗，而且对于结构抗震具有显著的优越性。改革开放后，

12、混凝土高层建筑在我国也有了较大的发展。继20世纪70年代北京饭 店、广州白云宾馆和一批高层住宅（如北京前三门大街、上海漕溪路 住宅建筑群）的兴建以后，80年代，咼层建筑的发展加快了步伐， 结构体系更为多样化，层数增多，高度加大，已逐步在世界上占据领先地位；目前国内最高的混凝土结构建筑是广州的中天广场，80层322m高，为框架一筒体结构；香港的中环广场达78层374m，三角形 平面筒中筒结构，是世界上最高的混凝土建筑；广州国际大厦63层 199m，是80年代世界上最高的部分预应力混凝土建筑。随着高层建 筑的发展，高层建筑结构分析方法和试验研究工作，在我国得到了极 为迅速的发展，许多方面已达到或接

13、近于国际先进水平。在大跨度的 公共建筑和工业建筑中，常采用钢筋混凝土桁架、门式刚架、拱、薄 壳等结构形式。在工业建设中已经广泛地采用了装配式钢筋混凝土及 预应力混凝土。为了节约用地；在工业建筑中多层工业厂房所占比重 有逐渐增多的趋势，在多层工业厂房中除现浇框架结构体系以外，装 配整体式多层框架结构体系已被普遍采用。并发展了整体预应力装配 式板柱体系，由于其构件类型少，装配化程度高、整体性好、平面布 置灵活，是一种有发展前途的结构体系。同时升板结构、滑模结构也 有所发展。此外，如电视塔、水培、水池、冷却塔、烟囱、贮罐、筒 仓等特殊构筑物也普遍采用了钢筋混凝土和预应力混凝土。如9度抗 震设防、高3

14、80m的北京中央电视塔、高405m的天津电视塔、高490m 的上海东方明珠电视塔等。混凝土结构在水利工程、桥隧工程、地下 结构工程中的应用也极为广泛。用钢筋混凝土建造的水闸、水电站、 船坞和码头在我国已是星罗棋布。如黄河上的刘家峡、龙羊峡及小浪 底水电站，长江上的葛州坝水利枢纽工程及正在建设的三峡工程等。 钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁也有很大的发展，如著名的武汉长江 大桥引桥；福建乌龙江大桥，最大跨度达144m，全长548m。四川沪州大桥，采用了预应力混凝土 T形结构，三个主跨为170m，主桥全 长1255. 6m,引道长达7000m,是目前我国最长的公路大桥。为改善 城市交通拥挤，城市道路立

15、交桥正在在迅速发展。随着混凝土结构在 工程建设中的大量使用，我国在混凝土结构方面的科学研究工作已取 得较大的发展。在混凝土结构基本理论与设计方法、可靠度与荷载分 析、单层与多层厂房结构、大板与升板结构、高层、大跨、特种结构、 工业化建筑体系、结构抗震及现代化测试技术等方面的研究工作都取 得了很多新的成果，基本理论和设计工作的水平有了很大提高，已达 到或接近国际水平。作为反映我国混凝土结构学科水平的混凝土结构 设计规范也随着工程建设经验的积累、科研工作的成果和世界范围技 术的进步而不断改进。1952年东北地区首先颁布了建筑物结构设 计暂行标准；1955年制定的钢筋混凝土结构设计暂行规范(结 规6

16、55)，采用了前苏联规范中的按破坏阶段设计法；1966年颁布 了我国第一本钢筋混凝土结构设计规范(BJG2166)，采用了 当时较为先进的以多系数表达的极限状态设计法；1974年编制了采 用单一安全系数表达的极限状态设计法的钢筋混凝土结构设计规 范(TJ1074)，以及一些有关的专门规程和规定。规范(BJG21 66)和(TJ1074)的颁布标志着我国钢筋混凝土结构设计规范步 入了从无到有、由低向高发展的阶段。为了解决各类材料的建筑结构 可靠度设计方法的合理和统一问题，1984年颁布的建筑结构设计 统一标准(GBJ6884)规定我国各种建筑结构设计规范均统一采 用以概率理论为基础的极限状态设计方法，其特点是以结构功能的失效概率作为结构可靠度的量度，由定值的极限状态概念转变到非定值 的极限状态概念上，从而把我国结构可靠度设计方法提高到当时的国 际水平，对提高结构设计的合理性具有深刻意义。为配合(GBJ6884) 的执行，1989年颁布的混凝土结构设计规范(GBJ1089)使我 国混