钢筋混凝土结构的发展简史

钢筋混凝土从19世纪中叶开始采用以来，至今仅有一百多年的历史，其发展极为迅速。1850年法国人朗波（Lambot）制造了第一只钢筋混凝土小船。1854年英国人威尔金生（W.B.Wilkinson）获得真正的一种钢筋混凝土楼板的专利权。但是通常认为钢筋混凝土是1861年法国巴黎花匠蒙列（Joseph Monier）发明的。从1861年蒙列用水泥制作花盆，内中配置钢筋网以提高其强度，1867年蒙氏获得制作这种花盆的专利权。而后又获得制作其他钢筋混凝土构件——梁、板及管等的专利权，至19世纪末，20世纪初，仅50多年时间，由于工业的发展，促使水泥和钢材的质量不断改进，为钢筋混凝土结构应用范围的逐渐扩大创造了条件，如1872年，美国的沃德（W.E.Ward）在纽约建造了第一所钢筋混凝土房屋，1877年哈特（T.Haytt）发表了各种钢筋混凝土梁的试验结果。1906年特奈（C.A.P.Turner）发明了无梁楼板。在俄国，1886年就采用了钢筋混凝土结构。1925年，德国用钢筋混凝土建造了薄壳结构。1928年法国工程师弗列西涅利用高强钢丝和混凝土制成了预应力混凝土构件，开创了预应力混凝土的应用时代。随着材料强度的不断提高和混凝土性能的改善，钢筋混凝土和预应力混凝土的应用范围也在不断拓宽，并向大跨度和高层建筑等领域发展。德国法兰克福市用预应力轻骨料混凝土建造的飞机库屋盖结构跨度达90m。除迪拜大厦外，用钢筋混凝土建造的层数最多的高层建筑是朝鲜平壤的柳京饭店，105层，高330m。目前世界上较高的钢筋混凝土高层建筑当数台北101，高509m，101层；马来西亚吉隆坡的双塔大厦，88层，452m高。最高的为迪拜大厦，162层，高828m。加拿大采用预应力混凝土建造的电视塔，高达549m。此外，在桥梁、高压容器（如核电站安全壳等）、海上采油平台及地下贮油罐等方面，预应力混凝土也得到了广泛的应用。

1876年我国开始生产水泥，逐渐有了钢筋混凝土建筑物。目前，我国混凝土的年产量据2012年统计约为21.84亿t，建筑用钢材达3亿t，用于工业与民用建筑、水利、交通等行业。我国最高的钢筋混凝土高层建筑是上海金茂大厦，88层，高382m。采用预应力混凝土结构的上海电视塔，高度为415m，被称为亚洲第一塔。外形美观的上海杨浦大桥，是我国已建成的最大的预应力混凝土组合斜拉桥，全长3430m，主跨度为602m。

提高材料强度，是发展钢筋混凝土结构的重要途径。我国建筑工程上用的钢筋平均强度等级和混凝土平均强度等级，就全国而言，均低于欧、美发达国家。我国建筑结构安全度总体上比国际低，但材料用量并没有相应降低，其原因在于国际上较高的安全度是建立在较高强度材料的基础上，而我国较低的安全度是建立在较低的强度材料的基础上。为此，新混凝土结构设计规范将混凝土强度等级由C60提高到C80；对普通钢筋混凝土结构优先推广HRB400级及HRB500级钢筋，对预应力混凝土结构优先推广高强钢丝和钢绞线。

在材料研究方面，今后应主要向高强、高流动性、自密实、轻质、耐久及具备特异性能方向的混凝土发展。目前强度为100～200N/mm²的高强混凝土已在工程上应用。各种轻质混凝土、绿色混凝土、纤维混凝土、聚合物混凝土、耐腐蚀混凝土、微膨胀混凝土，水下不分散混凝土以及品种繁多的外加剂在工程中的应用和发展，已使大跨度结构、高层建筑、高耸结构和具备某种特殊性能的钢筋混凝土结构的建造成为现实。近年来，轻骨料混凝土其自重可仅为14～18kN/m³，强度可达C50。用轻骨料混凝土建造的房屋比普通混凝土建造的自重减轻约20%～30%，同时，也降低了基础工程的费用，具有显著的经济效益。另外，美国专家预计，到21世纪末，应用纤维混凝土可将混凝土的抗拉与抗压强度比由目前的约1/10提高到1/2，并具有早强、体积稳定（收缩、徐变小）等特点，这将使混凝土的性能得到极大的改善。(www.xing528.com)

在计算理论方面，钢筋混凝土结构经历了把材料作为弹性体的容许应力设计方法，到考虑材料塑性的破损阶段设计方法，后来又提出了极限状态设计方法，并迅速发展成以概率理论为基础的极限状态设计方法，它以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计。使极限状态计算体系向更完善、更科学的方向发展。工程结构可靠度、混凝土的损伤和断裂、混凝土的强度理论、混凝土非线性有限元和极限分析的计算理论等方面也有很大进展。电子计算机、有限元方法和现代的测试技术的应用，使得钢筋混凝土结构的计算理论和设计方法正在向更高的阶段发展。

在结构和施工方面，随着预拌混凝土（或称商品混凝土）、泵送混凝土及滑模施工新技术的应用，已显示出在保证混凝土质量、节约原材料和能源、实现文明施工等方面的优越性，所以我国目前工业与民用建筑中广泛采用现浇整体式结构。在水工钢筋混凝土结构中也因整体性要求而采用现浇混凝土施工。尤其是大型水利工程的工地建有拌和楼（站）集中搅拌混凝土，并可将混凝土运至浇筑地点，这给机械化现浇混凝土带来很大方便。采用预先在模板内填实粗骨料，再将水泥浆用压力灌入粗骨料空隙中形成的压浆混凝土，以及用于大体积混凝土结构（如水工大坝、大型基础）、公路路面与厂房地面的碾压混凝土，它们的浇筑过程都采用机械化施工，浇筑工期可大为缩短，并能节约大量材料，从而获得经济效益。值得注意的是，近年来由钢与混凝土组成的组合结构、外包钢混凝土结构及钢管混凝土结构已在工程中逐步推广应用。这些组合结构具有充分利用材料强度、较好地适应变形能力（延性）、施工较简单等特点。在预应力混凝土结构中，近年来，采用横向张拉技术，既不需要锚具，也不需要灌浆，是一种值得推广的施工方法。另外，缓粘结预应力的应用也是今后的发展方向，因为后张法预应力混凝土结构灌浆不密实问题很难克服，而缓粘结预应力混凝土不需要后续灌浆，可保证质量。日本2001年生产缓粘结大直径钢绞线5000t，主要用于桥梁横向预应力束，并已开始用于桥梁的纵向预应力束。