時間：2022-12-13 00:50:48
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
課題來源、選題依據和背景情況、課題研究目的、工程應用價值
課題來源：
研究人從事煉鋼廠房，連鑄廠房以及與鋼鐵行業相關的工藝平臺，管道支架等的結構設計。在設計過程中經常遇見采用格構式鋼管混凝土柱的工程；而一方面行業內對鋼結構組合結構有防火要求，另一方面鋼鐵廠相比其他工業廠房更容易發生火災，因此本研究擬以格構式鋼管混凝土柱升溫與降溫受火性能研究為方向，考察破壞形態及其受火極限狀態。
選題依據和背景情況：
鋼管混凝土作為一種新型的組合結構，是在鋼管內部填加混凝土材料而構成一種新型的構件。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。 鋼管混凝土構件中的兩種組成材料在外荷載作用下發生相互作用，其中最主要的作用為鋼管內部核心的混凝土受到來自外圍鋼管的套箍作用，而處于三向應力狀態，使混凝土的強度、塑性等力學性能得到了提高。同時，混凝土的存在，又可避免或延緩鋼管容易發生局部屈曲的特性，從而能夠發揮鋼材的材料強度。鋼管混凝土構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，抗壓強度高，比鋼結構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，加快施工進度。綜上所述，鋼管混凝土構件中鋼管和混凝土取長補短，使鋼管混凝土構件具有強度高、耐疲勞、抗沖擊、延性好、抗震、抗火和便于施工等良好性能
二、文獻綜述
參考文獻：
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三、研究內容
四、研究基礎
1．所需工程技術、研究條件
本科碩士階段所學習的課程：鋼結構基本原理與設計、組合結構設計、結構抗火設計、
有限單元法。
【關鍵詞】區域約束混凝土 抗震性能 延性 結構 應用
中圖分類號： TU37 文獻標識碼： A 文章編號：
1.引言
鋼筋混凝土是在19世紀中葉開始得到應用的，由于水泥和混凝土剛剛問世，同時設計計算理論尚未建立,所以發展比較緩慢。19世紀末,隨著生產的發展,以及試驗工作的開展、計算理論的研究、材料及施工技術的改進，鋼筋混凝土在以后的兩百年得到了飛速發展，各種形式的約束混凝土結構隨之出現。人們對約束混凝土的研究始于20世紀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用和研究最為廣泛。曹新明教授提出了區域約束的概念[1]，以往的研究均是將構件截面作為整體進行約束，而且強調橫向箍筋對混凝土的約束作用，其實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度和延性，但是構件在受力時并非所有的地方都需要有強約束，有效而經濟的做法應該是在需要的地方施加有效約束。區域約束混凝土概念的提出，突破了傳統思維模式，以一個全新的視角考察鋼筋混凝土結構中各個組成成分的功能，通過調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理，并將區域約束與整體約束有機地結合，使鋼筋與混凝土的結合更為緊密，充分發揮了各個組成部分的性能。
2.關于約束混凝土
（1）約束混凝土結構約束機理[1]
對于約束混凝土構件，在混凝土受壓時,由于側向壓力的約束，限制內部微裂縫的發展，能極大地提高混凝土的抗壓強度。工程上運用這一現象，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，內澆注混凝土）、側向密排配置螺旋形或者環形箍筋柱。在混凝土構件受到軸心壓力過程中，混凝土發生與軸壓力相互垂直的橫向變形，內部產生裂縫，此時的鋼管或者密排環狀箍筋就發生作用，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，從而限制內部微裂縫的發展，以達到提高混凝土的抗壓強度和延性（發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理如圖1所示。把箍筋與縱筋的連接點視為不動點，則虛線范圍內為有效約束區域（拱作用）
圖1矩形截面柱約束機理示意圖
縱筋則可視為同時受軸向壓力及彎矩的連續梁，共同為核心混凝土提供約束。當鋼筋（縱筋及箍筋）配置達到一定水平后，可以有效提高核芯混凝土的強度及延性。
（2）區域約束混凝土結構特點
傳統約束與區域約束：
傳統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、復合箍（圖2）等，它們都是將整個截面進行約束，并在截面中心形成約束最強的約束核心。其縱筋主要分布在柱截面四邊，當然這對柱體抗彎是很有效的。
圖2 傳統箍筋形式
區域約束混凝土旨在在最需要的地方設置約束鋼筋。將約束鋼筋集中布置在受壓或剪壓區，以便更有效提高該區域混凝土的強度及延性；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現的，縱向鋼筋的配置、橫向箍筋的形態及配箍率、鋼筋的強度與混凝土強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 區域約束箍筋形式
區域約束混凝土受力特點：
a.區域約束混凝土結構承載能力、強度比普通混凝土均有所提高，提高的幅度根據約束程度而定（圖4）；
b.同等強度下，可以減小構件截面尺寸，減輕結構自重，從而獲得更多的使用空間；由于截面減小，結構耗能略有降低，但是延性性能大幅度提高，更有利于結構抗震；
圖4混凝土抗壓強度與應變關系圖
c.隨著軸壓比的提高，區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，這就使得區域約束混凝土構件在地震中耗能有所降低，安全儲備相應提高；
d.在工程設計中，區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范取值提高1.1倍，對于圓形截面柱可以比規范取值提高1.2倍[2] [3]。
3.區域約束混凝土結構的應用
區域約束混凝土定性描述了混凝土結構中各個組成成分的工作性能，箍筋的強度、混凝土的延性都得到了充分發揮，鋼筋與混凝土的粘滯性及混凝土間的咬合力得到了實質改善，提高結構的承載力的同時不降低安全度。區域約束混凝土有了很強的耗能能力，可以大幅度地提高結構的抗震性能。因此當它用作多層及高層建筑中的柱子時，不僅可以減小柱子的截面尺寸，還可以擴大建筑的使用空間。并且在建筑上一改“肥梁、肥柱”的舊結構形式，使建筑更加美觀，由于柱子截面的減小，必然會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濟效益與綜合效益。此外，區域約束混凝土結構構造簡單、施工方便，與傳統混凝土結構相比，區域約束混凝土有著同樣簡單的構造形式，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。
當前建筑業已成為國民經濟的支柱產業，約束混凝土結構在我國的發展十分迅速。合理地利用約束混凝土結構，可明顯提高混凝土的承載能力，充分發揮材料的使用效率，在技術和經濟上都具有很大的優越性。基于上述優勢，區域約束混凝土構件可以應用于橋梁工程、高層與超高層建筑，工程中應用于受拉、受壓、受彎、受扭等梁柱構件，以及一些大體積鋼筋混凝土構件，如大壩、橋墩、承臺等，可以充分減輕結構自重，增加使用空間。
約束混凝土結構是現代建筑最重要的結構形式之一，具有節約材料和勞動力，提高施工工效，加快施工進度，提高建筑工程的產品質量等優勢。從環保和節能的角度講，應用區域約束混凝土技術，可以減少環境污染，取得較大的經濟效益。在當前狠抓工程質量，加強設計施工管理的情況下，應用區域約束混凝土技術，不僅改善了構件的受力性能，降低結構的總體造價，能夠滿足現代工程施工質量和效率的要求。相信在本世紀的初，我國工程建設必將出現嶄新的氣象。
4.結語
區域約束混凝土結構是針對工程結構設計高層、超高層鋼筋混凝土以及大跨結構中遇到的軸壓比超限問題，在約束混凝土基礎上發展起來的，能有效實現滿足建筑、結構、經濟、安全之間合理協調的新型結構。
鋼筋混凝土抗震設計中，經濟而有效的方法是提高結構及構件吸收地震能量的能力，利用結構或構件的變形能力來耗散地震能量。對區域約束混凝土結構抗震性能和設計方法的研究還有待于進一步深入。
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論文摘要：本文是結合作者多年的工作經驗以及具體工作實例，主要介紹了清水混凝土的質量標準、常見的質量缺陷及其監控對策．并重點闡述從模板體系的設計、制作、安裝到混凝土原材料選用、配合比設計、混凝土的澆筑、養護和表面缺陷修補全過程所采取的措施等相關問題作出了相應的闡述和分析。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用比較廣泛，但直接應用于房屋民用建筑工程的比較少。
清水混凝土結構有著諸多優點，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(經常有這樣相關報道)等通病，材料節約、經濟環保．施工質量效果好，符合提倡建立資源節約型社會理念，成為建筑節能市場上的亮點。
1 工程實例概況
某大廈為兩座現代化高層辦公建筑，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構，筏板基礎。
整體質量達到優質工程標準。要求所有結構成型為清水混凝土，對模板設計和混凝土施工要求高。
2 清水混凝土質量標準
目前國內尚無統一的清水混凝土質量驗收規范，在普通結構混凝土驗收標準的基礎上，形成如下質量標準：
軸線通直、尺寸準確；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、裂紋和露筋現象；模板接縫、對拉螺栓和施工縫留設有規律性；模板接縫與施工縫處無掛漿、漏漿。
3 混凝土常見質量缺陷
為做好施工預控工作，必須認真分析清水混凝土面層可能出現的質量缺陷和產生的原因．從而采取有效措施避免發生上述缺陷。
清水混凝土表面缺陷主要為表面平整度、軸線位置不滿設計要求、表面蜂窩、麻面、有氣泡密集區，表面缺損，非受力鋼筋露筋。小孔洞、單個氣泡等；混凝土內部缺陷主要指混凝土澆筑過程中，混凝土振搗質量差，造成混凝土內部架空和孔隙率偏大的缺陷，內部缺陷應在混凝土澆筑過程中及時發現，及時清除。
4 模板工程控制
4.1方案審查要點
(1)清水混凝土施工用的模板必須具有足夠的剛度。在混凝土側壓力作用下不允許有一點變形，以保證結構物的幾何尺寸均勻、斷面的一致，防止漿體流失；
(2)選用的模板材料要有很高要求，表面平整光潔，強度高、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，則要求接縫嚴密，不允許漏漿；
(4)模板設計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，并保持較好的強度、剛度、穩定性及整體拼裝后的平整度；
(5)根據構件的規格和形狀，建議配制定型模板，以便周轉施工所需；
(6)模板制作時應保證幾何尺寸精確，拼縫嚴密，材質一致，模板面板拼縫高差、寬度應≤1mm，模板間接縫高差、寬度≤2mm；模板接縫處理要嚴密，建議模板內板縫用油膏批嵌外側用硅膠或發泡劑封閉，以防漏漿，模板脫模劑應采用吸水率適中的無色的輕機油；
(7)嚴格控制模板周轉次數，周轉3次后應進行全面檢修并拋光打磨。
4.2模板工程方案選擇
為實現清水混凝土的目標，初步模板體系確定為鋼木組合大模板。
根據本工程的特點及公司的施工經驗，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；標準層剪力墻、柱采用鋼木組合大模板(12mm厚竹膠板作為面板、6號槽鋼為輔龍骨、10號槽鋼為主背料)，剪力墻采用16的高強全絲螺桿為加固系統。
梁、板模板同地下室，以48mm鋼管搭設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。
4.3柱模板支設要點對±0.00以下混凝土柱模通用性、互換性較差。
采用12mm厚高強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，增加對拉螺栓拉結加固。±0.00以上混凝土柱模通用性、互換性較好，采用定制可調截面鋼大模支設。
①截面尺寸≤650mm的柱采用雙管柱箍中間加設坡口木楔緊固，柱高3m以下范圍內柱箍的間距≤400mm，柱高3m以上范圍內柱箍的間距≤500mm。
②截面尺寸≥700m的柱，采用腳手管作柱箍緊固，柱高3m以下范圍內柱箍的間距≤400mm，柱高3m以上范圍內柱箍的間距≤500mm，在枝中加設＋14mm(外套＋25mmpvc管)對拉螺栓，柱外側四角雙向均加設保險扣件，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
新拌混凝土必須具有極好的工作性和黏聚性，絕對不允許出現分層離析的現象；原材料產地必須統一，砂、石的色澤和顆粒級配均勻。
在材料和澆筑方法允許的條件下，應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。
同時控制混凝土含氣量不超過1.7％，初凝時間不超過6h-8h。
重點審核商品混凝土廠家制定清水混凝土原材料、配合比生產方案，生產過程中檢查嚴格按試驗確定的配合比投料，不得帶任何隨意性，并嚴格控制水灰比和攪拌時間，隨氣候變化隨時抽驗砂子、碎石的含水率，及時調整用水量。
5.2清水混凝土澆筑控制要點
檢查落實施工技術保證措施、現場組織措施，嚴格執行有關規定；合理調度攪拌輸送車送料時間。逐車測量混凝土的坍落度；嚴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振搗，第二次待混凝土靜置一段時間再振搗，而頂層一般在0.5h后進行第二次振搗；嚴格控制振搗時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清水混凝土養護控制要點
為避免形成清水混凝土表面色差，減少表面因失水而出現微裂縫，影響外觀質量和耐久性，抓好混凝土早期硬化期間的養護十分重要。
現場要求清水混凝土構筑物的側模在48h后拆除，模板拆除后其表面養護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，應采用塑料薄膜嚴密覆蓋養護，養護時間不得少于14d。
6 結語
此大廈清水混凝土主體工程，經過細致周密的方案設計，全過程施工質量控制，清水混凝土結構施工一次成型，陰陽角方正、順直，棱角挺拔，分格縫寬窄深淺一致、邊線順直，裝飾圖規整，墻體表面平整光滑，色澤均勻一致，主體工程被評為優質結構，為今后類似的清水混凝土結構施工積累了較成熟的經驗。
綜上所述，清水混凝土結構施工技術在民用建筑工程中得到了很好的應用，并得到了使用方的認可。
參考文獻
【關鍵詞】水電站工程主廠房設計排架結構設計 水電站設計結構設計
中圖分類號：K826.16 文獻標識碼：A 文章編號：
一．引言。
我國是世界上河流資源眾多的國家之一，有著較為豐富的內河、內江資源。隨著經濟的快速發展，在河流和江河上開展的水利工程建設也越來越多。水利工程中的水電站建設一直是工程施工的重點控制內容，由于水電站主廠房需要放置發電機、水輪機等發電相關設備，同時，主廠房結構又多為單層建筑結構，在進行結構設計時多采用排架結構。排架結構在自身的平面內具有較強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，無論是在設計階段還是施工階段，都要引起高度重視。
二．水電站主廠房的結構布置設計。
1.水電站廠房的結構組成以及相關用途。
（1）水電站主廠房的上部結構：屋頂、排架柱、吊車梁、發電機層和安裝間樓板、圍護結構等，通常為鋼筋混凝土結構。
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避雨，隔熱隔陽，屋面層部分包括隔熱層、防水層、保護層以及預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，同時這些荷載通過排架柱傳給房下部結構中的大體積混凝土。
吊車梁是起吊部件在制動過程中操作的移動集中垂直荷載，或者是承載吊車荷載，在吊車起重部件的時候，將啟動和制動過程中產生的橫向和縱向水平荷載，傳給排架柱。
發電機層樓板需要承載自重、人的活荷載、機電設備靜荷載；安裝間的樓板承受安裝機組或機組檢修時的荷載和自重。
由外墻、抗風柱、圈梁以及聯系梁等組成的圍護結構，能承受風荷載，同時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構。
水電站主廠房的下部結構包括：發電機機墩、蝸殼及固定導葉、尾水管等，下部結構一般為大體積水工鋼筋混凝土結構。
發電機機墩承載著發電機的自重、水輪機軸向水壓力和機墩自身重量，并將自重力量傳遞給蝸殼混凝土和座環。
蝸殼和固定導葉是將機墩傳遞下來的荷載傳到尾水管上。尾水管將水輪機座環傳遞過來的荷載，通過尾水管的框架結構傳到基礎上。
三.水電站的主廠房架構設計。
1.選擇立柱截面形式。
在水電站的主廠房中，其結構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，下柱的截面高度不應小于下柱高度的1/12，截面的寬度應不小于下柱高度的1/25。立柱高度根據廠房頂梁定的高程與發電機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，這是為了滿足強度和穩定的要求。柱截面的選擇要能滿足頂端的橫向位移的控制要求。
2.廠房屋面板荷載計算以及型號選擇。
發電站的主廠房一般選擇安全等級為二級以上的大型屋面板，屋面板無懸掛荷載，其抗震設計的強度為6度。由于屋面的活荷載與雪荷載部同時都存在，屋面具有較大的活荷載，因此要根據實際屋面的荷載設計，布置屋架的上、下弦支撐。
3.吊車梁設計。
設計吊車梁的截面時，由于T形截面具有較大的鋼度，同時具有較好的抗扭性能，在固定軌道時較為方便，在進行檢查時擁有較寬的走道，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多采用T形截面。
4.確定控制截面和荷載作用中的內力組合。
根據排架柱受力的特點，分別取牛腿處截面、上柱底面和下柱底面（采用室內廠房地面的下0.5米處為下柱的柱底），為排架柱配筋計算的控制截面。在廠房橫向跨度較小、吊車的荷載受力不大時，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力值作為柱基設計的依據。如果水電站處于地震帶上，要在內力計算和組合中，包含地震作用下的控制截面內力。
5.排架內力計算。
排架的內力計算和內力的組合采用手算極為復雜，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，可使用由我國建筑科學研究院研發的CAD系統PMCBC平面結構或PKPM結構設計軟件，根據水電站的實際情況，結合在施工地區的地震作用的內力計算和組合，編制計算程序。同時，依據各個截面的內力，通過系統計算，確定柱的配筋。設置配筋時，為避免其他不確定因素造成影響，設計中盡量采用對稱配筋設計。
進行排架設計時，要根據下部柱子的高度和牛腿的尺寸作為參考，來計算柱截面的尺寸。根據屋面的防水層、砂漿找平層、加氣混凝土、預應力混凝土屋面板以及風荷載、雪荷載等因素的標準值計算屋面的恒荷載，了解屋面結構承載能力。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、橫向風荷載等，在進行計算時要采用各項荷載的標準值，在此基礎之上，才能進行內力組合。
6.排架結構注意事項。
（1）水電站采用鋼筋混凝土的單層排架結構，一般不適合采用磚山墻承重，而應該在廠房的兩端位置設置端排架。要在屋架和山墻頂部相對應的高度位置上設置鋼筋混凝土臥梁，并要和屋架端頭上部高度處的圈梁保持連續的封閉。
（2）水電站的主廠房中設置有吊車時，排架柱的預埋件通常都較多，因此在進行排架結構設計時，要將各個位置、尺寸、數目進行仔細核對，避免在施工中由于位置錯誤或尺寸偏差，造成屋面梁構件、吊車梁等無法準確安裝。
（3）在排架結構設計時，為了提高結構的抗震能力，加強結構的整體性，要在柱外側沿著豎向位置每隔500mm的位置上留出2∮6鋼筋和外墻體的拉結。同時在外墻的圈梁上的對應位置上，設置不超過∮12的拉結筋。在主廠房的電氣設計中，為保證生產照明，在柱上要設置照明燈具，燈具設置高度要以具體情況而定，以符合安全生產要求為度。在進行柱的預制時，要做好電線管的預埋，以便于后期的電線施工。
（4）水電站的主廠房設計時，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，同時抗震強度為角柱較強，而中間排架較弱，同時受到側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，發生角柱頂部的開裂，造成端屋架塌落和柱頭折斷，在進行結構設計時，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算，要進行橫向和縱向兩個方面的驗算。一般來講，在設計結構能滿足規范和要求的條件下，七度時的一類、二類場地，在柱的高度低于10米，而且排架結構的兩端具有墻支撐的單跨度廠房中，可以不進行橫向和縱向截面的抗震驗算。但為了提高水電站在施工完成后的服務年限，保障水電站的正常生產，進行結構設計時，盡可能要考慮抗震作用，有條件的盡量進行橫向和縱向的抗震驗算。
四．結束語
水電站的排架柱承載著結構中的荷載，其控制截面的內力和組合較難控制。本文就排架結構的設計進行了簡單分析，提出了一定的解決方法。由于水電站主廠房的排架結構設計、施工、管理和控制都需要嚴謹的科學態度和專業的操作技能，因此，加強水電站施工建設，完善廠房的排架柱設計，有待大家的共同努力。
參考文獻：
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關鍵詞:高層建筑;抗震;結構設計;探討
中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A文章編號：
1 高層建筑發展概況與存在問題
80年代,是我國高層建筑在設計計算及施工技術各方面迅速發展的階段。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,建筑層數和高度不斷增加,功能和類型越來越復雜,結構體系日趨多樣化。比較有代表性的高層建筑有上海錦江飯店,它是一座現代化的高級賓館,總高153.52m,全部采用框架一芯墻全鋼結構體系,深圳發展中心大廈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構建筑。進入90年代我國高層建筑結構的設計與施工技術進入了新的階段。不僅結構體系及建筑材料出現多樣化而且在高度上長幅很大有一個飛躍。深圳于1995年6月封頂的地王大廈,81層高,385.95m為鋼結構,它居目前世界建筑的第四位。
我國高層建筑的結構材料一直以鋼筋混凝土為主。隨著設計思想的不斷更新,結構體系日趨多樣化,建筑平面布置與豎向體型也越來越復雜,出現了許多超高超限鋼筋混凝土建筑,這就給高層建筑的結構分析與設計提出了更高的要求。尤其是在抗震設防地區,如何準確地對這些復雜結構體系進行抗震分析以及抗震設計,已成為高層建筑研究領域的主要課題之一。
2 建筑抗震的理論分析
2.1 建筑結構抗震規范
建筑結構抗震規范實際上是各國建筑抗震經驗帶有權威性的總結,是指導建筑抗震設計(包括結構動力計算,結構抗震措施以及地基抗震分析等主要內容)的法定性文件它既反映了各個國家經濟與建設的時代水平,又反映了各個國家的具體抗震實踐經驗。它雖然受抗震有關科學理論的引導,向技術經濟合理性的方向發展,但它更要有堅定的工程實踐基礎,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半點冒險和不實。正是基于這種認識,現代規范中的條文有的被列為強制性條文,有的條文中用了“嚴禁,不得,不許,不宜”等體現不同程度限制性和“必須,應該,宜于,可以”等體現不同程度靈活性的用詞。
2.2高層建筑結構抗震結構設計分析
設計階段的結構動力特性分析。高層建筑進入初步設計階段后,首先按方案階段確定的結構布置進行計算分析。計算模型取自±0. 000至塔頂,假定樓板為平面內剛度無限大,其地震反應分析基本參數列于,以及可以看出,隨著樓層高度的增加,結構X方向(縱向)自振周期及地震力基本正常,而結構Y方向(橫向)自振周期偏長、結構剛度偏低,對應于水平地震作用的剪力較小,結構的抗震能力偏弱,結構偏于不安全。為增加Y方向(橫向)的抗側移剛度,提高其抗震能力,在現代高層建筑的設計中,可以在建筑核心筒的兩側增設四道剪力墻。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)和《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001),抗震設計時,框架-剪力墻結構中剪力墻的數量必須滿足一定要求,在地震作用時剪力墻作為第一道抗震防線必須承擔大部分的水平力。但這并不意味著框架部分可以設計得很弱,而是框架部分作為第二道防線必須具備一定的抗側力能力,在大震作用下第一道抗震防線剪力墻遭受破壞時,整個結構仍具備一定的抵抗能力,不至于立即破壞倒塌,這就需要在結構計算時,對框架部分所承擔的剪力進行適當調整。
3結構抗震設計方法探討。
3.1結構抗震設計的基本步驟。
對建筑抗震的三個水準設防要求,是通過“兩階段”設計來實現的,其方法步驟如下:第一階段設計:第一步采用與第一水準烈度相應的地震動參數,先計算出結構在彈性狀態下的地震作用效應,與風、重力荷載效應組合,并引入承載力抗震調整系數,進行構件截面設計,從而滿足第一水準的強度要求;第二步是采用同一地震動參數計算出結構的層間位移角,使其不超過抗震規范所規定的限值;同時采用相應的抗震構造措施,保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能,從而自動滿足第二水準的變形要求。第二階段設計:采用與第三水準相對應的地震動參數,計算出結構(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環節)的彈塑性層間位移角,使之小于抗震規范的限值,并采用必要的抗震構造措施,從而滿足第三水準的防倒塌要求。
3.2結構抗震設計方法
3.2.1基礎的抗震設計
基礎是實現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地基梁形式,在基礎梁的設計中,為充分發揮鋼筋的抗拉性和混凝土的抗壓性的復合效應,把設計重點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、基礎筋、基礎輔筋5種鋼筋的結合。為防止基礎鋼筋的生銹,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層厚度,以抑止鋼筋的腐蝕。高層建筑基礎處理的另一個特色是鋼制基礎結合墊塊的應用,它是高層建筑上部結構柱與基礎相連的重要結構部件。它的功能之一是使具有吸濕性的混凝土基礎和鋼制結構柱及上部建筑相分離,有效防止結構體的銹蝕,確保部件的耐久性。
3.2.2鋼結構骨架的抗震設計
采用鋼框架結合點柱壁局部加厚技術來提高結構抗震性能。一般鋼框架結構,梁和柱結合點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,鋼柱必須在結合部被切斷,加焊隅撐后再結合,這樣做技術上的不穩定性和材料品質不齊全的可能性很大,而且遇到大地震,鋼柱結合部折斷的危險性很大。鑒于此,可以首先該結構的梁柱采用高密度鋼材,以發揮其高強抗震、抗拉和耐久性。柱壁增厚法避免斷柱形式,對二、三層的獨立住宅而言,結構柱可以一貫到底,從而解決易折問題。與梁結合部柱壁達到兩倍厚,所采用的是高頻加熱引導增厚技術。在制造過程中品質易下降的鋼管經過加熱處理反而使材料本來所具有的拉伸強度得以恢復。對于地震時易產生的應力集中,柱的增厚部位能發揮很大的阻抗能力,從而提高和強化了結構的抗震性。
3.2.3墻體的抗震設計
“三合一”外墻結構體系,首先是由日本專家設計應用的,采用外墻結構柱與兩側外墻板鋼框架組合形成的“三合一”整體承重的結構體系。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構柱結合,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強作用,該做法可以較好地發揮結構柱設計值以外的補強承載力。加強了對豎向地震力及雪荷載的抵抗能力,最大限度地發揮其抗震優勢;另一方面,由于外墻板鋼框架與內部斜拉桿所構成“面”承載與結構柱的結合并用,也提高了整體抗側推力和抗變形能力。它的抗水平風載和地震力的能力比單純墻體承重體系提高30%左右。
4增大結構抗震能力的加固與改造技術
建國幾十年來，我國的抗震加固與改造技術得到了飛速發展。1976年唐山地震后，砌體結構抗震加固的問題日益突出，砌體結構抗震性能不好：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、鋼筋網水泥砂漿面層加固技術及增大結構整體性的壓力灌漿加固技術、增設圈梁(構造柱)加固技術、拉結鋼筋加固技術；通過增設抗震墻來降低抗震能力薄弱構件所承受地震作用的增設墻體技術等應運而生。目前該技術廣泛用于砌筑墻體的加固。
常見的混凝土柱加固技術有加大截面加固技術、外包鋼加固技術、預應力加固技術、改變傳力途徑加固技術、加強整體剛度加固技術、粘鋼加固技術以及碳纖維加固技術等。這些絕大部分都是經過長期實踐檢驗可靠性比較高的技術，已收入國家標準《混凝土結構加固技術》(cecs25—90)。此類技術不僅有比較充分的理論依據，規范還提供了詳細的計算公式。如混凝土柱的外包鋼法加固技術，開始階段的計算方法是分別計算混凝土柱和外包鋼，外包鋼按鋼結構計算：當外包裝的綴板加密并出現濕式的施工方法時，其計算按整體構件考慮；當綴板施加。
5結語
高層建筑已經逐漸成為當前時代建筑發展的主流建筑形態之一,對于高層建筑,其抗震效能的分析一直是國內外建筑抗震設計分析的研究熱點,而最直接最有效的抗震措施就是在建筑設計階段進行結構抗震設計,只有從高層建筑物內部實施結構抗震,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構設計的角度進行了抗震分析,對于具體的高層建筑抗震設計具有一定指導和借鑒意義。
參考文獻:
[1]李忠獻.高層建筑結構及其設計理論[M].北京:科學出版社,2006.
【關鍵詞】高層建筑；地下核心筒；剪力墻結構；施工質量；加固措施
一、高層建筑地下核心筒-剪力墻結構的施工質量問題探析
某高層建筑為四十層鋼筋混凝土框架和地下層的核心筒-剪力墻結構工程，具有7級抗震防御功能，其中剪力墻結構抗震等級為二級。該建筑占地面積大，跨度大，地下雙核心筒集中布置，且其主要的抗側力構件為剪力墻結構。
1.1 質量問題
該高層建筑地下層具有混凝土等級為 C50的核心筒剪力墻設計，在進行混凝土澆筑施工后，中途須測溫，當內外溫差相等時開始拆模，拆模時間應依照規范規定的。在拆模的過程中，發現主樓地下層核心筒-剪力墻的出現多種質量問題，如大面積蜂窩狀筒體表面、部分露筋以及墻體裂縫等，尤其在墻體轉角暗柱，門洞暗柱、暗梁筋密集區以下，質量問題更顯著。 這些質量問題明顯不符合建筑工程質量檢測評定標準，且各項指標均超標，給整體結構的承載力造成極大影響。
除此之外，目前我國剪力墻結構分析和設計的商業化軟件，主要采用有限元方法；而分散于各地的有關高層建筑地下核心筒-剪力墻的構造措施，則大多是借鑒普通剪力墻的相關規定，試驗依據很少，且設計人員操作不便。
1.2 工程檢測
這些質量問題若不及時處理，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，查出混凝土結構的實際強度，從而分析出問題的根本所在。而依據回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程（JGJ/T23-29），其最大強度換算值為 49MPa，且檢測結果數據過于離散，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行抽芯取樣調查，共選60處，其中北筒30處，南筒30處，經過區域強度評價檢測單位進行換算檢測結果，該雙核心筒混凝土最大換算強度為65MPa，最小換算強度為 20MPa，強度變化過大，而不符合設計要求。
1.3原因分析
由于高層建筑結構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雜，這就給高層建筑結構分析和設計提出了更高的要求，高效、準確地對高層結構進行內力分析，做到既滿足結構的功能要求，又能實現經濟效益的最大化，已成為結構工程師設計高層建筑結構時亟待解決的重要課題。 依據工程的實際施工情況，通過對該高層建筑的質量問題進行分析，發現其產生的原因主要源于以下三個方面：一是人員因素，施工現場的管理人員組織管理水平較差，而工作人員素質相對較低，沒有經過專業的施工培訓，僅憑不足的經驗進行施工，使得施工效果達不到專業水準。二是在施工過程中，未形成健全的質量監管體系，使很多技術措施得不到落實，且很多工序無記錄、無交底。尤其是進行核心筒-剪力墻的混凝土澆筑時，使用的技術措施有誤，使得一次澆筑或超高，或未設溜槽、串筒，或振搗不足，而產生混凝土的離析、蜂窩或開裂現象。三是施工過程中的設備及其管理不足，出現澆筑間斷，施工縫沒處理，輸送泵堵管，維修不及時，振動器材質量不穩定且數量不足等現象。
二、高層建筑地下核心筒-剪力墻結構補強與加固措施
在發現質量問題后，承包施工單位會委托設計單位對該質量事故進行分析，并提出相應的加固補強處理方案，以確保其承載能力能滿足安全及使用要求。一般設計單位主要根據混凝土的剛度、延性、軸壓比、配筋率和密實度等五個量來分析建筑物及地下層結構位移變化，混凝土承載能力，結構變位和配筋情況，進而制定相應的結構補強方案，并給出加固措施，因此在進行核心筒剪力墻設計的過程中就應做好前期補強處理。當底層在風和地震荷載作用下，層作用力與層間位移角均較小，而整體結構因各樓層剛度不變，且得建筑物位移幾乎不受影響時，只是施工時所引起的局部質量問題，無須整體結構補強，只須對局部進行補強處理和加固；若建筑物整層剛度變化大，且位移影響較大時則需要進行整體結構補強。
2.1 設計過程中的結構補強處理
在設計的過程中要針對核心筒-剪力墻的結構特征，提前做好超限應對措施；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，還可彌補鋼管混凝土柱的防腐和防火材料造價較高及時效性方面的缺陷等。在進行鋼管混凝土組合柱的梁柱節點設計時，應設置水平加強環和豎向短加勁肋補強后，使鋼管在節點區是連續的，保證節點的剛性不受影響，滿足“強節點弱構件”的要求。
2.2 缺陷部位補強處理
針對該高層建筑所存在的質量問題，主要有蜂窩或麻面、孔洞、裂縫和露筋，須對這些缺陷部位進行補強處理。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雜一些，主要是鑿除孔洞處不密實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）后，刷一道水泥漿，再澆灌水灰比為0.5以下的C50 微膨脹細石混凝土，澆灌應做到超高超寬，即用小振搗棒仔細振搗密實，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，再用改性環氧化學灌漿液進行封閉補強。至于露筋，須先清除其上的混凝土殘渣、浮漿、浮石，再用鋼絲刷除銹。
2.3整體結構加固措施
由于本建筑混凝土強度等級不同程度低于設計要求，故需進行加固處理。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，是結合實測混凝土缺陷處及強度較弱處情況，將筒體剪力墻鑿成多條豎向的強度等級為C50微膨脹混凝土加強帶，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，最后于層頂處設一道加強暗圈梁，以形成整體加強；當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，并通知質檢，以確保強度合適。
2.4施工要求
在該高層建筑核心筒-剪力墻結構補強與加固過程中應注意以下幾點要求：一是按照國家標準以及建筑安裝工程質量檢測評定標準劃分所有缺陷定義，并分別采取相應的補強措施；二是已銹鋼筋經除銹或綁條焊加強后方可投入使用；三是為修補部位混凝土及砂漿應做好養護，以確保強度；四是缺陷補強及加強帶位置范圍，放線后要經有關單位核實后方可鑿打；五是在缺陷補強時，待鑿除浮漿浮石除銹清刷工作完成后，應通知質檢；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
按照上述要求進行補強加固后，經反復計算審核與新補混凝土強度超聲一回彈綜合法檢測和新舊混凝土結合面超聲法檢測，發現該高層建筑的層間及頂點位移滿足規范的限值要求；筒體剪力墻的軸壓比、延性、配筋均滿足設計要求，剪壓比也控制在規范范圍內；筒體，承載力亦滿足使用要求。修補好后，該核心筒-剪力墻混凝土內部密實度情況較好，無明顯缺陷 ，且新、舊混凝土結合正常。
3、結語
綜上所述，通常地下層雙核心筒-剪力墻是一個軸壓比較小的構件，且地下層承擔的水平力由地面向下逐漸衰減，地下室剪力墻抗震等級可以降低，其質量問題不需作整體加固補強措施，只需對缺陷部位進行局部加固補強，即可滿足結構抗震承載力要求.
參考文獻：
[1]李芳.高層建筑短肢剪力墻-核心筒結構合理剛度優化設計研究[M].武漢理工大學碩士論文，2006.
關鍵詞：超高性能混凝土；制備技術；材性；工程應用；細觀力學分析
中圖分類號：TU528.2文獻標志碼：A
0引言
混凝土是一種水泥基復合材料，它是以水泥為膠結劑，結合各種集料、外加劑等而形成的水硬性膠凝材料。混凝土是當今用量最大的建筑材料，與其他建筑材料相比，混凝土生產能耗低、原料來源廣、工藝簡便、成本低廉且具有耐久、防火、適應性強、應用方便等特點。從社會發展和技術進步的角度來看，在今后相當長的時間內，混凝土仍是應用最廣、用量最大的建筑材料。然而，由于混凝土自重大、脆性大和強度（尤其是抗拉強度）低，影響和限制了它的使用范圍；同時，對于低強度的混凝土，在滿足相同功能時用量較大，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境的污染。
20世紀以來，隨著社會經濟的發展，工程結構朝更高、更長、更深方向發展，這對混凝土的強度提出了新的要求。為滿足這種要求，隨著科技的進步，混凝土的強度得到了不斷的提高。在20世紀20年代、50年代和70年代，混凝土的平均抗壓強度可分別達到20，30，40 MPa。20世紀70年代末，由于減水劑和高活性摻合料的開發和應用，強度超過60 MPa的高強混凝土（High Strength Concrete，HSC）應運而生，此后在土木工程中得到越來越廣泛的應用[15]。
然而，單純提高混凝土抗壓強度，并不能改變其脆性大、抗拉強度低的不足。采用纖維增強的方法，產生了纖維增強混凝土（Fiber Reinforced Concrete，FRC）[4，6]，其所用纖維按材料性質可劃分為金屬纖維、無機纖維和有機纖維等，最常用的是金屬纖維中的鋼纖維。隨著社會的發展，許多特殊工程，如近海和海岸工程、海上石油鉆井平臺、海底隧道、地下空間、核廢料容器、核反應堆防護罩等，對混凝土的耐腐蝕性、耐久性和抵抗各種惡劣環境的能力等也提出了更高的要求。因此，人們又提出了將HSC包含在內的高性能混凝土（High Performance Concrete，HPC）的概念。
在HPC應用發展的同時，人們并沒有停止對混凝土向更高強度、更高性能發展的追求。1972～1973年，Brunauer等在《Cement and Concrete Research》雜志上發表了有關Hardened Portland Cement Pastes of Low Porosity的系列論文，報道了抗壓強度達到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，該技術沒有在工程中得到推廣應用[3]。Bache采用細料致密法（Densified with Small Particles，DSP），通過發揮硅灰與高效減水劑的組合作用，以達到減小孔隙率的目的，制備出強度為150～200 MPa的混凝土，其產品在市場上以DENSIT商標的混凝土制品出現[3，7]。Birchall等[8]開發出無宏觀缺陷（Macro Defect Free，MDF）水泥基材料，抗壓強度可達到200 MPa。MDF水泥基材料問世后，引起了有關學者的廣泛關注，并開展了許多有關這類材料優異性能和高強機理的研究。此外，Roy在1972年獲得了抗壓強度達到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材料DASH47[3]。20世紀90年代，法國Bouygues公司在DSP，MDF及鋼纖維混凝土等研究的基礎上，研發出了活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC）[910]。RPC分為2個等級，強度在200 MPa以內的稱為RPC200，強度在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，有關水泥基向更高強度發展的研究報道仍不斷地出現，然而具有工程應用前景的并不多：有些因為價格太高，有些因為制備技術太復雜，而有些則在強度提高的同時某些性能指標下降。因此，以RPC制備原理為基礎的UHPC材料的研究與應用，是當今水泥基材料發展的主要方向之一。美國國家科學基金會于1989年投資建立了一個“高級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費[5]。美國聯邦公路局以RPC為研究對象，對UHPC開展了系統的研究，進行了1 000多個試件的測試，研究內容包括配制技術、強度、耐久性和長期性能等力學性能[12]。在此基礎上，美國密歇根州交通技術研究院開展了進一步的研究[13]。法國土木工程學會在大量研究的基礎上，于2002年制訂了超高性能纖維混凝土的指南（初稿）[14]。日本土木工程協會也于2004年制訂了相應的設計施工指南（初稿），并于2006年出版了英文版本[15]。韓國提出了一個超級橋梁（Super Bridge 200）的計劃，希望通過應用UHPC建造橋梁，減少20%的工程造價，在10年內節省20億美元的投資，減少44%二氧化碳的排放量和減少20%的養護費用[16]。中國從20世紀90年代開始了UHPC的研究，取得了一系列的成果，國家標準《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國際會議上，與會專家認為UHPC雖然被命名為混凝土材料，但是卻可以認為是一種新型材料，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混凝土（Ultrahigh Performance Fiber Reinforced Concrete，UHPFRC）國際會議上，與會專家認為因UHPFRC低碳環保且性能優異，可以用來建造低碳混凝土結構，在未來必將得到大力發展[19]。盡管UHPC自出現以來，不斷被應用于橋梁、建筑、核電、市政、海洋等工程之中，然而應用發展遠低于預期。以應用最多的橋梁為例，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為主[20]。在中國，UHPC實際工程應用也極少，以橋梁為例，僅在鐵路上有1座梁橋的應用，目前1座公路梁橋正在建設之中。在中國處于大規模工程建設的背景下，UHPC在中國的應用顯得更為滯后。這種應用不理想的狀況，究其原因：一方面，有關UHPC的研究主要集中在發達國家，而這些國家已完成大規模的基礎設施建設，推動其研究與應用的市場動力不足；另一方面，發展中國家雖然有較大的基礎設施建設的需求，但是基礎研究不足和UHPC價格較高，影響了其在工程中的應用。
在今后相當長一段時間內，中國仍處于大建設時期，隨著對節能減排、可持續發展要求的不斷提高，對混凝土性能的要求也將越來越高，因此UHPC具有廣闊的應用前景。2014年3月4日，住房和城鄉建設部、工業和信息化部召開了高性能混凝土推廣應用指導組成立暨第一次工作會。會議認為，高性能混凝土推廣應用是強化節能減排、防治大氣污染的有效途徑，能提高建筑質量，延長建筑物壽命，提升防災減災能力，有利于推動水泥工業結構調整。在節能減排方面，據專家估算，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約水泥25 kg，實現年節約水泥1×108 t，進而減少消耗石灰石1.1×108 t、粘土6×107 t，節約標準煤1.2×107 t，減少排放二氧化碳7.5×107 t[21]。若能推廣應用UHPC，成效顯然更大，同時也能為中國UHPC技術、混凝土材料與工程結構領先于世界做出積極的貢獻。因此，開展UHPC的制備技術與工程應用基礎研究，具有重要的意義。為此，國家自然科學基金委員會與福建省人民政府設立的“促進海峽兩岸科技合作聯合基金”2013年資助了“超高性能混凝土制備與工程應用基礎研究”項目。在該項目的指南建議、項目申請、項目獲批后的研究計劃制訂中，筆者查閱了大量的研究資料，結合前期研究成果，對UHPC的研究現狀有了較為全面的了解。為促使該項目的順利進行，并推動中國UHPC研究與應用的不斷發展，整理撰寫了本文。
1UHPC制備基本原理與技術指標
1.1UHPC制備基本原理
對普通混凝土的研究，人們認識到混凝土作為一種多孔的不均勻材料，孔結構是影響其強度的主要因素，而固體混合物的顆粒體系所具有的高堆積密實度是混凝土獲得高強度的關鍵。因此，減小孔隙率、優化孔結構、提高密實度、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）通過優化細骨料的級配，使其密布整個顆粒空間，增大了骨料的密實度。
（3）摻入硅粉、粉煤灰等超細活性礦物摻合料，使其具有很好的微粉填充效應，并通過化學反應降低孔隙率，減小孔徑，優化了內部孔結構。
（4）在硬化過程中，通過加壓和熱養護，減少化學收縮，并將CSH轉化成托貝莫來石，繼而成為硬硅鈣石，改善材料的微觀結構。
（5）通過添加短而細的鋼纖維，改善材料延性。
中國正在制訂的國家標準《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、細骨料、高強度微細鋼纖維或有機合成纖維等原料生產的超高性能纖維增強細骨料混凝土。從上述定義可見，它對養護制度、配合比中的一些組分并沒有嚴格的限制，如有些結構需要現場澆注，蒸壓養護較為困難而采用常規養護時，如果骨料強度高且表面粗糙，也可得到強度為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護等，但是對骨料的粒徑、養護制度、配合比中的組分等則沒有嚴格的限制，如采用常規養護工藝也可配制出強度超過150 MPa的UHPC。文獻[23]中采用常規材料，不采用熱養護、預壓等特殊工藝，也制備出強度超過200 MPa，可泵送澆注的UHPC，其技術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[24]中采用普通材料和常溫養護，制備出坍落度為268 mm，90 d強度為175.8 MPa的混凝土。文獻[25]中采用常規材料和養護，制備出抗壓強度超過200 MPa的混凝土，摻入質量分數為1%的鋼纖維的抗拉強度可達到15.9 MPa。
1.2UHPC技術指標
在UHPC的研究中，有些繼續采用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指南[1415]，有的則認為UHPFRC就是RPC，是UHPC與FRC相結合的產物[26]，目前對這些名詞還沒有統一公認的定義。從內涵來看，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時，保持原文獻的材料名稱，在進行綜述分析時，則統稱為UHPC。
關于UHPC或RPC的技術指標，目前也沒有統一公認的定義。法國UHPFRC指南[14]中，定義它為具有150 MPa以上抗壓強度，有纖維加強以確保非脆，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合材料，抗壓強度超過150 MPa，抗拉強度超過5 MPa，開裂強度超過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、抗拉強度不小于2 GPa的加勁纖維。
中國的國家標準《活性粉末混凝土》（征求意見稿）[17]中對RPC按力學性能的等級劃分見表1。從表1可知，它對抗壓強度要求最低為100 MPa，比法國、日本的抗壓強度150 MPa要低。
表1活性粉末混凝土力學性能的等級劃分
Tab.1Grade Classification of Mechanic Properties of RPC等級1抗壓強度標準值/MPa1抗折強度/MPa1彈性模量/GPaR10011001≥121≥40R12011201≥141≥40R14011401≥181≥40R16011601≥221≥40R18011801≥241≥402制備技術
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。各國研究者結合當地的材料開展了大量的配合比設計，中國也開展了許多的研究，如文獻[27]～[32]。
UHPC作為一種高技術的新型材料，成本較高是影響其工程應用的一個重要因素。文獻[33]中對一些RPC試驗的原材料進行分析，發現其成本均在4 000元?m-3以上，最高達到8 000元?m-3，遠高于普通混凝土的價格。為此，提出了RPC性價比計算方法，并以鋼纖維摻量為主要參數進行研究。
由于RPC中的鋼纖維為細鋼纖維，且為了防銹而鍍銅，其較高的價格是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[34]中采用碳纖維替代部分鋼纖維進行RPC的配制，發現RPC的抗折強度下降而抗壓強度有所提高。文獻[35]中采用碳纖維替代鋼纖維配制RPC，結果表明，最終破壞形態表現出很大的脆性破壞。此外，還有學者對聚丙烯纖維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的一些力學性能得到一定程度的改善而提高[3642]。美國規范在AASHTO Type Ⅱ梁中采用80級焊接鋼筋網以取代UHPC中的鋼纖維，其抗剪強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、超細粉煤灰、石粉、偏高嶺土、火電廠微珠、超細礦渣、稻殼灰等，不僅能降低造價，而且利于環保[4450]。
文獻[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[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的抗壓強度、46.69 MPa的彎拉強度和13.78 MPa的直拉強度。文獻[53]中采用稻殼灰取代硅灰，在標準養護制度下，可制備出強度超過150 MPa的UHPC，當采用水泥+10%硅灰+10%稻殼灰時，得到的UHPC性能最好。在RPC的凝結硬化過程，加入部分水化水泥基材料（PHCM），能促進水泥水化，增加CSH生成量，使RPC具有較高的早期強度[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行耦合使用，其效果更好[55]。在UHPC配合比設計中采用修正的安德烈亞森顆粒密實模型，可以降低膠凝材料的用量，如養護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[57]中提高RPC的硅灰含量，使配制的RPC強度得到提高的同時，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，如采用燒結鋁礬土[40]、機制砂石[58]和丘砂[5960]等。文獻[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，工作性和強度下降。文獻[62]中將廢棄混凝土塊放入UHPC中，可減少早期收縮，制成自約束收縮UHPC。文獻[63]中采用超細水泥制備了新型超高性能混凝土SCRPC，避免了硅灰的使用，且便于現場養護與施工。
2.2拌制與養護技術
與普通混凝土不同的是，RPC由于采用基體材料+細粒徑組分材料+鋼纖維進行配制，在拌制過程中容易聚團，影響RPC成型的均質性和材料性質，是備受工程界關心的一個主要問題。各國學者對需要采用的攪拌設備、混合料的拌制時間與順序等也開展了相應的研究，如Collepardi等[64]的研究表明，攪拌1 min后添加減水劑的RPC，其工作性能要優于即時摻入減水劑的RPC[64]。文獻[65]中介紹了常規攪拌工藝配制的RPC的特性，制定了加料順序。文獻[66]中研究了3種不同的投料攪拌方法，試驗結果表明，不同的投料次序對RPC的抗折強度和抗壓強度有一定影響，尤其對RPC流動性的影響較大。此外，RPC澆注時鋼纖維方向分布對RPC的拉抗強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[67]中通過數值分析和試驗研究，探討了通過擠壓改變鋼纖維排列方向的方法；文獻[68]中采用管壁效應和混凝土流動方向等方法，改變鋼纖維在試件內的排列方向，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、加壓養護制度是UHPC獲得高性能的重要手段，溫度越高、時間越長，參加反應的硅灰越多，內部結構也就越密實。文獻[69]中指出，與90 ℃熱養護相比，在20 ℃標準養護條件下的UHPFRC試塊，抗壓強度降低20%，抗彎強度降低10%，斷裂能降低15%。高溫、加壓養護制度是RPC獲得高性能的重要手段，如RPC中含有火山灰活性物質，在不同養護制度下，RPC的力學性能有較大差異[1415]。以29Si磁共振方法（29Si NMR）量測水泥、硅灰、石英粉等膠結粉體在不同養護條件下的水化程度，可確立有效且經濟的養護方式[70]。Richard等[10]的研究表明，90 ℃熱養護能加速火山灰反應，并改變已形成水化物的微觀結構，高溫養護（250 ℃～400 ℃）能促使結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 ℃的條件下養護48 h后，其抗壓強度可達到500 MPa。Cheyrezy等[72]通過熱重分析和X射線衍射對熱養護下傳統RPC的微觀結構進行分析，認為傳統RPC在養護溫度介于150 ℃～200 ℃之間時，孔隙率最小。對采用蒸汽養護、滯后蒸養與降溫蒸養以及常規養護這4種養護方式進行了對比試驗，結果表明，蒸養對材性的影響最大，而采用蒸養但滯后蒸養與降溫蒸養對材性的影響較小[72]。蒸養能提高材料的抗壓強度、抗拉強度和彈性模量，減小徐變，加快收縮速度，提高抗滲能力[12]。然而，蒸汽或蒸壓養護給施工帶來困難，也提高了制備成本。因此，不采用蒸汽或蒸壓養護時，如何獲得RPC材料的高性能，也成為研究的一個熱點。吳炎海等[7377]也都開展了不同養護制度和齡期對RPC材料性能影響的研究，結果表明，蒸養對提高材料性能具有極其有利的作用，并提出了相應的最佳養護條件。
養護時的壓力對UHPC的性能也有影響。研究結果表明，在凝結過程施加5～25 MPa的預壓力時，RPC的抗彎強度可提高34%～66%，韌性可提高3.39～4.81倍，這是由于預壓力可消除孔隙和自由水，使顆粒更加緊密[78]。蒸壓時間、溫度和壓力均會影響RPC的性能；對于每一個壓力和溫度，存在一個臨界蒸壓時間；蒸壓時間過長，反而會使其力學性能有所下降[79]。蒸壓養護對提高RPC抗壓強度作用明顯，但是其抗折強度和韌性反而低于28 d標準養護的RPC，這可能與蒸壓養護對提高鋼纖維和水泥石的粘結作用不大有關[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度和韌性的降低[79]。3超高性能機理
3.1微觀結構
文獻[80]中從測量的納米尺度力學性能出發，采用四層次多尺度微觀結構模型，精確計算UHPC的剛度，且證實了纖維基體界面是無缺陷的。此后，許多學者采用SEM，EDS微區元素點分析與X射線衍射等試驗，對RPC的微觀結構開展了研究，進一步揭示了RPC形成高性能的基本原理。
RPC密實度與強度之間存在著高度的相關性[8081]，但是最大密實度并不代表最高強度，強度取決于其微觀結構和水化階段的性能[8283]。蒸壓養護能降低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]。電導率與水化度存在一種函數關系，當水化度達到26%時，孔隙不連續，采用超聲波技術可以監測凝結硬化過程RPC的孔隙半徑的變化[81，85]。UHPC孔結構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量的關系[85]。
高溫可促進水泥、硅灰和石英粉的化學反應，當溫度達到250 ℃時，RPC中出現硬硅鈣石。隨著養護溫度的增加，CSH平均鏈長增加[8687]。堿激發水泥RPC （ARPC）在抗壓強度相同情況下，具有更高的抗彎性能、斷裂能以及與鋼筋的粘結性能；由于ARPC的CaO/SiO2較低，其納米的孔結構有利于水分的逸出，內部孔壓力較低，因此具有更好的抗火性能[8889]。
3.2纖維增強增韌機理
研究結果表明，未摻入鋼纖維的UHPC，在進行受壓試驗時由于內部積聚的能量太大而呈現爆炸性破壞，表現出較普通混凝土和高強混凝土更大的脆性。因此，UHPC一般摻有纖維，故它也可視為基體與纖維的復合材料。纖維主要以細鋼纖維為主，直徑較小，為0.20～0.22 mm，長細比較大，為55～70，而UHPC基體的膠凝粒徑小，因而它與基材間的粘結滑移、纖維的拉拔、纖維橋接和裂縫的偏轉作用以及對混凝土材性的增強機理都有其自身的特性。為此，對纖維的增強增韌機理開展了大量的研究。
文獻[90]中研究了鋼纖維分布角度分別為0°，30°，45°，60°，90°時對RPC斷裂性能的影響。結果表明：當分布角度為0°時，構件的平均應變最大，其變化規律為0°～60°降低，60°～90°增加；軸拉構件在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，RPC的偽應變強化效應與鋼纖維的分布特征有較大的關系，但是纖維分布方向對抗壓強度的影響較小。
大量的研究表明，鋼纖維對UHPC的抗拉強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，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]。
對抗壓強度，鋼纖維也有一定的增強作用，但是一般認為存在一個界限摻量，當超過這個摻量時，抗壓強度不升反降。對于這個界限摻量，各國學者有不同的看法，從2%到4%都有[97100]。
為探討纖維對UHPC強度（尤其是抗拉強度）影響的細觀作用機理，一些研究對纖維與UHPC基體的相互作用開展了研究。文獻[101]中提出了一種新型的抗拉試驗方法（在夾具和試件間采用轉換板，使拉應力均勻）用于測試纖維的拔出試驗。通過優化UHPC基體的材料配制比例，鍍銅直纖維與UHPC的最大等效粘結應力可達到22 MPa，纖維的最大拉應力可達到1 840 MPa，拉出所需要的能耗為71 J?mm-2，其粘結強度、纖維最大應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到最大荷載后沒有出現像HSC曲線的突然下降現象，表明UHPC與纖維的摩擦因數更大，其密實性較HSC更好[102]。文獻[103]中研究鍍銅直纖維、變形纖維（彎勾纖維和扭轉纖維）物理化學界面的粘結性能，變形纖維的粘結強度47 MPa是直纖維的5倍。通過優化UHPFRC的配合比，直纖維的粘結強度可以從10 MPa提高到20 MPa。硅灰對粘結性能有利，最優的硅灰水泥比為20%～30%，當硅灰水泥比為30%時，其粘結強度可提高14%[104]。文獻[105]中認為，摻入質量分數為3%的鋼纖維，其抗壓強度、彈性模量、收縮性能和界面性能最好，并給出了粘結應力滑移模型。4材料性能研究
4.1拉、壓強度等基本力學性能
在強度等力學性能方面，主要研究內容有抗壓強度、抗拉強度、韌性、彈性模量和應力應變曲線、極限應變、泊松比、平均斷裂能、延性、熱膨脹系數等，其中，抗壓強度、抗拉強度是UHPC最基本的力學性能，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混凝土一樣，UHPC也存在著尺寸效應問題，因此如何根據其特點，制定統一的測試標準，已成為研究的主要內容。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。中國學者常采用邊長為150 mm（混凝土標準試件）、100 mm（混凝土非標準試件）、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[110]中的研究結果表明，如果不摻入纖維，RPC的尺寸效應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的尺寸效應變得明顯。文獻[112]中認為，與摻入纖維的UHPFRC相比，不摻入纖維的UHPC抗壓強度的變異系數較大。總的來說，小尺寸試件所測的強度要大于大尺寸試件，但是各尺寸試件所測強度之間的比值，目前還沒有統一的結論。
文獻[108]中認為，邊長分別為70.7 mm和40 mm的試件對應的是建筑砂漿和水泥膠砂試件規格和測試方法，與現有普通混凝土或高強混凝土的測試方法之間存在一定的差異，不應作為RPC抗壓強度的測試試件。鑒于一般檢測機構或實驗室的壓力機能力，文獻[17]，[106]，[108]中均建議采用邊長為100 mm的RPC立方體試塊為標準測試試件。根據不同形狀試件的測試結果可知，立方體試件的抗壓強度大于棱柱體的抗壓強度，文獻[108]中匯總了65個試驗樣本，得出二者之間的比值為0.87，略高于《混凝土結構設計規范》（GB 50010―2010）[113]中規定的高強混凝土C80的二者比值0.82。
目前混凝土抗拉強度主要的測試方法有軸拉試驗、劈裂試驗和抗折試驗3種。由于混凝土材料的抗壓強度高，抗拉強度低，且抗拉強度測試難度較大，在結構中發揮的作用較小，因此抗拉強度的測試并沒有得到重視，各種測試結果之間的關系以及工程中的應用標準還不統一。雖然UHPC的拉壓比與普通混凝土的拉壓比相差不大，但是其抗拉強度絕對值已達到10 MPa或更高，在結構受力中能發揮一定的作用，因此，UHPC的抗拉強度研究受到了重視。UHPC的抗拉強度測試方法，基本沿用了普通混凝土的3種測試方法，研究結果表明，同普通混凝土一樣，UHPC測得的抗拉強度從高到低依次為軸拉強度、劈拉強度以及彎拉強度，但是對于各種測試結果之間的比值量化關系，目前為止還沒有公認的定論[12，91，100，108]。
除抗壓強度、抗拉強度外，許多研究者對UHPC的其他材性進行了綜合性的研究。美國聯邦公路局[12]和美國密歇根州交通技術研究院[13]對UHPC的強度、耐久性、長期性能等力學性能進行了較為系統的研究，為其在美國橋梁工程中的應用奠定了理論基礎。文獻[114]中研究了RPC200的棱柱體抗壓強度、立方體抗壓強度、劈拉強度、彈性模量、峰值應變、泊松比等參數，并建立了彈性模量和峰值應變的擬合公式。文獻[115]中采用超聲波技術來測定UHPC的彈性模量和泊松比。文獻[110]中認為，ACI公式可以預測UHPC的彈性模量。
Fehling等[116]研究了不同鋼纖維摻量UHPC的受壓應力應變曲線，認為不摻入鋼纖維UHPC受壓破壞時呈現爆炸性，無曲線下降段；摻入鋼纖維UHPC的應力應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。對于應力應變曲線的上升段，不同養護方式所對應的系數也是不一樣的[110]。Prabha等[109]通過MTS測得不同鋼纖維種類和摻量RPC的單軸受壓應力應變全曲線，認為RPC的應力應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）對抗拉強度、峰值應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基體的粘結強度高，所以未必需要彎鉤和扭轉的纖維[117]。Fujikake等[118]采用伺服控制試驗機，研究了不同應變率對RPC受拉應力應變全曲線的影響。結果表明，初裂抗拉強度和極限抗拉強度都隨著加載速率的提高而增加。
文獻[119]中對抗拉和抗壓本構關系測試方法進行了改進，研究發現，鋼纖維對抗拉強度提高明顯，但是對抗壓強度和彈性模量提高不明顯。文獻[120]，[121]中由彎曲試驗采用反向分析方法來量化UHPFRC的受拉應力應變關系，并將計算結果與直拉試驗結果（DTTs）進行了比較，發現峰值應力和對應的應變略微偏大。
Liang等[31，33，108]研究了不同砂膠比、水膠比、鋼纖維摻量對RPC強度的影響。結果表明：隨砂膠比的增大，RPC的抗折強度、抗壓強度均減小；隨水膠比的增大，RPC的抗折強度增大，但是抗壓強度在水膠比為0.18時達到最大值；隨鋼纖維摻量的增大，RPC的軸拉強度、劈拉強度和抗折強度均增大，但是抗壓強度在鋼纖維摻量2%時達到最大值。
4.2體積穩定性
收縮、徐變等體積穩定性是RPC長期性能研究的主要內容[1213，122124]。研究結果表明：由于孔隙致密，采用蒸汽養護的RPC收縮和徐變均減小，收縮的速度較普通混凝土快，在24 h內可完成總收縮量的1/2，這有利于預應力RPC構件工廠化生產時生產效率的提高；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%下養護的RPC，標準試件（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%；與標準試件相比，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]。在阻止水蒸發方面，采用石蠟效果比較好。在凝結時間試驗中，當抗穿透壓力為1.5 MPa時，UHPC的應力開始發展，這個時間比初凝時間早0.6 h，該時間被定義為零應力點；自收縮應變比總應變大，15 d時為6.13×10-4。超聲波技術可用于測量其早期抗拉強度和彈性模量[128]。文獻[129]中認為：零應力點是澆注后6 h；從6～15 h，自收縮應變為5.77×10-4；由于自干燥，30 d時，自收縮應變為7.53×10-4；因為玻璃纖維增強復合材料（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[130]中認為，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。高溫養護加速了水化和自干燥過程，所以UHPC自收縮增加[131]。
對于預測長期性能來說，采用拉伸徐變比抗拉強度更合適，因為拉伸徐變更為敏感且重要。熱處理和鋼纖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，雖然徐變系數較小，但是由于材料的強度提高，早齡期加載產生的徐變變形還是相當可觀的，因此，工程應用中應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能力等方面[1213，133136]。
大量的研究均表明：RPC具有非常致密的細觀結構和很強的抗滲透能力以及很好的抗凍融循環能力[137]；UHPC的耐水性比普通混凝土好（以滲出的鈣為指標）[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[141]中指出：UHPC的抗彎強度是抗壓強度的16%～18%；將凍融循環1 098次構件與放置于20 ℃的水中養護1年的構件相比，其抗壓強度和彈性模量反而增加。文獻[142]中指出，氣體滲透法比孔結構能更準確評價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、粘結性能等。
UHPC立方體抗壓強度在溫度達到100 ℃時開始下降，在200 ℃～500 ℃之間時增加，溫度超過600 ℃后又開始下降。當溫度低于300 ℃時，UHPC立方體抗壓強度隨著纖維摻量的增加而增加，但是當溫度高于300 ℃時，UHPC立方體抗壓強度隨著纖維摻量的增加而降低。UHPC立方體抗拉強度在200 ℃時開始下降，在200 ℃～300 ℃之間時增加，溫度超過300 ℃后又開始下降。當溫度低于600 ℃時，UHPC立方體抗拉強度隨著纖維摻量的增加而增加，但是當溫度高于600 ℃時，UHPC立方體抗拉強度隨著纖維摻量的增加而降低。在火災環境下，UHPC抗拉強度降低速度比其抗壓強度快，UHPC強度降低速度和質量損失率低于普通混凝土和高性能混凝土[143145]。在UHPC中復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混凝土和高性能混凝土[146]。
UHPC抗爆性優于普通混凝土[147]，穿透深度小于C30混凝土的1/2[148]，鋼纖維可避免它在動荷載下產生粉碎性破壞[149150]。Lai等[151]建立了受沖擊后RPC的本構關系，并模擬了其沖擊破壞過程。Tai[152]建立了動能量耗能能力與高應變率、鋼纖維含量之間的關系。文獻[153]中研究了彎曲荷載和剪切荷載下的UHPC動力特性，給出了動力增長系數的變化規律。文獻[154]中的研究發現，UHPC在動載下的抗壓強度、劈拉強度對應變率和應力率很敏感。文獻[155]中采用離散元編制并驗證了模擬彈體侵徹的程序CORTUF。
UHPC的粘結性能包括它與鋼筋的粘結性能和它與其他混凝土的粘結性能。文獻[156]，[157]中研究了光圓鋼筋與RPC的粘結性能。文獻[158]中研究了高強鋼筋與RPC的粘結性能，結果表明，與普通混凝土相比，高強鋼筋與RPC的荷載滑移曲線上升段較陡，下降段平緩或有回升。文獻[159]中研究了碳纖維增強復合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）筋與UHPFRC的粘結，發現光圓CFRP筋的粘結強度與磨砂CFRP筋的相差不多；隨著CFRP筋直徑和錨固長度的增大，粘結強度降低，破壞發生在CFRP筋外層。此外，有些學者還研究了RPC的斷裂性能[96]、抗裂評價方法[160]、疲勞損傷[161]等。5工程應用研究
5.1基本構件的受力性能
配筋RPC梁和預應力RPC梁受力性能的研究，主要集中在RPC較高的抗拉能力對結構正截面和斜截面抗裂性能與極限承載力影響的分析上，研究結果表明，在設計計算中應以充分考慮RPC材料優良的抗拉能力[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[173]中研究了UHPC梁的扭轉性能，發現隨著配箍率的增加，極限扭轉強度和扭轉剛度增加，且極限扭轉強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30 MPa的彎曲拉伸強度，且沒有任何滑移現象，梁具有較好的延性[175]。與沒有鋼骨的UHPC梁相比，預應力鋼骨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行了研究，在沒有箍筋情況下，沖擊荷載作用下的RPC梁產生很多細小的裂縫，發生延性的彎曲破壞[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[179]中研究了UHPFRC在沖擊荷載和靜力荷載下的反應；在沖擊荷載下，板的強度和斷裂能遠大于靜力荷載時的。文獻[180]中對UHPFRC板在沖擊荷載下的性能進行了數值模擬，在該模型中考慮了UHPFRC的應變軟化，并進行了參數分析。文獻[181]中比較了普通混凝土柱和UHPC柱在沖擊荷載下的性能，并進行了仿真分析。
