时间：2022-12-13 00:50:48
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇钢管混凝土柱论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
课题来源、选题依据和背景情况、课题研究目的、工程应用价值
课题来源：
研究人从事炼钢厂房，连铸厂房以及与钢铁行业相关的工艺平台，管道支架等的结构设计。在设计过程中经常遇见采用格构式钢管混凝土柱的工程；而一方面行业内对钢结构组合结构有防火要求，另一方面钢铁厂相比其他工业厂房更容易发生火灾，因此本研究拟以格构式钢管混凝土柱升温与降温受火性能研究为方向，考察破坏形态及其受火极限状态。
选题依据和背景情况：
钢管混凝土作为一种新型的组合结构，是在钢管内部填加混凝土材料而构成一种新型的构件。钢管混凝土一般简写为 CFST（concrete filled steel tubular），其横截面的布置各有不同，按照形状可以分为圆钢管、矩形钢管、和多边形钢管混凝土。 钢管混凝土构件中的两种组成材料在外荷载作用下发生相互作用，其中最主要的作用为钢管内部核心的混凝土受到来自外围钢管的套箍作用，而处于三向应力状态，使混凝土的强度、塑性等力学性能得到了提高。同时，混凝土的存在，又可避免或延缓钢管容易发生局部屈曲的特性，从而能够发挥钢材的材料强度。钢管混凝土构件具有比钢管和混凝土简单叠加后更高的抗压能力以及良好的塑性、韧性和抗震性能。 此外，钢管混凝土还有延性好，抗压强度高，比钢结构具有更好的抗火性能和更好的抗震性能。在施工中，外套钢管可起到模板的作用，便于直接浇筑混凝土，加快施工进度。综上所述，钢管混凝土构件中钢管和混凝土取长补短，使钢管混凝土构件具有强度高、耐疲劳、抗冲击、延性好、抗震、抗火和便于施工等良好性能
二、文献综述
参考文献：
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三、研究内容
四、研究基础
1．所需工程技术、研究条件
本科硕士阶段所学习的课程：钢结构基本原理与设计、组合结构设计、结构抗火设计、
有限单元法。
【关键词】区域约束混凝土 抗震性能 延性 结构 应用
中图分类号： TU37 文献标识码： A 文章编号：
1.引言
钢筋混凝土是在19世纪中叶开始得到应用的，由于水泥和混凝土刚刚问世，同时设计计算理论尚未建立,所以发展比较缓慢。19世纪末,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，钢筋混凝土在以后的两百年得到了飞速发展，各种形式的约束混凝土结构随之出现。人们对约束混凝土的研究始于20世纪30年代，并逐渐形成了钢管混凝土、碳纤维约束混凝土、钢筋约束混凝土三大体系。其中，钢筋约束混凝土的应用和研究最为广泛。曹新明教授提出了区域约束的概念[1]，以往的研究均是将构件截面作为整体进行约束，而且强调横向箍筋对混凝土的约束作用，其实约束混凝土中纵向钢筋与横向箍筋有着同等重要的作用；再者，尽管约束可以提高混凝土的强度和延性，但是构件在受力时并非所有的地方都需要有强约束，有效而经济的做法应该是在需要的地方施加有效约束。区域约束混凝土概念的提出，突破了传统思维模式，以一个全新的视角考察钢筋混凝土结构中各个组成成分的功能，通过调整纵向钢筋及横向箍筋的布置方式，改变了混凝土、纵向钢筋及箍筋的受力机理，并将区域约束与整体约束有机地结合，使钢筋与混凝土的结合更为紧密，充分发挥了各个组成部分的性能。
2.关于约束混凝土
（1）约束混凝土结构约束机理[1]
对于约束混凝土构件，在混凝土受压时,由于侧向压力的约束，限制内部微裂缝的发展，能极大地提高混凝土的抗压强度。工程上运用这一现象，把以受轴心压力为主的柱子做成钢管混凝土柱（钢板焊接成为筒状或直接用大直径钢管，内浇注混凝土）、侧向密排配置螺旋形或者环形箍筋柱。在混凝土构件受到轴心压力过程中，混凝土发生与轴压力相互垂直的横向变形，内部产生裂缝，此时的钢管或者密排环状箍筋就发生作用，向混凝土提供径向反作用力，紧紧地约束了混凝土的横向变形，从而限制内部微裂缝的发展，以达到提高混凝土的抗压强度和延性（发挥混凝土的塑性性能，得到良好的变形效果），我们通常称钢筋对混凝土的这种约束效果为有效约束：如矩形截面柱，普通配筋情况下的钢筋对混凝土的约束机理如图1所示。把箍筋与纵筋的连接点视为不动点，则虚线范围内为有效约束区域（拱作用）
图1矩形截面柱约束机理示意图
纵筋则可视为同时受轴向压力及弯矩的连续梁，共同为核心混凝土提供约束。当钢筋（纵筋及箍筋）配置达到一定水平后，可以有效提高核芯混凝土的强度及延性。
（2）区域约束混凝土结构特点
传统约束与区域约束：
传统矩形截面钢筋约束混凝土柱的箍筋形式主要有螺旋箍、井字箍、复合箍（图2）等，它们都是将整个截面进行约束，并在截面中心形成约束最强的约束核心。其纵筋主要分布在柱截面四边，当然这对柱体抗弯是很有效的。
图2 传统箍筋形式
区域约束混凝土旨在在最需要的地方设置约束钢筋。将约束钢筋集中布置在受压或剪压区，以便更有效提高该区域混凝土的强度及延性；并且以合理的方式布置约束钢筋。有效的约束是由混凝土、纵向钢筋及横向箍筋共同实现的，纵向钢筋的配置、横向箍筋的形态及配箍率、钢筋的强度与混凝土强度的比值都影响到约束的效果，因此，需要有合理的配置（图3）。
图3 区域约束箍筋形式
区域约束混凝土受力特点：
a.区域约束混凝土结构承载能力、强度比普通混凝土均有所提高，提高的幅度根据约束程度而定（图4）；
b.同等强度下，可以减小构件截面尺寸，减轻结构自重，从而获得更多的使用空间；由于截面减小，结构耗能略有降低，但是延性性能大幅度提高，更有利于结构抗震；
图4混凝土抗压强度与应变关系图
c.随着轴压比的提高，区域约束混凝土试件的刚度的提高略低于普通约束混凝土试件，这就使得区域约束混凝土构件在地震中耗能有所降低，安全储备相应提高；
d.在工程设计中，区域约束轴压比限值在满足配箍率的前提下，对于矩形截面柱可以比规范取值提高1.1倍，对于圆形截面柱可以比规范取值提高1.2倍[2] [3]。
3.区域约束混凝土结构的应用
区域约束混凝土定性描述了混凝土结构中各个组成成分的工作性能，箍筋的强度、混凝土的延性都得到了充分发挥，钢筋与混凝土的粘滞性及混凝土间的咬合力得到了实质改善，提高结构的承载力的同时不降低安全度。区域约束混凝土有了很强的耗能能力，可以大幅度地提高结构的抗震性能。因此当它用作多层及高层建筑中的柱子时，不仅可以减小柱子的截面尺寸，还可以扩大建筑的使用空间。并且在建筑上一改“肥梁、肥柱”的旧结构形式，使建筑更加美观，由于柱子截面的减小，必然会增加建筑的使用空间，减轻柱子自重，减少混凝土用量。这样将带来很大的经济效益与综合效益。此外，区域约束混凝土结构构造简单、施工方便，与传统混凝土结构相比，区域约束混凝土有着同样简单的构造形式，采用同样的施工方法，因此极易为施工单位所接受，便于推广使用。
当前建筑业已成为国民经济的支柱产业，约束混凝土结构在我国的发展十分迅速。合理地利用约束混凝土结构，可明显提高混凝土的承载能力，充分发挥材料的使用效率，在技术和经济上都具有很大的优越性。基于上述优势，区域约束混凝土构件可以应用于桥梁工程、高层与超高层建筑，工程中应用于受拉、受压、受弯、受扭等梁柱构件，以及一些大体积钢筋混凝土构件，如大坝、桥墩、承台等，可以充分减轻结构自重，增加使用空间。
约束混凝土结构是现代建筑最重要的结构形式之一，具有节约材料和劳动力，提高施工工效，加快施工进度，提高建筑工程的产品质量等优势。从环保和节能的角度讲，应用区域约束混凝土技术，可以减少环境污染，取得较大的经济效益。在当前狠抓工程质量，加强设计施工管理的情况下，应用区域约束混凝土技术，不仅改善了构件的受力性能，降低结构的总体造价，能够满足现代工程施工质量和效率的要求。相信在本世纪的初，我国工程建设必将出现崭新的气象。
4.结语
区域约束混凝土结构是针对工程结构设计高层、超高层钢筋混凝土以及大跨结构中遇到的轴压比超限问题，在约束混凝土基础上发展起来的，能有效实现满足建筑、结构、经济、安全之间合理协调的新型结构。
钢筋混凝土抗震设计中，经济而有效的方法是提高结构及构件吸收地震能量的能力，利用结构或构件的变形能力来耗散地震能量。对区域约束混凝土结构抗震性能和设计方法的研究还有待于进一步深入。
参考文献
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论文摘要：本文是结合作者多年的工作经验以及具体工作实例，主要介绍了清水混凝土的质量标准、常见的质量缺陷及其监控对策．并重点阐述从模板体系的设计、制作、安装到混凝土原材料选用、配合比设计、混凝土的浇筑、养护和表面缺陷修补全过程所采取的措施等相关问题作出了相应的阐述和分析。仅供参考。
所谓清水混凝土系一次成型混凝土，通常在桥梁工程中的应用比较广泛，但直接应用于房屋民用建筑工程的比较少。
清水混凝土结构有着诸多优点，如：省去了装饰阶段的二次抹灰工序，避免了大面积抹灰空鼓、天棚脱落(经常有这样相关报道)等通病，材料节约、经济环保．施工质量效果好，符合提倡建立资源节约型社会理念，成为建筑节能市场上的亮点。
1 工程实例概况
某大厦为两座现代化高层办公建筑，总建筑面积42276.2m2，地下2层，地上19层，总高度79.8m，主体为框架一剪力墙结构，筏板基础。
整体质量达到优质工程标准。要求所有结构成型为清水混凝土，对模板设计和混凝土施工要求高。
2 清水混凝土质量标准
目前国内尚无统一的清水混凝土质量验收规范，在普通结构混凝土验收标准的基础上，形成如下质量标准：
轴线通直、尺寸准确；棱角方正、线条顺直；表面平整、清洁、色泽一致；表面无明显气泡，无砂带和黑斑；表面无蜂窝、麻面、裂纹和露筋现象；模板接缝、对拉螺栓和施工缝留设有规律性；模板接缝与施工缝处无挂浆、漏浆。
3 混凝土常见质量缺陷
为做好施工预控工作，必须认真分析清水混凝土面层可能出现的质量缺陷和产生的原因．从而采取有效措施避免发生上述缺陷。
清水混凝土表面缺陷主要为表面平整度、轴线位置不满设计要求、表面蜂窝、麻面、有气泡密集区，表面缺损，非受力钢筋露筋。小孔洞、单个气泡等；混凝土内部缺陷主要指混凝土浇筑过程中，混凝土振捣质量差，造成混凝土内部架空和孔隙率偏大的缺陷，内部缺陷应在混凝土浇筑过程中及时发现，及时清除。
4 模板工程控制
4.1方案审查要点
(1)清水混凝土施工用的模板必须具有足够的刚度。在混凝土侧压力作用下不允许有一点变形，以保证结构物的几何尺寸均匀、断面的一致，防止浆体流失；
(2)选用的模板材料要有很高要求，表面平整光洁，强度高、耐腐蚀，并具有一定的吸水性；
(3)对模板的接缝和固定模板的螺栓等，则要求接缝严密，不允许漏浆；
(4)模板设计要充分考虑在拼装和拆除方面的方便性．支撑的牢固性和简便性，并保持较好的强度、刚度、稳定性及整体拼装后的平整度；
(5)根据构件的规格和形状，建议配制定型模板，以便周转施工所需；
(6)模板制作时应保证几何尺寸精确，拼缝严密，材质一致，模板面板拼缝高差、宽度应≤1mm，模板间接缝高差、宽度≤2mm；模板接缝处理要严密，建议模板内板缝用油膏批嵌外侧用硅胶或发泡剂封闭，以防漏浆，模板脱模剂应采用吸水率适中的无色的轻机油；
(7)严格控制模板周转次数，周转3次后应进行全面检修并抛光打磨。
4.2模板工程方案选择
为实现清水混凝土的目标，初步模板体系确定为钢木组合大模板。
根据本工程的特点及公司的施工经验，地下室及裙房选择竹胶板木楞骨模板体系，采用12mm厚1220mm×2440mm竹胶板作为面板，50mm×100mm方木及48mm钢管为楞骨，48mm钢管、自制蝴蝶夹、14mm对拉螺栓作为加固系统；标准层剪力墙、柱采用钢木组合大模板(12mm厚竹胶板作为面板、6号槽钢为辅龙骨、10号槽钢为主背料)，剪力墙采用16的高强全丝螺杆为加固系统。
梁、板模板同地下室，以48mm钢管搭设的整体扣件式满堂脚手架作为墙柱的水平支撑及梁、板的垂直支撑系统。
4.3柱模板支设要点对±0.00以下混凝土柱模通用性、互换性较差。
采用12mm厚高强度覆膜竹胶板作面板，50mm×100mm方木作楞木兼拼口木，以48mm钢管作为柱箍，柱截面尺寸≥700mm时，增加对拉螺栓拉结加固。±0.00以上混凝土柱模通用性、互换性较好，采用定制可调截面钢大模支设。
①截面尺寸≤650mm的柱采用双管柱箍中间加设坡口木楔紧固，柱高3m以下范围内柱箍的间距≤400mm，柱高3m以上范围内柱箍的间距≤500mm。
②截面尺寸≥700m的柱，采用脚手管作柱箍紧固，柱高3m以下范围内柱箍的间距≤400mm，柱高3m以上范围内柱箍的间距≤500mm，在枝中加设＋14mm(外套＋25mmpvc管)对拉螺栓，柱外侧四角双向均加设保险扣件，对拉螺栓布置间距同柱箍。
5 混凝土施工全过程控制
5.1原材料、配合比控制要点
新拌混凝土必须具有极好的工作性和黏聚性，绝对不允许出现分层离析的现象；原材料产地必须统一，砂、石的色泽和颗粒级配均匀。
在材料和浇筑方法允许的条件下，应采用尽可能低的坍落度和水灰比，本工程采用泵送商品混凝土，控制坍落度为(150±10)mm，尽量减少泌水的可能性。
同时控制混凝土含气量不超过1.7％，初凝时间不超过6h-8h。
重点审核商品混凝土厂家制定清水混凝土原材料、配合比生产方案，生产过程中检查严格按试验确定的配合比投料，不得带任何随意性，并严格控制水灰比和搅拌时间，随气候变化随时抽验砂子、碎石的含水率，及时调整用水量。
5.2清水混凝土浇筑控制要点
检查落实施工技术保证措施、现场组织措施，严格执行有关规定；合理调度搅拌输送车送料时间。逐车测量混凝土的坍落度；严格控制每次下料的高度和厚度，保证分层厚度不30cm；振捣方法要求正确，不得漏振和过振；可采用二次振捣法，以减少表面气泡，即第一次在混凝土浇筑时振捣，第二次待混凝土静置一段时间再振捣，而顶层一般在0.5h后进行第二次振捣；严格控制振捣时间和振捣棒插入下一层混凝土的深度，保证深度在5cm-10em，振捣时间以混凝土翻浆不再下沉和表面无气泡泛起为止，一般为5min-10min左右。
5.3清水混凝土养护控制要点
为避免形成清水混凝土表面色差，减少表面因失水而出现微裂缝，影响外观质量和耐久性，抓好混凝土早期硬化期间的养护十分重要。
现场要求清水混凝土构筑物的侧模在48h后拆除，模板拆除后其表面养护的遮盖物不得直接用草垫或草包铺盖。以免造成永久性黄颜色污染，应采用塑料薄膜严密覆盖养护，养护时间不得少于14d。
6 结语
此大厦清水混凝土主体工程，经过细致周密的方案设计，全过程施工质量控制，清水混凝土结构施工一次成型，阴阳角方正、顺直，棱角挺拔，分格缝宽窄深浅一致、边线顺直，装饰图规整，墙体表面平整光滑，色泽均匀一致，主体工程被评为优质结构，为今后类似的清水混凝土结构施工积累了较成熟的经验。
综上所述，清水混凝土结构施工技术在民用建筑工程中得到了很好的应用，并得到了使用方的认可。
参考文献
【关键词】水电站工程主厂房设计排架结构设计 水电站设计结构设计
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
一．引言。
我国是世界上河流资源众多的国家之一，有着较为丰富的内河、内江资源。随着经济的快速发展，在河流和江河上开展的水利工程建设也越来越多。水利工程中的水电站建设一直是工程施工的重点控制内容，由于水电站主厂房需要放置发电机、水轮机等发电相关设备，同时，主厂房结构又多为单层建筑结构，在进行结构设计时多采用排架结构。排架结构在自身的平面内具有较强的承载能力和较好的钢度，但由于各排架间的承载能力较为软弱，在水利工程中，无论是在设计阶段还是施工阶段，都要引起高度重视。
二．水电站主厂房的结构布置设计。
1.水电站厂房的结构组成以及相关用途。
（1）水电站主厂房的上部结构：屋顶、排架柱、吊车梁、发电机层和安装间楼板、围护结构等，通常为钢筋混凝土结构。
屋顶部分有层面板和屋架或是屋面大梁组成，屋面板的作用为遮风避雨，隔热隔阳，屋面层部分包括隔热层、防水层、保护层以及预制钢筋混凝土大型屋面板。
排架柱是用来承受屋架、吊车梁、屋面大梁和外墙所传递的荷载，以及排架柱本身的重量，同时这些荷载通过排架柱传给房下部结构中的大体积混凝土。
吊车梁是起吊部件在制动过程中操作的移动集中垂直荷载，或者是承载吊车荷载，在吊车起重部件的时候，将启动和制动过程中产生的横向和纵向水平荷载，传给排架柱。
发电机层楼板需要承载自重、人的活荷载、机电设备静荷载；安装间的楼板承受安装机组或机组检修时的荷载和自重。
由外墙、抗风柱、圈梁以及联系梁等组成的围护结构，能承受风荷载，同时承载梁上砖墙传下的自重和荷载，将荷载传给壁柱或排架柱。
（2）水电厂主厂房的下部结构。
水电站主厂房的下部结构包括：发电机机墩、蜗壳及固定导叶、尾水管等，下部结构一般为大体积水工钢筋混凝土结构。
发电机机墩承载着发电机的自重、水轮机轴向水压力和机墩自身重量，并将自重力量传递给蜗壳混凝土和座环。
蜗壳和固定导叶是将机墩传递下来的荷载传到尾水管上。尾水管将水轮机座环传递过来的荷载，通过尾水管的框架结构传到基础上。
三.水电站的主厂房架构设计。
1.选择立柱截面形式。
在水电站的主厂房中，其结构立柱一般都是采用矩形截面，尤其是在吊车的起重能力超过10吨以上时，下柱的截面高度不应小于下柱高度的1/12，截面的宽度应不小于下柱高度的1/25。立柱高度根据厂房顶梁定的高程与发电机层地面的高程差来确定。在一般情况下，水电站的主厂房排架柱的截面尺寸基本上都比较大，这是为了满足强度和稳定的要求。柱截面的选择要能满足顶端的横向位移的控制要求。
2.厂房屋面板荷载计算以及型号选择。
发电站的主厂房一般选择安全等级为二级以上的大型屋面板，屋面板无悬挂荷载，其抗震设计的强度为6度。由于屋面的活荷载与雪荷载部同时都存在，屋面具有较大的活荷载，因此要根据实际屋面的荷载设计，布置屋架的上、下弦支撑。
3.吊车梁设计。
设计吊车梁的截面时，由于T形截面具有较大的钢度，同时具有较好的抗扭性能，在固定轨道时较为方便，在进行检查时拥有较宽的走道，比较适合大、中型的吊车梁，因此一般在选择吊车梁的截面时多采用T形截面。
4.确定控制截面和荷载作用中的内力组合。
根据排架柱受力的特点，分别取牛腿处截面、上柱底面和下柱底面（采用室内厂房地面的下0.5米处为下柱的柱底），为排架柱配筋计算的控制截面。在厂房横向跨度较小、吊车的荷载受力不大时，也可以将柱底截面作为控制下柱的配筋，并且把柱底面的截面内力值作为柱基设计的依据。如果水电站处于地震带上，要在内力计算和组合中，包含地震作用下的控制截面内力。
5.排架内力计算。
排架的内力计算和内力的组合采用手算极为复杂，因此在条件允许的情况下，尽量多采用电算方法。采用电算方法时，可使用由我国建筑科学研究院研发的CAD系统PMCBC平面结构或PKPM结构设计软件，根据水电站的实际情况，结合在施工地区的地震作用的内力计算和组合，编制计算程序。同时，依据各个截面的内力，通过系统计算，确定柱的配筋。设置配筋时，为避免其他不确定因素造成影响，设计中尽量采用对称配筋设计。
进行排架设计时，要根据下部柱子的高度和牛腿的尺寸作为参考，来计算柱截面的尺寸。根据屋面的防水层、砂浆找平层、加气混凝土、预应力混凝土屋面板以及风荷载、雪荷载等因素的标准值计算屋面的恒荷载，了解屋面结构承载能力。由于排架承载的荷载包括屋盖的自重、屋面的雪荷载、活荷载、吊车的荷载、横向风荷载等，在进行计算时要采用各项荷载的标准值，在此基础之上，才能进行内力组合。
6.排架结构注意事项。
（1）水电站采用钢筋混凝土的单层排架结构，一般不适合采用砖山墙承重，而应该在厂房的两端位置设置端排架。要在屋架和山墙顶部相对应的高度位置上设置钢筋混凝土卧梁，并要和屋架端头上部高度处的圈梁保持连续的封闭。
（2）水电站的主厂房中设置有吊车时，排架柱的预埋件通常都较多，因此在进行排架结构设计时，要将各个位置、尺寸、数目进行仔细核对，避免在施工中由于位置错误或尺寸偏差，造成屋面梁构件、吊车梁等无法准确安装。
（3）在排架结构设计时，为了提高结构的抗震能力，加强结构的整体性，要在柱外侧沿着竖向位置每隔500mm的位置上留出2∮6钢筋和外墙体的拉结。同时在外墙的圈梁上的对应位置上，设置不超过∮12的拉结筋。在主厂房的电气设计中，为保证生产照明，在柱上要设置照明灯具，灯具设置高度要以具体情况而定，以符合安全生产要求为度。在进行柱的预制时，要做好电线管的预埋，以便于后期的电线施工。
（4）水电站的主厂房设计时，考虑在地震的作用下，厂房的角柱柱头处于双向地震的作用，同时抗震强度为角柱较强，而中间排架较弱，同时受到侧向的变形约束和纵向压弯作用，为了避免施工后由于地震作用，发生角柱顶部的开裂，造成端屋架塌落和柱头折断，在进行结构设计时，要提高主厂房中的角柱柱头密箍筋的直径。
（5）为了提高水电站单层厂房的抗震验算，要进行横向和纵向两个方面的验算。一般来讲，在设计结构能满足规范和要求的条件下，七度时的一类、二类场地，在柱的高度低于10米，而且排架结构的两端具有墙支撑的单跨度厂房中，可以不进行横向和纵向截面的抗震验算。但为了提高水电站在施工完成后的服务年限，保障水电站的正常生产，进行结构设计时，尽可能要考虑抗震作用，有条件的尽量进行横向和纵向的抗震验算。
四．结束语
水电站的排架柱承载着结构中的荷载，其控制截面的内力和组合较难控制。本文就排架结构的设计进行了简单分析，提出了一定的解决方法。由于水电站主厂房的排架结构设计、施工、管理和控制都需要严谨的科学态度和专业的操作技能，因此，加强水电站施工建设，完善厂房的排架柱设计，有待大家的共同努力。
参考文献：
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[3] 刘益民 宝鸡峡林家村水电站主厂房排架柱加固设计与施工 [期刊论文] 《陕西水利》2009年6期
[4] 覃丽钠 李明卫 矩形钢管混凝土柱在水电站厂房中的应用 [期刊论文] 《贵州水力发电》2011年6期
关键词:高层建筑;抗震;结构设计;探讨
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：
1 高层建筑发展概况与存在问题
80年代,是我国高层建筑在设计计算及施工技术各方面迅速发展的阶段。各大中城市普遍兴建高度在100m左右或100m以上的以钢筋为主的建筑,建筑层数和高度不断增加,功能和类型越来越复杂,结构体系日趋多样化。比较有代表性的高层建筑有上海锦江饭店,它是一座现代化的高级宾馆,总高153.52m,全部采用框架一芯墙全钢结构体系,深圳发展中心大厦43层高165.3m,加上天线的高度共185.3m,这是我国第一幢大型高层钢结构建筑。进入90年代我国高层建筑结构的设计与施工技术进入了新的阶段。不仅结构体系及建筑材料出现多样化而且在高度上长幅很大有一个飞跃。深圳于1995年6月封顶的地王大厦,81层高,385.95m为钢结构,它居目前世界建筑的第四位。
我国高层建筑的结构材料一直以钢筋混凝土为主。随着设计思想的不断更新,结构体系日趋多样化,建筑平面布置与竖向体型也越来越复杂,出现了许多超高超限钢筋混凝土建筑,这就给高层建筑的结构分析与设计提出了更高的要求。尤其是在抗震设防地区,如何准确地对这些复杂结构体系进行抗震分析以及抗震设计,已成为高层建筑研究领域的主要课题之一。
2 建筑抗震的理论分析
2.1 建筑结构抗震规范
建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结,是指导建筑抗震设计(包括结构动力计算,结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容)的法定性文件它既反映了各个国家经济与建设的时代水平,又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导,向技术经济合理性的方向发展,但它更要有坚定的工程实践基础,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识,现代规范中的条文有的被列为强制性条文,有的条文中用了“严禁,不得,不许,不宜”等体现不同程度限制性和“必须,应该,宜于,可以”等体现不同程度灵活性的用词。
2.2高层建筑结构抗震结构设计分析
设计阶段的结构动力特性分析。高层建筑进入初步设计阶段后,首先按方案阶段确定的结构布置进行计算分析。计算模型取自±0. 000至塔顶,假定楼板为平面内刚度无限大,其地震反应分析基本参数列于,以及可以看出,随着楼层高度的增加,结构X方向(纵向)自振周期及地震力基本正常,而结构Y方向(横向)自振周期偏长、结构刚度偏低,对应于水平地震作用的剪力较小,结构的抗震能力偏弱,结构偏于不安全。为增加Y方向(横向)的抗侧移刚度,提高其抗震能力,在现代高层建筑的设计中,可以在建筑核心筒的两侧增设四道剪力墙。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),抗震设计时,框架-剪力墙结构中剪力墙的数量必须满足一定要求,在地震作用时剪力墙作为第一道抗震防线必须承担大部分的水平力。但这并不意味着框架部分可以设计得很弱,而是框架部分作为第二道防线必须具备一定的抗侧力能力,在大震作用下第一道抗震防线剪力墙遭受破坏时,整个结构仍具备一定的抵抗能力,不至于立即破坏倒塌,这就需要在结构计算时,对框架部分所承担的剪力进行适当调整。
3结构抗震设计方法探讨。
3.1结构抗震设计的基本步骤。
对建筑抗震的三个水准设防要求,是通过“两阶段”设计来实现的,其方法步骤如下:第一阶段设计:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数,先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、重力荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而满足第一水准的强度要求;第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角,使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的抗震构造措施,保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能,从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段设计:采用与第三水准相对应的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角,使之小于抗震规范的限值,并采用必要的抗震构造措施,从而满足第三水准的防倒塌要求。
3.2结构抗震设计方法
3.2.1基础的抗震设计
基础是实现高层建筑安全性的重要条件。我国高层建筑通常采用钢筋混凝土连续地基梁形式,在基础梁的设计中,为充分发挥钢筋的抗拉性和混凝土的抗压性的复合效应,把设计重点放在梁的高度和钢筋的用量上,在钢筋的布置上采用主筋、腹筋、肋筋、基础筋、基础辅筋5种钢筋的结合。为防止基础钢筋的生锈,一方面采用耐酸化的混凝土,另一方面是增加钢筋表面的保护层厚度,以抑止钢筋的腐蚀。高层建筑基础处理的另一个特色是钢制基础结合垫块的应用,它是高层建筑上部结构柱与基础相连的重要结构部件。它的功能之一是使具有吸湿性的混凝土基础和钢制结构柱及上部建筑相分离,有效防止结构体的锈蚀,确保部件的耐久性。
3.2.2钢结构骨架的抗震设计
采用钢框架结合点柱壁局部加厚技术来提高结构抗震性能。一般钢框架结构,梁和柱结合点通常是柱上加焊钢制隅撑与梁端用螺栓紧固连接。在这种方式下,钢柱必须在结合部被切断,加焊隅撑后再结合,这样做技术上的不稳定性和材料品质不齐全的可能性很大,而且遇到大地震,钢柱结合部折断的危险性很大。鉴于此,可以首先该结构的梁柱采用高密度钢材,以发挥其高强抗震、抗拉和耐久性。柱壁增厚法避免断柱形式,对二、三层的独立住宅而言,结构柱可以一贯到底,从而解决易折问题。与梁结合部柱壁达到两倍厚,所采用的是高频加热引导增厚技术。在制造过程中品质易下降的钢管经过加热处理反而使材料本来所具有的拉伸强度得以恢复。对于地震时易产生的应力集中,柱的增厚部位能发挥很大的阻抗能力,从而提高和强化了结构的抗震性。
3.2.3墙体的抗震设计
“三合一”外墙结构体系,首先是由日本专家设计应用的,采用外墙结构柱与两侧外墙板钢框架组合形成的“三合一”整体承重的结构体系。该体系不仅仅用柱和梁来支撑高层建筑,而是利用墙体钢框架与结构柱结合,有效地承受来自垂直方向与水平方向的荷载。由于外墙板钢框架的补强作用,该做法可以较好地发挥结构柱设计值以外的补强承载力。加强了对竖向地震力及雪荷载的抵抗能力,最大限度地发挥其抗震优势;另一方面,由于外墙板钢框架与内部斜拉杆所构成“面”承载与结构柱的结合并用,也提高了整体抗侧推力和抗变形能力。它的抗水平风载和地震力的能力比单纯墙体承重体系提高30%左右。
4增大结构抗震能力的加固与改造技术
建国几十年来，我国的抗震加固与改造技术得到了飞速发展。1976年唐山地震后，砌体结构抗震加固的问题日益突出，砌体结构抗震性能不好：砌体墙体抗震能力、变形性能的不足、房屋整体性不好。因此，增大墙体抗震性能的外包钢筋混凝土面层、钢筋网水泥砂浆面层加固技术及增大结构整体性的压力灌浆加固技术、增设圈梁(构造柱)加固技术、拉结钢筋加固技术；通过增设抗震墙来降低抗震能力薄弱构件所承受地震作用的增设墙体技术等应运而生。目前该技术广泛用于砌筑墙体的加固。
常见的混凝土柱加固技术有加大截面加固技术、外包钢加固技术、预应力加固技术、改变传力途径加固技术、加强整体刚度加固技术、粘钢加固技术以及碳纤维加固技术等。这些绝大部分都是经过长期实践检验可靠性比较高的技术，已收入国家标准《混凝土结构加固技术》(cecs25—90)。此类技术不仅有比较充分的理论依据，规范还提供了详细的计算公式。如混凝土柱的外包钢法加固技术，开始阶段的计算方法是分别计算混凝土柱和外包钢，外包钢按钢结构计算：当外包装的缀板加密并出现湿式的施工方法时，其计算按整体构件考虑；当缀板施加。
5结语
高层建筑已经逐渐成为当前时代建筑发展的主流建筑形态之一,对于高层建筑,其抗震效能的分析一直是国内外建筑抗震设计分析的研究热点,而最直接最有效的抗震措施就是在建筑设计阶段进行结构抗震设计,只有从高层建筑物内部实施结构抗震,才能够从根本上提高高层建筑的抗震效能。本论文从高层建筑结构设计的角度进行了抗震分析,对于具体的高层建筑抗震设计具有一定指导和借鉴意义。
参考文献:
[1]李忠献.高层建筑结构及其设计理论[M].北京:科学出版社,2006.
【关键词】高层建筑；地下核心筒；剪力墙结构；施工质量；加固措施
一、高层建筑地下核心筒-剪力墙结构的施工质量问题探析
某高层建筑为四十层钢筋混凝土框架和地下层的核心筒-剪力墙结构工程，具有7级抗震防御功能，其中剪力墙结构抗震等级为二级。该建筑占地面积大，跨度大，地下双核心筒集中布置，且其主要的抗侧力构件为剪力墙结构。
1.1 质量问题
该高层建筑地下层具有混凝土等级为 C50的核心筒剪力墙设计，在进行混凝土浇筑施工后，中途须测温，当内外温差相等时开始拆模，拆模时间应依照规范规定的。在拆模的过程中，发现主楼地下层核心筒-剪力墙的出现多种质量问题，如大面积蜂窝状筒体表面、部分露筋以及墙体裂缝等，尤其在墙体转角暗柱，门洞暗柱、暗梁筋密集区以下，质量问题更显著。 这些质量问题明显不符合建筑工程质量检测评定标准，且各项指标均超标，给整体结构的承载力造成极大影响。
除此之外，目前我国剪力墙结构分析和设计的商业化软件，主要采用有限元方法；而分散于各地的有关高层建筑地下核心筒-剪力墙的构造措施，则大多是借鉴普通剪力墙的相关规定，试验依据很少，且设计人员操作不便。
1.2 工程检测
这些质量问题若不及时处理，将给该建筑工程带来各种安全隐患。为了更好地处理问题，可以通过对筒体混凝土全面回弹或抽芯检测，查出混凝土结构的实际强度，从而分析出问题的根本所在。而依据回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（JGJ/T23-29），其最大强度换算值为 49MPa，且检测结果数据过于离散，使其不适用于地下层；故选用抽芯法检测，一般可在剪力墙体进行抽芯取样调查，共选60处，其中北筒30处，南筒30处，经过区域强度评价检测单位进行换算检测结果，该双核心筒混凝土最大换算强度为65MPa，最小换算强度为 20MPa，强度变化过大，而不符合设计要求。
1.3原因分析
由于高层建筑结构功能和体系日趋多样化，建筑平面布置与竖向体型也越来越复杂，这就给高层建筑结构分析和设计提出了更高的要求，高效、准确地对高层结构进行内力分析，做到既满足结构的功能要求，又能实现经济效益的最大化，已成为结构工程师设计高层建筑结构时亟待解决的重要课题。 依据工程的实际施工情况，通过对该高层建筑的质量问题进行分析，发现其产生的原因主要源于以下三个方面：一是人员因素，施工现场的管理人员组织管理水平较差，而工作人员素质相对较低，没有经过专业的施工培训，仅凭不足的经验进行施工，使得施工效果达不到专业水准。二是在施工过程中，未形成健全的质量监管体系，使很多技术措施得不到落实，且很多工序无记录、无交底。尤其是进行核心筒-剪力墙的混凝土浇筑时，使用的技术措施有误，使得一次浇筑或超高，或未设溜槽、串筒，或振捣不足，而产生混凝土的离析、蜂窝或开裂现象。三是施工过程中的设备及其管理不足，出现浇筑间断，施工缝没处理，输送泵堵管，维修不及时，振动器材质量不稳定且数量不足等现象。
二、高层建筑地下核心筒-剪力墙结构补强与加固措施
在发现质量问题后，承包施工单位会委托设计单位对该质量事故进行分析，并提出相应的加固补强处理方案，以确保其承载能力能满足安全及使用要求。一般设计单位主要根据混凝土的刚度、延性、轴压比、配筋率和密实度等五个量来分析建筑物及地下层结构位移变化，混凝土承载能力，结构变位和配筋情况，进而制定相应的结构补强方案，并给出加固措施，因此在进行核心筒剪力墙设计的过程中就应做好前期补强处理。当底层在风和地震荷载作用下，层作用力与层间位移角均较小，而整体结构因各楼层刚度不变，且得建筑物位移几乎不受影响时，只是施工时所引起的局部质量问题，无须整体结构补强，只须对局部进行补强处理和加固；若建筑物整层刚度变化大，且位移影响较大时则需要进行整体结构补强。
2.1 设计过程中的结构补强处理
在设计的过程中要针对核心筒-剪力墙的结构特征，提前做好超限应对措施；如核心筒剪力墙四角附加型钢暗柱，可解决由于首层层高较大，使得剪力墙端部应力集中的问题，并提高剪力墙的承载能力和抗变形能力；钢管混凝土叠合柱及钢管混凝土组合柱有卓越的承载能力和变形能力，还可弥补钢管混凝土柱的防腐和防火材料造价较高及时效性方面的缺陷等。在进行钢管混凝土组合柱的梁柱节点设计时，应设置水平加强环和竖向短加劲肋补强后，使钢管在节点区是连续的，保证节点的刚性不受影响，满足“强节点弱构件”的要求。
2.2 缺陷部位补强处理
针对该高层建筑所存在的质量问题，主要有蜂窝或麻面、孔洞、裂缝和露筋，须对这些缺陷部位进行补强处理。其中对于蜂窝，可先凿除墙面浮浆、浮石，而麻面须用钢丝刷清理墙面浮浆，洗刷干净并润湿后，再用1：2 水泥沙浆抹压平整即可。对于孔洞的处理稍微复杂一些，主要是凿除孔洞处不密实的混凝土和突出部分至无空隙；为避免死角，一般要凿成斜形，在洗净润湿（约4小时）后，刷一道水泥浆，再浇灌水灰比为0.5以下的C50 微膨胀细石混凝土，浇灌应做到超高超宽，即用小振捣棒仔细振捣密实，拆模后凿除多余混凝土。对于裂缝，也须先清洗墙基面的污垢，再用改性环氧化学灌浆液进行封闭补强。至于露筋，须先清除其上的混凝土残渣、浮浆、浮石，再用钢丝刷除锈。
2.3整体结构加固措施
由于本建筑混凝土强度等级不同程度低于设计要求，故需进行加固处理。不同于一般的核心筒-剪力墙，南、北双核心筒-剪力墙所采取的加固措施，是结合实测混凝土缺陷处及强度较弱处情况，将筒体剪力墙凿成多条竖向的强度等级为C50微膨胀混凝土加强带，其凿断面洗净并润湿12h后，刷一道水泥浆，再将混凝土振捣密实，最后于层顶处设一道加强暗圈梁，以形成整体加强；当然还要做好加固后的清洗除垢工作，最后还要对加固部位做定期维护，并通知质检，以确保强度合适。
2.4施工要求
在该高层建筑核心筒-剪力墙结构补强与加固过程中应注意以下几点要求：一是按照国家标准以及建筑安装工程质量检测评定标准划分所有缺陷定义，并分别采取相应的补强措施；二是已锈钢筋经除锈或绑条焊加强后方可投入使用；三是为修补部位混凝土及砂浆应做好养护，以确保强度；四是缺陷补强及加强带位置范围，放线后要经有关单位核实后方可凿打；五是在缺陷补强时，待凿除浮浆浮石除锈清刷工作完成后，应通知质检；六是不能用大锤撞打混凝土凿打，以免损伤边缘混凝土或打断钢筋。
2.5 效果分析
按照上述要求进行补强加固后，经反复计算审核与新补混凝土强度超声一回弹综合法检测和新旧混凝土结合面超声法检测，发现该高层建筑的层间及顶点位移满足规范的限值要求；筒体剪力墙的轴压比、延性、配筋均满足设计要求，剪压比也控制在规范范围内；筒体，承载力亦满足使用要求。修补好后，该核心筒-剪力墙混凝土内部密实度情况较好，无明显缺陷 ，且新、旧混凝土结合正常。
3、结语
综上所述，通常地下层双核心筒-剪力墙是一个轴压比较小的构件，且地下层承担的水平力由地面向下逐渐衰减，地下室剪力墙抗震等级可以降低，其质量问题不需作整体加固补强措施，只需对缺陷部位进行局部加固补强，即可满足结构抗震承载力要求.
参考文献：
[1]李芳.高层建筑短肢剪力墙-核心筒结构合理刚度优化设计研究[M].武汉理工大学硕士论文，2006.
关键词：超高性能混凝土；制备技术；材性；工程应用；细观力学分析
中图分类号：TU528.2文献标志码：A
0引言
混凝土是一种水泥基复合材料，它是以水泥为胶结剂，结合各种集料、外加剂等而形成的水硬性胶凝材料。混凝土是当今用量最大的建筑材料，与其他建筑材料相比，混凝土生产能耗低、原料来源广、工艺简便、成本低廉且具有耐久、防火、适应性强、应用方便等特点。从社会发展和技术进步的角度来看，在今后相当长的时间内，混凝土仍是应用最广、用量最大的建筑材料。然而，由于混凝土自重大、脆性大和强度（尤其是抗拉强度）低，影响和限制了它的使用范围；同时，对于低强度的混凝土，在满足相同功能时用量较大，这加剧了对自然资源和能源的消耗，另外也增加了废气和粉尘的排放，增大了对能源的需求和环境的污染。
20世纪以来，随着社会经济的发展，工程结构朝更高、更长、更深方向发展，这对混凝土的强度提出了新的要求。为满足这种要求，随着科技的进步，混凝土的强度得到了不断的提高。在20世纪20年代、50年代和70年代，混凝土的平均抗压强度可分别达到20，30，40 MPa。20世纪70年代末，由于减水剂和高活性掺合料的开发和应用，强度超过60 MPa的高强混凝土（High Strength Concrete，HSC）应运而生，此后在土木工程中得到越来越广泛的应用[15]。
然而，单纯提高混凝土抗压强度，并不能改变其脆性大、抗拉强度低的不足。采用纤维增强的方法，产生了纤维增强混凝土（Fiber Reinforced Concrete，FRC）[4，6]，其所用纤维按材料性质可划分为金属纤维、无机纤维和有机纤维等，最常用的是金属纤维中的钢纤维。随着社会的发展，许多特殊工程，如近海和海岸工程、海上石油钻井平台、海底隧道、地下空间、核废料容器、核反应堆防护罩等，对混凝土的耐腐蚀性、耐久性和抵抗各种恶劣环境的能力等也提出了更高的要求。因此，人们又提出了将HSC包含在内的高性能混凝土（High Performance Concrete，HPC）的概念。
在HPC应用发展的同时，人们并没有停止对混凝土向更高强度、更高性能发展的追求。1972～1973年，Brunauer等在《Cement and Concrete Research》杂志上发表了有关Hardened Portland Cement Pastes of Low Porosity的系列论文，报道了抗压强度达到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减水剂，该技术没有在工程中得到推广应用[3]。Bache采用细料致密法（Densified with Small Particles，DSP），通过发挥硅灰与高效减水剂的组合作用，以达到减小孔隙率的目的，制备出强度为150～200 MPa的混凝土，其产品在市场上以DENSIT商标的混凝土制品出现[3，7]。Birchall等[8]开发出无宏观缺陷（Macro Defect Free，MDF）水泥基材料，抗压强度可达到200 MPa。MDF水泥基材料问世后，引起了有关学者的广泛关注，并开展了许多有关这类材料优异性能和高强机理的研究。此外，Roy在1972年获得了抗压强度达到650 MPa的水泥基材料。美国的CEMCOM公司采用不锈钢粉也制备出超高强材料DASH47[3]。20世纪90年代，法国Bouygues公司在DSP，MDF及钢纤维混凝土等研究的基础上，研发出了活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC）[910]。RPC分为2个等级，强度在200 MPa以内的称为RPC200，强度在200 MPa以上、800 MPa以下的称为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，有关水泥基向更高强度发展的研究报道仍不断地出现，然而具有工程应用前景的并不多：有些因为价格太高，有些因为制备技术太复杂，而有些则在强度提高的同时某些性能指标下降。因此，以RPC制备原理为基础的UHPC材料的研究与应用，是当今水泥基材料发展的主要方向之一。美国国家科学基金会于1989年投资建立了一个“高级水泥基材料科技中心”，并为该中心提供了1 000万美元的科研经费[5]。美国联邦公路局以RPC为研究对象，对UHPC开展了系统的研究，进行了1 000多个试件的测试，研究内容包括配制技术、强度、耐久性和长期性能等力学性能[12]。在此基础上，美国密歇根州交通技术研究院开展了进一步的研究[13]。法国土木工程学会在大量研究的基础上，于2002年制订了超高性能纤维混凝土的指南（初稿）[14]。日本土木工程协会也于2004年制订了相应的设计施工指南（初稿），并于2006年出版了英文版本[15]。韩国提出了一个超级桥梁（Super Bridge 200）的计划，希望通过应用UHPC建造桥梁，减少20%的工程造价，在10年内节省20亿美元的投资，减少44%二氧化碳的排放量和减少20%的养护费用[16]。中国从20世纪90年代开始了UHPC的研究，取得了一系列的成果，国家标准《活性粉末混凝土》已在征求意见[17]。
2004年9月在德国的卡塞尔举行的UHPC国际会议上，与会专家认为UHPC虽然被命名为混凝土材料，但是却可以认为是一种新型材料，是新一代水泥基建筑材料[18]。2009年在法国马赛举行的超高性能纤维增强混凝土（Ultrahigh Performance Fiber Reinforced Concrete，UHPFRC）国际会议上，与会专家认为因UHPFRC低碳环保且性能优异，可以用来建造低碳混凝土结构，在未来必将得到大力发展[19]。尽管UHPC自出现以来，不断被应用于桥梁、建筑、核电、市政、海洋等工程之中，然而应用发展远低于预期。以应用最多的桥梁为例，自1997年第一座UHPC桥――加拿大魁北克省Sherbrooke的RPC桥建成以来，十几年间全世界也仅建成30余座，且以中小跨径与人行桥为主[20]。在中国，UHPC实际工程应用也极少，以桥梁为例，仅在铁路上有1座梁桥的应用，目前1座公路梁桥正在建设之中。在中国处于大规模工程建设的背景下，UHPC在中国的应用显得更为滞后。这种应用不理想的状况，究其原因：一方面，有关UHPC的研究主要集中在发达国家，而这些国家已完成大规模的基础设施建设，推动其研究与应用的市场动力不足；另一方面，发展中国家虽然有较大的基础设施建设的需求，但是基础研究不足和UHPC价格较高，影响了其在工程中的应用。
在今后相当长一段时间内，中国仍处于大建设时期，随着对节能减排、可持续发展要求的不断提高，对混凝土性能的要求也将越来越高，因此UHPC具有广阔的应用前景。2014年3月4日，住房和城乡建设部、工业和信息化部召开了高性能混凝土推广应用指导组成立暨第一次工作会。会议认为，高性能混凝土推广应用是强化节能减排、防治大气污染的有效途径，能提高建筑质量，延长建筑物寿命，提升防灾减灾能力，有利于推动水泥工业结构调整。在节能减排方面，据专家估算，以目前中国每年混凝土的使用量4×109 m3测算，通过推广高性能混凝土，合理使用掺合料，每立方米混凝土可节约水泥25 kg，实现年节约水泥1×108 t，进而减少消耗石灰石1.1×108 t、粘土6×107 t，节约标准煤1.2×107 t，减少排放二氧化碳7.5×107 t[21]。若能推广应用UHPC，成效显然更大，同时也能为中国UHPC技术、混凝土材料与工程结构领先于世界做出积极的贡献。因此，开展UHPC的制备技术与工程应用基础研究，具有重要的意义。为此，国家自然科学基金委员会与福建省人民政府设立的“促进海峡两岸科技合作联合基金”2013年资助了“超高性能混凝土制备与工程应用基础研究”项目。在该项目的指南建议、项目申请、项目获批后的研究计划制订中，笔者查阅了大量的研究资料，结合前期研究成果，对UHPC的研究现状有了较为全面的了解。为促使该项目的顺利进行，并推动中国UHPC研究与应用的不断发展，整理撰写了本文。
1UHPC制备基本原理与技术指标
1.1UHPC制备基本原理
对普通混凝土的研究，人们认识到混凝土作为一种多孔的不均匀材料，孔结构是影响其强度的主要因素，而固体混合物的颗粒体系所具有的高堆积密实度是混凝土获得高强度的关键。因此，减小孔隙率、优化孔结构、提高密实度、掺入纤维是UHPC制备的基本原理和主要方法，以RPC为例，其获得超高性能的主要途径有以下几种[9]：
（1）剔除粗骨料，限制细骨料的最大粒径不大于300 μm，提高了骨料的均匀性。
（2）通过优化细骨料的级配，使其密布整个颗粒空间，增大了骨料的密实度。
（3）掺入硅粉、粉煤灰等超细活性矿物掺合料，使其具有很好的微粉填充效应，并通过化学反应降低孔隙率，减小孔径，优化了内部孔结构。
（4）在硬化过程中，通过加压和热养护，减少化学收缩，并将CSH转化成托贝莫来石，继而成为硬硅钙石，改善材料的微观结构。
（5）通过添加短而细的钢纤维，改善材料延性。
中国正在制订的国家标准《活性粉末混凝土》（征求意见稿）[17]中对RPC的定义为：以水泥、矿物掺合料、细骨料、高强度微细钢纤维或有机合成纤维等原料生产的超高性能纤维增强细骨料混凝土。从上述定义可见，它对养护制度、配合比中的一些组分并没有严格的限制，如有些结构需要现场浇注，蒸压养护较为困难而采用常规养护时，如果骨料强度高且表面粗糙，也可得到强度为200 MPa的RPC[22]。
UHPC基于RPC的制备原理，如采用小粒径骨料，掺入钢纤维和采用蒸压养护等，但是对骨料的粒径、养护制度、配合比中的组分等则没有严格的限制，如采用常规养护工艺也可配制出强度超过150 MPa的UHPC。文献[23]中采用常规材料，不采用热养护、预压等特殊工艺，也制备出强度超过200 MPa，可泵送浇注的UHPC，其技术包括选择低需水量的水泥和硅灰、合理的砂浆水泥比、硅灰水泥比和水灰比等。文献[24]中采用普通材料和常温养护，制备出坍落度为268 mm，90 d强度为175.8 MPa的混凝土。文献[25]中采用常规材料和养护，制备出抗压强度超过200 MPa的混凝土，掺入质量分数为1%的钢纤维的抗拉强度可达到15.9 MPa。
1.2UHPC技术指标
在UHPC的研究中，有些继续采用RPC的名称，有些直接称之为UHPC，还有一些则称之为UHPFRC，如法国与日本的相关指南[1415]，有的则认为UHPFRC就是RPC，是UHPC与FRC相结合的产物[26]，目前对这些名词还没有统一公认的定义。从内涵来看，RPC，UHPC与UHPFRC有许多相同之处；相对来说，UHPC的范围大些，RPC和UHPFRC的范围小些，这也可以直接从字面上看出来。本文中在引用参考文献时，保持原文献的材料名称，在进行综述分析时，则统称为UHPC。
关于UHPC或RPC的技术指标，目前也没有统一公认的定义。法国UHPFRC指南[14]中，定义它为具有150 MPa以上抗压强度，有纤维加强以确保非脆，采用特殊骨料的高粘性材料。日本UHPFRC指南[15]中，定义它为一种纤维加劲的水泥基复合材料，抗压强度超过150 MPa，抗拉强度超过5 MPa，开裂强度超过4 MPa，并给出了基本组成：最大粒径小于2.5 mm的骨料、水泥和火山灰，水灰比小于0.24；掺入不低于2%体积掺量、长度为10～20 mm、直径为0.1～0.25 mm、抗拉强度不小于2 GPa的加劲纤维。
中国的国家标准《活性粉末混凝土》（征求意见稿）[17]中对RPC按力学性能的等级划分见表1。从表1可知，它对抗压强度要求最低为100 MPa，比法国、日本的抗压强度150 MPa要低。
表1活性粉末混凝土力学性能的等级划分
Tab.1Grade Classification of Mechanic Properties of RPC等级1抗压强度标准值/MPa1抗折强度/MPa1弹性模量/GPaR10011001≥121≥40R12011201≥141≥40R14011401≥181≥40R16011601≥221≥40R18011801≥241≥402制备技术
2.1材料组分与配合比
如同其他混凝土材料的研究一样，UHPC的研究也是从材料制备开始的。各国研究者结合当地的材料开展了大量的配合比设计，中国也开展了许多的研究，如文献[27]～[32]。
UHPC作为一种高技术的新型材料，成本较高是影响其工程应用的一个重要因素。文献[33]中对一些RPC试验的原材料进行分析，发现其成本均在4 000元・m-3以上，最高达到8 000元・m-3，远高于普通混凝土的价格。为此，提出了RPC性价比计算方法，并以钢纤维掺量为主要参数进行研究。
由于RPC中的钢纤维为细钢纤维，且为了防锈而镀铜，其较高的价格是RPC材料成本较高的主要原因，因此，许多研究围绕钢纤维及其替代品展开。文献[34]中采用碳纤维替代部分钢纤维进行RPC的配制，发现RPC的抗折强度下降而抗压强度有所提高。文献[35]中采用碳纤维替代钢纤维配制RPC，结果表明，最终破坏形态表现出很大的脆性破坏。此外，还有学者对聚丙烯纤维RPC和混杂纤维RPC开展了研究，将低模量的聚丙烯纤维、中模量的耐碱玻璃纤维和高模量的钢纤维混杂掺入RPC，可使RPC的一些力学性能得到一定程度的改善而提高[3642]。美国规范在AASHTO Type Ⅱ梁中采用80级焊接钢筋网以取代UHPC中的钢纤维，其抗剪强度超过采用钢纤维的UHPC梁，且施工方便，成本大大降低[43]。
为降低成本，研究人员还开展了采用替代材料减少UHPC中水泥、硅灰用量的研究，如钢渣粉、超细粉煤灰、石粉、偏高岭土、火电厂微珠、超细矿渣、稻壳灰等，不仅能降低造价，而且利于环保[4450]。
文献[51]中开展低水泥用量的RPC研究，用粉煤灰取代了60%的水泥，在凝结硬化过程中施加压力，得到338 MPa的RPC。在RPC中采用粉煤灰和矿渣替代水泥和硅灰，可减少高效减水剂的用量，并减少RPC的水化热和收缩[40]。文献[52]中采用棕榈油灰取代50%的胶凝材料，配制的UHPC具有158.28 MPa的抗压强度、46.69 MPa的弯拉强度和13.78 MPa的直拉强度。文献[53]中采用稻壳灰取代硅灰，在标准养护制度下，可制备出强度超过150 MPa的UHPC，当采用水泥+10%硅灰+10%稻壳灰时，得到的UHPC性能最好。在RPC的凝结硬化过程，加入部分水化水泥基材料（PHCM），能促进水泥水化，增加CSH生成量，使RPC具有较高的早期强度[54]。
由于胶凝材料（水泥和硅灰）表面特性不同，可选择多种减水剂进行耦合使用，其效果更好[55]。在UHPC配合比设计中采用修正的安德烈亚森颗粒密实模型，可以降低胶凝材料的用量，如养护28 d后，仍有很多水泥没有水化，则可采用一些便宜的材料来替代，如石粉[56]。文献[57]中提高RPC的硅灰含量，使配制的RPC强度得到提高的同时，其表观密度降低到1 900 kg・m-3。
另外，为减少对天然骨料的开采，研究人员还探索利用其他材料来替代UHPC中的石英砂等，如采用烧结铝矾土[40]、机制砂石[58]和丘砂[5960]等。文献[61]中采用铁矿石尾矿替代UHPC中的天然骨料，由于较差的界面，工作性和强度下降。文献[62]中将废弃混凝土块放入UHPC中，可减少早期收缩，制成自约束收缩UHPC。文献[63]中采用超细水泥制备了新型超高性能混凝土SCRPC，避免了硅灰的使用，且便于现场养护与施工。
2.2拌制与养护技术
与普通混凝土不同的是，RPC由于采用基体材料+细粒径组分材料+钢纤维进行配制，在拌制过程中容易聚团，影响RPC成型的均质性和材料性质，是备受工程界关心的一个主要问题。各国学者对需要采用的搅拌设备、混合料的拌制时间与顺序等也开展了相应的研究，如Collepardi等[64]的研究表明，搅拌1 min后添加减水剂的RPC，其工作性能要优于即时掺入减水剂的RPC[64]。文献[65]中介绍了常规搅拌工艺配制的RPC的特性，制定了加料顺序。文献[66]中研究了3种不同的投料搅拌方法，试验结果表明，不同的投料次序对RPC的抗折强度和抗压强度有一定影响，尤其对RPC流动性的影响较大。此外，RPC浇注时钢纤维方向分布对RPC的拉抗强度等性能有较大影响。为寻找有效控制钢纤维方向的方法，文献[67]中通过数值分析和试验研究，探讨了通过挤压改变钢纤维排列方向的方法；文献[68]中采用管壁效应和混凝土流动方向等方法，改变钢纤维在试件内的排列方向，试件成型后的X射线图像表明，该措施取得了良好效果。
高温、加压养护制度是UHPC获得高性能的重要手段，温度越高、时间越长，参加反应的硅灰越多，内部结构也就越密实。文献[69]中指出，与90 ℃热养护相比，在20 ℃标准养护条件下的UHPFRC试块，抗压强度降低20%，抗弯强度降低10%，断裂能降低15%。高温、加压养护制度是RPC获得高性能的重要手段，如RPC中含有火山灰活性物质，在不同养护制度下，RPC的力学性能有较大差异[1415]。以29Si磁共振方法（29Si NMR）量测水泥、硅灰、石英粉等胶结粉体在不同养护条件下的水化程度，可确立有效且经济的养护方式[70]。Richard等[10]的研究表明，90 ℃热养护能加速火山灰反应，并改变已形成水化物的微观结构，高温养护（250 ℃～400 ℃）能促使结晶水化物的形成与硬化浆体的脱水。Dallaire等[71]的研究表明，RPC试件在加压50 MPa和400 ℃的条件下养护48 h后，其抗压强度可达到500 MPa。Cheyrezy等[72]通过热重分析和X射线衍射对热养护下传统RPC的微观结构进行分析，认为传统RPC在养护温度介于150 ℃～200 ℃之间时，孔隙率最小。对采用蒸汽养护、滞后蒸养与降温蒸养以及常规养护这4种养护方式进行了对比试验，结果表明，蒸养对材性的影响最大，而采用蒸养但滞后蒸养与降温蒸养对材性的影响较小[72]。蒸养能提高材料的抗压强度、抗拉强度和弹性模量，减小徐变，加快收缩速度，提高抗渗能力[12]。然而，蒸汽或蒸压养护给施工带来困难，也提高了制备成本。因此，不采用蒸汽或蒸压养护时，如何获得RPC材料的高性能，也成为研究的一个热点。吴炎海等[7377]也都开展了不同养护制度和龄期对RPC材料性能影响的研究，结果表明，蒸养对提高材料性能具有极其有利的作用，并提出了相应的最佳养护条件。
养护时的压力对UHPC的性能也有影响。研究结果表明，在凝结过程施加5～25 MPa的预压力时，RPC的抗弯强度可提高34%～66%，韧性可提高3.39～4.81倍，这是由于预压力可消除孔隙和自由水，使颗粒更加紧密[78]。蒸压时间、温度和压力均会影响RPC的性能；对于每一个压力和温度，存在一个临界蒸压时间；蒸压时间过长，反而会使其力学性能有所下降[79]。蒸压养护对提高RPC抗压强度作用明显，但是其抗折强度和韧性反而低于28 d标准养护的RPC，这可能与蒸压养护对提高钢纤维和水泥石的粘结作用不大有关[22，79]，而在RPC中增加粉煤灰和矿渣用量可减少蒸压情况下其抗折强度和韧性的降低[79]。3超高性能机理
3.1微观结构
文献[80]中从测量的纳米尺度力学性能出发，采用四层次多尺度微观结构模型，精确计算UHPC的刚度，且证实了纤维基体界面是无缺陷的。此后，许多学者采用SEM，EDS微区元素点分析与X射线衍射等试验，对RPC的微观结构开展了研究，进一步揭示了RPC形成高性能的基本原理。
RPC密实度与强度之间存在着高度的相关性[8081]，但是最大密实度并不代表最高强度，强度取决于其微观结构和水化阶段的性能[8283]。蒸压养护能降低CSH凝胶中的CaO/SiO2，使RPC中形成针状和片状的托勃莫来石[40，84]。电导率与水化度存在一种函数关系，当水化度达到26%时，孔隙不连续，采用超声波技术可以监测凝结硬化过程RPC的孔隙半径的变化[81，85]。UHPC孔结构可用表面分维来表示，且建立了混凝土的纹理、硅酸盐链长（表面分维）和CSH量的关系[85]。
高温可促进水泥、硅灰和石英粉的化学反应，当温度达到250 ℃时，RPC中出现硬硅钙石。随着养护温度的增加，CSH平均链长增加[8687]。碱激发水泥RPC （ARPC）在抗压强度相同情况下，具有更高的抗弯性能、断裂能以及与钢筋的粘结性能；由于ARPC的CaO/SiO2较低，其纳米的孔结构有利于水分的逸出，内部孔压力较低，因此具有更好的抗火性能[8889]。
3.2纤维增强增韧机理
研究结果表明，未掺入钢纤维的UHPC，在进行受压试验时由于内部积聚的能量太大而呈现爆炸性破坏，表现出较普通混凝土和高强混凝土更大的脆性。因此，UHPC一般掺有纤维，故它也可视为基体与纤维的复合材料。纤维主要以细钢纤维为主，直径较小，为0.20～0.22 mm，长细比较大，为55～70，而UHPC基体的胶凝粒径小，因而它与基材间的粘结滑移、纤维的拉拔、纤维桥接和裂缝的偏转作用以及对混凝土材性的增强机理都有其自身的特性。为此，对纤维的增强增韧机理开展了大量的研究。
文献[90]中研究了钢纤维分布角度分别为0°，30°，45°，60°，90°时对RPC断裂性能的影响。结果表明：当分布角度为0°时，构件的平均应变最大，其变化规律为0°～60°降低，60°～90°增加；轴拉构件在0°～40°之间为延性破坏，60°～90°之间为脆性破坏，40°～60°则处于中间状态，RPC的伪应变强化效应与钢纤维的分布特征有较大的关系，但是纤维分布方向对抗压强度的影响较小。
大量的研究表明，钢纤维对UHPC的抗拉强度和韧性有明显的提高作用，这种提高作用，在不影响钢纤维分布均匀性的前提下（一般在3.5%～4%之间），与钢纤维的掺量成正比[9193]。受拉破坏时，在开裂口处由于钢纤维的桥搭作用，与普通混凝土相比，它的抗拉强度和韧性有很大的提高，其破坏形式是钢纤维被拔出破坏，而不是拉断破坏[9496]。
对抗压强度，钢纤维也有一定的增强作用，但是一般认为存在一个界限掺量，当超过这个掺量时，抗压强度不升反降。对于这个界限掺量，各国学者有不同的看法，从2%到4%都有[97100]。
为探讨纤维对UHPC强度（尤其是抗拉强度）影响的细观作用机理，一些研究对纤维与UHPC基体的相互作用开展了研究。文献[101]中提出了一种新型的抗拉试验方法（在夹具和试件间采用转换板，使拉应力均匀）用于测试纤维的拔出试验。通过优化UHPC基体的材料配制比例，镀铜直纤维与UHPC的最大等效粘结应力可达到22 MPa，纤维的最大拉应力可达到1 840 MPa，拉出所需要的能耗为71 J・mm-2，其粘结强度、纤维最大应力和拉出耗能分别为HSC的7倍、4倍和20倍；此外，UHPC的拉拔荷载位移曲线达到最大荷载后没有出现像HSC曲线的突然下降现象，表明UHPC与纤维的摩擦因数更大，其密实性较HSC更好[102]。文献[103]中研究镀铜直纤维、变形纤维（弯勾纤维和扭转纤维）物理化学界面的粘结性能，变形纤维的粘结强度47 MPa是直纤维的5倍。通过优化UHPFRC的配合比，直纤维的粘结强度可以从10 MPa提高到20 MPa。硅灰对粘结性能有利，最优的硅灰水泥比为20%～30%，当硅灰水泥比为30%时，其粘结强度可提高14%[104]。文献[105]中认为，掺入质量分数为3%的钢纤维，其抗压强度、弹性模量、收缩性能和界面性能最好，并给出了粘结应力滑移模型。4材料性能研究
4.1拉、压强度等基本力学性能
在强度等力学性能方面，主要研究内容有抗压强度、抗拉强度、韧性、弹性模量和应力应变曲线、极限应变、泊松比、平均断裂能、延性、热膨胀系数等，其中，抗压强度、抗拉强度是UHPC最基本的力学性能，已开展了大量的研究。
在材料性能的测试方面，与普通混凝土和高强混凝土一样，UHPC也存在着尺寸效应问题，因此如何根据其特点，制定统一的测试标准，已成为研究的主要内容。由于UHPC基体组成材料的最大粒径不超过1 mm，因此除了一般混凝土测试方法外，研究人员还采用了砂浆或胶砂的测试方法。中国学者常采用边长为150 mm（混凝土标准试件）、100 mm（混凝土非标准试件）、70.7 mm（建筑砂浆试件）和40 mm（胶砂试件）等立方体试件和尺寸为150 mm×150 mm×300 mm和100 mm×100 mm×300 mm等棱柱体试件[106112]；国外研究人员常采用Φ76×153，Φ100×200，Φ90×180等圆柱体试件[12，109111]。文献[110]中的研究结果表明，如果不掺入纤维，RPC的尺寸效应与普通混凝土或高性能混凝土大致相同，但是如果掺入纤维，RPC的尺寸效应变得明显。文献[112]中认为，与掺入纤维的UHPFRC相比，不掺入纤维的UHPC抗压强度的变异系数较大。总的来说，小尺寸试件所测的强度要大于大尺寸试件，但是各尺寸试件所测强度之间的比值，目前还没有统一的结论。
文献[108]中认为，边长分别为70.7 mm和40 mm的试件对应的是建筑砂浆和水泥胶砂试件规格和测试方法，与现有普通混凝土或高强混凝土的测试方法之间存在一定的差异，不应作为RPC抗压强度的测试试件。鉴于一般检测机构或实验室的压力机能力，文献[17]，[106]，[108]中均建议采用边长为100 mm的RPC立方体试块为标准测试试件。根据不同形状试件的测试结果可知，立方体试件的抗压强度大于棱柱体的抗压强度，文献[108]中汇总了65个试验样本，得出二者之间的比值为0.87，略高于《混凝土结构设计规范》（GB 50010―2010）[113]中规定的高强混凝土C80的二者比值0.82。
目前混凝土抗拉强度主要的测试方法有轴拉试验、劈裂试验和抗折试验3种。由于混凝土材料的抗压强度高，抗拉强度低，且抗拉强度测试难度较大，在结构中发挥的作用较小，因此抗拉强度的测试并没有得到重视，各种测试结果之间的关系以及工程中的应用标准还不统一。虽然UHPC的拉压比与普通混凝土的拉压比相差不大，但是其抗拉强度绝对值已达到10 MPa或更高，在结构受力中能发挥一定的作用，因此，UHPC的抗拉强度研究受到了重视。UHPC的抗拉强度测试方法，基本沿用了普通混凝土的3种测试方法，研究结果表明，同普通混凝土一样，UHPC测得的抗拉强度从高到低依次为轴拉强度、劈拉强度以及弯拉强度，但是对于各种测试结果之间的比值量化关系，目前为止还没有公认的定论[12，91，100，108]。
除抗压强度、抗拉强度外，许多研究者对UHPC的其他材性进行了综合性的研究。美国联邦公路局[12]和美国密歇根州交通技术研究院[13]对UHPC的强度、耐久性、长期性能等力学性能进行了较为系统的研究，为其在美国桥梁工程中的应用奠定了理论基础。文献[114]中研究了RPC200的棱柱体抗压强度、立方体抗压强度、劈拉强度、弹性模量、峰值应变、泊松比等参数，并建立了弹性模量和峰值应变的拟合公式。文献[115]中采用超声波技术来测定UHPC的弹性模量和泊松比。文献[110]中认为，ACI公式可以预测UHPC的弹性模量。
Fehling等[116]研究了不同钢纤维掺量UHPC的受压应力应变曲线，认为不掺入钢纤维UHPC受压破坏时呈现爆炸性，无曲线下降段；掺入钢纤维UHPC的应力应变曲线则存在明显的下降段，但是随着钢纤维掺量和分布的不同，曲线下降段的斜率不同。对于应力应变曲线的上升段，不同养护方式所对应的系数也是不一样的[110]。Prabha等[109]通过MTS测得不同钢纤维种类和掺量RPC的单轴受压应力应变全曲线，认为RPC的应力应变曲线上升段近似呈直线，下降段的形状则取决于钢纤维含量和种类。纤维的形状（光滑、弯钩、扭转）对抗拉强度、峰值应变和耗能能力的影响较小，而纤维的体积掺量起决定性的作用；光滑纤维与UHPC基体的粘结强度高，所以未必需要弯钩和扭转的纤维[117]。Fujikake等[118]采用伺服控制试验机，研究了不同应变率对RPC受拉应力应变全曲线的影响。结果表明，初裂抗拉强度和极限抗拉强度都随着加载速率的提高而增加。
文献[119]中对抗拉和抗压本构关系测试方法进行了改进，研究发现，钢纤维对抗拉强度提高明显，但是对抗压强度和弹性模量提高不明显。文献[120]，[121]中由弯曲试验采用反向分析方法来量化UHPFRC的受拉应力应变关系，并将计算结果与直拉试验结果（DTTs）进行了比较，发现峰值应力和对应的应变略微偏大。
Liang等[31，33，108]研究了不同砂胶比、水胶比、钢纤维掺量对RPC强度的影响。结果表明：随砂胶比的增大，RPC的抗折强度、抗压强度均减小；随水胶比的增大，RPC的抗折强度增大，但是抗压强度在水胶比为0.18时达到最大值；随钢纤维掺量的增大，RPC的轴拉强度、劈拉强度和抗折强度均增大，但是抗压强度在钢纤维掺量2%时达到最大值。
4.2体积稳定性
收缩、徐变等体积稳定性是RPC长期性能研究的主要内容[1213，122124]。研究结果表明：由于孔隙致密，采用蒸汽养护的RPC收缩和徐变均减小，收缩的速度较普通混凝土快，在24 h内可完成总收缩量的1/2，这有利于预应力RPC构件工厂化生产时生产效率的提高；随着水灰比和高效减水剂掺量的增加，RPC收缩增大[125]。对于温度20 ℃、相对湿度50%下养护的RPC，标准试件（75 mm×75 mm×280 mm）1 d的总收缩为377×10-6，7 d的总收缩为488×10-6，其早期收缩占总收缩的77%；与标准试件相比，小试件（25 mm×25 mm×280 mm）的总收缩较大[126]。
在RPC中掺入SAP（Superabsorbent Polymer）和SRA（Shrinkagereducing Admixture）可使RPC的自收缩降低[127]。在阻止水蒸发方面，采用石蜡效果比较好。在凝结时间试验中，当抗穿透压力为1.5 MPa时，UHPC的应力开始发展，这个时间比初凝时间早0.6 h，该时间被定义为零应力点；自收缩应变比总应变大，15 d时为6.13×10-4。超声波技术可用于测量其早期抗拉强度和弹性模量[128]。文献[129]中认为：零应力点是浇注后6 h；从6～15 h，自收缩应变为5.77×10-4；由于自干燥，30 d时，自收缩应变为7.53×10-4；因为玻璃纤维增强复合材料（GFRP）的刚度最低，只有普通钢筋的1/4，采用GFRP的自收缩应力只有采用普通钢筋变形的66.5%～70.1%；钢筋表面特性对自收缩影响不大。文献[130]中认为，掺入纤维可以减少SRA从UHPC中的渗出，减少早期收缩，从而提高UHPC的抗裂性。高温养护加速了水化和自干燥过程，所以UHPC自收缩增加[131]。
对于预测长期性能来说，采用拉伸徐变比抗拉强度更合适，因为拉伸徐变更为敏感且重要。热处理和钢纤维对拉伸徐变性能的影响较大，由于纤维基体界面在热处理下变得致密，短直钢纤维能降低UHPC的拉伸徐变[132]。对于徐变，虽然徐变系数较小，但是由于材料的强度提高，早龄期加载产生的徐变变形还是相当可观的，因此，工程应用中应尽可能地采用晚龄期加载。
4.3耐久性
对于RPC的耐久性研究，其主要集中在抗除冰盐腐蚀、抗氯离子渗透能力以及抗冻融循环能力等方面[1213，133136]。
大量的研究均表明：RPC具有非常致密的细观结构和很强的抗渗透能力以及很好的抗冻融循环能力[137]；UHPC的耐水性比普通混凝土好（以渗出的钙为指标）[138]，UHPC具有很好的水密性和愈合裂缝的能力[139]，UHPC耐硫酸盐、氯盐，但是不耐高浓度硫酸[140]。文献[141]中指出：UHPC的抗弯强度是抗压强度的16%～18%；将冻融循环1 098次构件与放置于20 ℃的水中养护1年的构件相比，其抗压强度和弹性模量反而增加。文献[142]中指出，气体渗透法比孔结构能更准确评价UHPFRC的耐久性；UHPFRC的耐久性较普通混凝土和砂浆好。
4.4其他性能
研究人员对UHPC的其他性能也开展了研究，如高温、抗爆抗冲击、粘结性能等。
UHPC立方体抗压强度在温度达到100 ℃时开始下降，在200 ℃～500 ℃之间时增加，温度超过600 ℃后又开始下降。当温度低于300 ℃时，UHPC立方体抗压强度随着纤维掺量的增加而增加，但是当温度高于300 ℃时，UHPC立方体抗压强度随着纤维掺量的增加而降低。UHPC立方体抗拉强度在200 ℃时开始下降，在200 ℃～300 ℃之间时增加，温度超过300 ℃后又开始下降。当温度低于600 ℃时，UHPC立方体抗拉强度随着纤维掺量的增加而增加，但是当温度高于600 ℃时，UHPC立方体抗拉强度随着纤维掺量的增加而降低。在火灾环境下，UHPC抗拉强度降低速度比其抗压强度快，UHPC强度降低速度和质量损失率低于普通混凝土和高性能混凝土[143145]。在UHPC中复掺钢纤维和聚丙烯纤维，聚丙烯纤维在高温下融化后，为蒸汽提供逸出通道，提高了UHPC的抗火性能，但是其效果不如高强混凝土和高性能混凝土[146]。
UHPC抗爆性优于普通混凝土[147]，穿透深度小于C30混凝土的1/2[148]，钢纤维可避免它在动荷载下产生粉碎性破坏[149150]。Lai等[151]建立了受冲击后RPC的本构关系，并模拟了其冲击破坏过程。Tai[152]建立了动能量耗能能力与高应变率、钢纤维含量之间的关系。文献[153]中研究了弯曲荷载和剪切荷载下的UHPC动力特性，给出了动力增长系数的变化规律。文献[154]中的研究发现，UHPC在动载下的抗压强度、劈拉强度对应变率和应力率很敏感。文献[155]中采用离散元编制并验证了模拟弹体侵彻的程序CORTUF。
UHPC的粘结性能包括它与钢筋的粘结性能和它与其他混凝土的粘结性能。文献[156]，[157]中研究了光圆钢筋与RPC的粘结性能。文献[158]中研究了高强钢筋与RPC的粘结性能，结果表明，与普通混凝土相比，高强钢筋与RPC的荷载滑移曲线上升段较陡，下降段平缓或有回升。文献[159]中研究了碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）筋与UHPFRC的粘结，发现光圆CFRP筋的粘结强度与磨砂CFRP筋的相差不多；随着CFRP筋直径和锚固长度的增大，粘结强度降低，破坏发生在CFRP筋外层。此外，有些学者还研究了RPC的断裂性能[96]、抗裂评价方法[160]、疲劳损伤[161]等。5工程应用研究
5.1基本构件的受力性能
配筋RPC梁和预应力RPC梁受力性能的研究，主要集中在RPC较高的抗拉能力对结构正截面和斜截面抗裂性能与极限承载力影响的分析上，研究结果表明，在设计计算中应以充分考虑RPC材料优良的抗拉能力[162172]。与普通梁相比，UHPFRC梁具有更好的极限荷载、刚度和抗裂性能[171]。浇注UHPC方法不同，即从梁的中间部位开始浇注和从梁的端部开始浇注，钢纤维的方向不同，UHPC梁的抗弯性能也不同[172]。文献[173]中研究了UHPC梁的扭转性能，发现随着配箍率的增加，极限扭转强度和扭转刚度增加，且极限扭转强度随着纵筋配筋率的增加而增加。
与配普通钢筋相比，采用高强钢筋的UHPC梁具有较好的延性和较高的富余承载力[174]。在梁中采用UHPC作为受拉钢筋，可承担30 MPa的弯曲拉伸强度，且没有任何滑移现象，梁具有较好的延性[175]。与没有钢骨的UHPC梁相比，预应力钢骨UHPC梁具有较高的富余抗剪承载力、裂后刚度以及较好的剪切延性[176]。
对UHPC梁板的抗冲击能力也进行了研究，在没有箍筋情况下，冲击荷载作用下的RPC梁产生很多细小的裂缝，发生延性的弯曲破坏[177]。在RPC梁中，加载速度的增加将使其极限荷载、荷载位移曲线下降段的斜率和极限挠度得到提高[178]。文献[179]中研究了UHPFRC在冲击荷载和静力荷载下的反应；在冲击荷载下，板的强度和断裂能远大于静力荷载时的。文献[180]中对UHPFRC板在冲击荷载下的性能进行了数值模拟，在该模型中考虑了UHPFRC的应变软化，并进行了参数分析。文献[181]中比较了普通混凝土柱和UHPC柱在冲击荷载下的性能，并进行了仿真分析。
