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外文出处： Building and Environment

12 (2002) 186-191 附件1：外文资料翻译译文

混凝土强度和现代建筑材料

文章摘要：

钢筋混凝土可以用在框架结构上，常常用在预制构件并主要用在工业建筑相同结构建筑物上，混凝土也可以用在壳式建筑施工中，其表面同时也成为结构的组成部分。现代建筑材料：大多数较大的建筑物都是由钢结构，钢筋混凝土以及预应力混凝土构成。

关键词：混凝土强度；现代建筑材料；高层建筑；框架结构

在许多结构中,混凝土同时受到不同方向各种应力的作用.例如在梁中大部分混凝土同时承受压力和剪力,再楼板和基础中,混凝土同时承受两个相互垂直方向的压力外加剪力的作用.根据材料力学学习中已知的方法,无论怎样复杂的复合应力状态,都可化为三个相互垂直的主应力,它们作用在材料适当定向的单元立方体上.三个主应力中的任意一个或者全部既可是拉应力,也可是压应力.如果其中一个主应力为零,则为双轴应力状态。如果有两个主应力为零，则为单轴应力状态，或为简单压缩或为简单拉伸。在多数情况下，根据简单的试验，如圆柱体强度f'c和抗拉强度f't，只能够确定材料在单轴应力作用下的性能。为了预测混凝土在双轴应力或三轴应力作用下的结构强度，在通过试验仅仅知道f'c 或f'c与f't的情况下，需要通过计算确定混凝土在上述复合应力状态下的强度。

尽管人们连续不断地进行了大量的研究，但仍然没有得出有关混凝土在复合应力作用下的强度的通用理论。经过修正的各种强度理论，如最大拉应力理论、莫尔-库仑理论和八面体应力理论 (以上理论都在材料力学课本中讨论过)应用于混凝土，取得了不同程度的进展。现在的试验结果表明，极限拉应变 (它是平均正应力的函数)可能是一个通用的混凝土破坏标准。目前这些理论中没有一个被普遍接受，其中许多还有明显的自相矛盾的地方。建立一个通用的强度理论的主要困难在于混凝土的高度非均质特性和混凝土在高应力下和断裂时，其性能受微小裂缝和其他不

连续现象的影响程度较大。

然而，至少对双轴应力的各种试验确定了混凝土的强度。各种试验结果可用图1这样的相互作用图的形式表现出来。该图把朝方向1的强度表示为作用在方向2的应力的函数。所有的应力都根据单轴抗压强度f'c而无量纲化了。在表示双轴压力的象限中可以看出，其强度可达到比单轴抗压强度大20%左右，强度增加的量取决于f2和f1的比值。在双轴受拉情况下，方向1的强度与方向2的拉应力无关。当方向2的拉应力与方向1的压应力同时作用时，抗压强度几乎呈线性下降。例如，大约是单轴抗拉强度的一半的横向拉应力，将使抗压强度减小到单轴抗压强度的一半。这一点在预测深梁或剪力墙内裂缝的出 现方面具有非常重要的意义。

混凝土三轴强度的实验研究很少，主要是因为在三个方向同时加荷实际上难以避免由加荷设备产生的很大约束。根据现有资料，关于混凝土三轴强度可得出以下初步结论:(1)在三轴压应力相等状态下，混凝土的强度可能比单轴抗压强度高一个数量级，(2)对于双轴压应力相等并在第三个方向上有一较小的压应力的状态，其强度可指望增加20%以上，(3)在压应力与至少另外一个方向的拉应力同时作用的应力状态下，中间主应力是无足轻重的，抗压强度可以根据图1可靠地预计出来。

莫尔-库仑理论可用来近似地描述三轴应力对强度的影响。它代表莫尔理论的特殊形式，规定材料破坏的包络线，使任何一个与包络线相切的莫尔应力圆都代表引起材料破坏的复合应力。对于此处的莫尔应力圆，水平直径的两个端点由三个主应力中的最大和最小主应力所决定，因此应力圆的大小和位置不受中间主应力的影响。图2中的应力圆1表示应力为f't时简单拉伸引起的破坏，而应力圆2表示应力为f'c时的压力破坏。破坏的包络线可以近似地用两条直线表示，如图。试验研究表明，在受压一侧与应力圆2相切的直线具有37度的倾角。在受拉一侧，直线是一截线，与应力圆1相切。

到1975年为止，世界上最高的房屋建筑是芝加哥的希尔思大厦，它有110层，443米高，可容纳16500人，它共有103部电梯，18部自动扶梯，结构工程师通过计算，认为建筑物最高达3千米在技术上是可行的。

为什么要建高楼大厦呢？建造大型建筑物的主要原因是想充分利用大多数城市有限而又昂贵的土地。比如说纽约市，大部分区域限制在一个岛上不能向外扩展，因而只能向高处发展，建设大型建筑物的另一商业好处是，整个大公司的职员都在

一起工作，这会明显的提高效率。大型住宅楼，比如公寓塔楼，也可以充分利用土地和简化电力，供热等配套服务设施，但同时也带来了社会问题，居住在离大街很高的地方导致与周围社会缺乏接触。就人数而言，一座大型塔楼相当于一个村庄，所以许多摩天大楼酒店都设有商场，饭店和娱乐设施。无论大小，建筑物必须能让人们避风雨，并有一些控制气候的系统，它必须为居民提供特殊功能的用地和设施，如自动扶梯，电梯和楼梯。在结构方面，建筑物不但要能承受自重，由高度和所用材料而定，还要承受里面人和物的重量。

从自然环境中找到避护所是人类基本的要求。在远古人们通过躲在山洞里来满足这一要求，而他们的后代则开始建造房屋。那时设计房屋要考虑的最主要的因素是气候和可获取的材料，比如说，在炎热而干燥的国家，就适合建造小窗户和厚泥墙的房子来阻隔热量和阳光；多雨地带的居民则通常会用稻草或其他植物来建成斜屋顶，这样雨水就会从屋顶上顺流而下，不至于渗入到房屋内部，在地震多发地区，房屋通常用轻质薄型材料建造，如日本，一些内墙仍然是纸做的。

木材一度是古老的建筑材料之一，甚至到现在仍然沿用，使用的最多的地方仍然是房屋建造，设计和处理方法的改进已克服木材的许多不足之处；木材的强度在其横向和纵向是不同的，因此，通过黏合剂来黏结多层木材能使其纤维在各个方向都均匀，经过更好的保存方法的处理，木材的耐用性也得到了改善，处理过的木材已不容易着火，用于连接木结构的装置也有了改进，其中首推带有多个凸齿的金属板连接器，它把承受的荷载扩散到更大的面积上，木材现在用于制作全预制房屋，通常是在工厂制作好，在坚固地基上安装，其更广泛的用途还有工字梁，屋橼，窗框，门，地板，以及作为一种内部承载墙的芯墙，其表面可以抹灰，自然资源保护专家们也对木材感兴趣，因为它是可在生的——我们可以种植更多的树，而且把木材加工成可用的形式也不会对环境造成污染。

天然石头仍然用于建筑业，尽管在工业国家它只是充当相对次要的角色，只限于制作装饰面，和其他装饰性材料。石头是在采石场爆破开采或是用锲子劈出来的在使用时如果是像石灰石那样的层岩要使用得当，使其层面置于正确的角度来承受压力；窑制砖在发达国家广泛用于房屋建筑，它们的尺寸和式样是由各个国家的标准规定的现在有动向要建立国际标准。混凝土是水，碎石，沙子和黏结剂，通常是波兰特水泥，的混合物，如今有一种工业已成长起来，这就是预制房屋墙壁和屋顶混凝土板，这在大型建筑物中也采用，用成套模板体系制作构件，这个过程便称为

组合模板，采用组合模板浇筑混凝土系统以加快住宅建设，混凝土构件可以现场制作，不需在工厂里加工，一套浇筑体系需要配合一套混凝土浇筑组合立模，一辆运输车，一台塔吊，以及附属设施，这使分包商能以一天一栋的效率修建中等规模公寓，其基本设计是规范话的尽管只有几种基本单元但这些单元可根据社会或国家的需要和风格以不同方式装配为建筑和规划提供了很大的机动性，合成材料的重要性在房屋建筑中已日益明显。其实，人们早已使用复合材料了，比如旧时的篱笆和涂料，一种现代房屋建造材料是玻璃纤维聚酯树脂，这种材料制成的面板本身是复合物。它们应用于木结构框架，并和框架一起提供所需的抗裂性，可以防止框架的变形。相类似的，内墙也采用格状的木框架或金属结构框架金属格条，外挂装饰面板，迄今为止很少有塑料用作结构材料。但它在房屋的配件中有各种广泛的用途，包括屋面板，排水沟及其支架，排水管以及装饰性天花板，水可以储存在塑料箱中，用塑料管道输送，在空心墙中注入泡沫塑料，可以改善隔热效果。有些设计师还建了全塑料房屋，但因为造价昂贵并未获得商业成功。

铝合金除用于大跨度的不需支撑柱的屋面外，还很少用在大型建筑物上，高强缆绳可用在较低的新奇设计的框架结构中，如特别设计的慕尼黑奥运村，以及飞机库和运动大厅。木材倾向于用在框架结构的柱梁及普通行架，支撑屋面及桥梁。尽管采用木结构，在学校飞机库，展览大厅，地荷载楼板天桥和屋面仍能建造到较大的高度和跨度。木结构的连接用多功能钉，钢环及螺栓等机械方式连接或粘接，在木材防止虫蛀和耐火等处理方法及其设计指导方面，近几年都有很大程度的提高。

钢材用在框架结构中可以是带有其他材料的自撑围护结构体系，它也可带有表面活动的围护结构即由梁支撑的围护板，尤其是围护板本身也是钢材的，可作为单个的受力单位。高度超过100米的超高层建筑物还需要更尖端的框架技术。

钢筋混凝土现已广泛的用于建筑物的框架中。混凝土可以现浇或预制，这要取决于所在位置用的模板的轻便性及重复使用的次数。其他因素就要看混凝土设备离现场的远近，吊车的利用及施工进度计划。

混凝土也可以通过张拉它的钢筋而受压，这就是预应力，这样可使钢筋或高强钢丝承受直向或弯曲张拉力而不需混凝土自身受拉，从而增加其强度。

附件2：外文原文（复印件）

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