高等钢筋混泥土现状综述 - 图文

高等钢筋混凝土结构现状综述

摘要：钢筋混凝土已成为现代工程结构的重要材料，在各种工程结构中应用广泛。通过对钢筋混凝土的优缺点分析以及对其发展史的介绍，论述其在现如今生产生活中的普遍应用。从新材料、新理论、新结构、新实验方法四种不同方面分析，研究说明新型复合材料-纤维混凝土在当今以及以后相当长时期内具有的显著影响，纤维混凝土解决了普通混凝土所存在的不足之处。随着科学技术的进步，对纤维混凝土的研究还将不断地发展创新。

关键词：钢筋混凝土；新材料；新结构；纤维混凝土；发展创新

引言

混凝土是现代工程结构的主要材料，我国每年混凝土和钢筋用量规模之大，耗资之巨，居世界前列。我国工程建设中仅混凝土结构每年需耗巨大，由此可见，钢筋混凝土是我国一种相当重要的工程结构材料。在此，对钢筋混凝土发展至今的现状和出现的新材料、新结构、新计算理论、新实验技术等几个方面给予简要介绍

? 1 钢筋混凝土的发展阶段

钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料结合成整体共同受力的工程结构。承重的主要构件是用钢筋混凝土建造的。包括薄壳结构、大模板现浇结构及使用滑模、升板等建造的钢筋混凝土结构的建筑物。钢筋承受拉力，混凝土承受压力。混凝土是由水泥、砂子、石子和水按一定的比例拌和而成。凝固后坚硬如石，受压能力好，但受拉能力差，容易因受拉而断裂。为了解决这个矛盾，充分发挥混凝土的受压能力，常在混凝土受拉区域内或相应部位加入一定数量的钢筋，使两种材料粘结成一个整体，共同承受外力。

钢筋混凝土结构按层数或建筑高度可以分为：单层钢筋混凝土结构、多层钢筋混凝土结构、高层钢筋混凝土结构；按结构形式分：框架结构、框架抗震墙结构、抗震墙结构、框架-核心筒结构、大跨框架结构、板柱-抗震墙结构、筒体结构、多层砖砌体结构、多层砌块结构、单层钢筋混凝土柱厂房（这个是混合结构）。

钢筋混凝土结构的优点：1.取材容易：混凝土所用的砂、石一般易于就地取材。另外，还可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废料。2.合理用材：钢筋混凝土结构合理地发挥了

钢筋和混凝土两种材料的性能，与钢结构相

比，可以降低造价。3.耐久性：密实的混凝土有较高的强度，同时由于钢筋被混凝土包裹，不易锈蚀，维修费用也很少，所以钢筋混凝土结构的耐久性比较好。4.耐火性：混凝土包裹在钢筋外面，火灾时钢筋不会很快达到软化温度而导致结构整体破坏。与裸露的木结构、钢结构相比耐火性要好。5.可模性：根据需要，可以较容易地浇筑成各种形状和尺寸的钢筋混凝土结构。6.整体性：整浇或装配整体式钢筋混凝土结构有很好的整体性，有利于抗震、抵抗振动和爆炸冲击波。缺点：1.自重大。钢筋混凝土的重力密度约为25kN/m3，比砌体和木材的重度都大。尽管比钢材的重度小，但结构的截面尺寸较大，因而其自重远远超过相同跨度或高度的钢结构的重量。2.抗裂性差。如前所述，混凝土的抗拉强度非常低，因此，普通钢筋混凝土结构经常带裂缝工作。尽管裂缝的存在并不一定意味着结构发生破坏，但是它影响结构的耐久性和美观。当裂缝数量较多和开展较宽时，还将给人造成一种不安全感。3.性质脆。混凝土的脆性随混凝土强度等级的提高而加大。

综上所述不难看出，钢筋混凝土结构的优点多于其缺点。而且，人们已经研究出许多克服其缺点的有效措施。例如，为了克服钢筋混凝土自重大的缺点，已经研究出许多质量轻、强度高的混凝土和强度很高的钢筋。为了克服普通钢筋混凝土容易开裂的缺点，可以对它施加预应力。为了克服混凝土的脆性，可以在混凝土中掺入纤维做成纤维混凝土。

钢筋混凝土最主要当然与其材料，也就是钢筋和混凝土有关，其中钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度最重要。另外，施工之

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中还和天气的温度湿度等有关，因为会影响到混凝土的凝结速度。

钢筋混凝土结构在土木工程中的应用范围极广，各种工程结构都可采用钢筋混凝土建造。钢筋混凝土结构在原子能工程、海洋工程和机械制造业的一些特殊场合，如反应堆压力容器、海洋平台、巨型运油船、大吨位水压机机架等，均得到十分有效的应用，解决了钢结构所难于解决的技术问题。我国在铁路、公路、城市的立交桥、高架桥、地铁隧道以及水利港口等交通工程中用钢筋混凝土建造的水闸、水电站、船坞和码头已是星罗棋布。目前在中国，钢筋混凝土为应用最多的一种结构形式，占总数的绝大多数，同时也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区。据发改委相关数据显示，该地区其主要原材料水泥产量已于2005年达到10.60亿吨，占世界总产量48%左右。大型建筑均采用钢筋混凝土框架结构。

我国的钢筋混凝土结构发展比较曲折，解放前几乎是空白，60年代边学习苏联的经验边完善提高，70年代自己动手搞科研，编规范；80年代规范的设计水准正力争赶上世界先进水平。近30年来，我国在钢筋混凝土基本理论与计算方法、可靠度与荷载分析、单层与多层厂房结构、高层建筑结构、大板与升板结构、大跨度结构、结构抗震、工业化建筑体系、电子技术在钢筋混凝土结构中的应用和测试技术等方面取得了很多成果，为修订和制定有关规范和规程提供了大量的数据和科学依据。编制出了国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB/T50068，《混凝土结构设计规范》GB50010-2001，；《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）；《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）；《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）等。这些规范和规程积累了我国半个世纪以来丰富的工程实践经验和最新的科研成果，把我国混凝土结构设计方法提高到了当前的国际水平，它将在工程设计中发挥指导作用。必将促进我国混凝土结构设计的进一步发展。

1.1钢筋混凝土在各种工程结构中的应用

钢筋混凝土结构在土木工程中的应用

范围极广，各种工程结构都可采用钢筋混凝土建造。钢筋混凝土结构在原子能工程、海洋工程和机械制造业中，均得到十分有效的应用，解决了钢结构所难于解决的技术问题。我国在铁路、公路、城市的立交桥、高架桥、地铁隧道以及水利港口等交通工程中用钢筋混凝土建造的水闸、水电站、船坞和码头已是星罗棋布。目前在中国，钢筋混凝土是应用最多的一种结构形式，同时也是世界上使用钢筋混凝土结构最多的地区。大型建筑均采用钢筋混凝土框架结构。

我国的钢筋混凝土结构发展比较曲折，解放前几乎是空白，60年代边学习苏联的经验边完善提高；70年代自己动手搞科研，编规范；80年代规范的设计水准正力争赶上世界先进水平；近30年来，我国在钢筋混凝土基本理论与计算方法、可靠度与荷载分析、单层与多层厂房结构、高层建筑结构、大板与升板结构、大跨度结构、结构抗震、工业化建筑体系、电子技术在钢筋混凝土结构中的应用和测试技术等方面取得了很多成果，为修订和制定有关规范和规程提供了大量的数据和科学依据。

我国在1876年开始生产水泥，逐渐有了钢筋混凝土建筑物，如图1和图2所示。全国的混凝土年产量据2002年统计就已达到了15亿立方米，建筑使用钢材达3000万吨，占世界的首位。已建成的上海金茂大厦，地上88层，地下3层，建筑高度420.5m；采用预应力混凝土结构的上海电视塔，主体结构高350m，塔高468m；外形美丽的上海杨浦大桥，全长7658m，主桥为双塔双锁面钢筋混凝土与钢叠合斜拉桥结构，主桥跨径602m；三峡升船机上闸首结构全长125m，墩墙高44m，航槽宽18m，设计水头34m，校核水头39.4m，是目前世界上最大的预应力混凝土坞式结构。

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图1全现浇钢筋混凝土结构

图2 钢筋混凝土结构

采用高强度的材料，是发展钢筋混凝土结构的主要途径。目前我国建筑结构安全度总体上低于欧美发达国家，但材料用量并没有相应降低。这是因为就全国而言，我国建筑工程上采用的钢筋和混凝土平均强度等级，均低于欧美发达国家。欧美发达国家较高的安全度是建立在较高强度材料的基础上的，而我国较低的安全度是由于采用的材料强度偏低。为此，用于工业与民用建筑的混凝土结构设计规范已将混凝土强度等级由C60提高到C80，对普通的钢筋混凝土结构优先推广高强钢丝和刚绞线。 1.2 钢筋混凝土在计算理论、实验方法方面的论述

钢筋混凝土结构的材料制造、计算理论及施工技术等方面都已经经历了很大的发展，并且还在继续向前发展。在材料研究方面，主要向高强、高流动性、自密实、轻质、耐久及具备特意性能方面的混凝土发展。目

前轻骨料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。另外，有专家预计，到21世纪末纤维混凝土的性能得到极大的改善。

为了克服钢筋混凝土自重大的缺点，已经研究出许多质量轻、强度高的混凝土和强度很高的钢筋；为了克服普通钢筋混凝土容易开裂的缺点，可以对它施加预应力；为了克服混凝土的脆性，可以在混凝土中掺入纤维做成纤维混凝土。

在计算理论方面，钢筋混凝土结构经历了容许应力法、破损阶段法和极限状态法三个阶段。目前国内多数混凝土结构设计规范已经采用基于概率理论和数理统计分析的可靠度理论，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在理论上向更完善、更科学的方向发展。但由于水利水电工程中大多数荷载还无法得出可靠的统计参数，因而有学者与工程设计人员认为，目前在水利水电工程设计中应用可靠度理论尚不够成熟。混凝土的损伤和断裂、混凝土的强度理论、混凝土非线性有限单元法和极限分析的计算理论等方面也有很大发展。有限单元法和现代测试技术的应用，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。

? 2 纤维混凝土的特点及发展情况

随着社会发展以及人们对资源、环境、施工、使用及性能更进一步的需求，例如恶劣环境、高层大跨重载化、经济合理等。在不断的研究和实验过程中混凝土结构的材料在原有的基础上有了很大的发展。

纤维混凝土的出现是现代建筑材料发展中的一大进步，它与钢筋混凝土、预应力混凝土的出现有同等的重大意义。钢纤维的掺入能显著提高混凝土的抗拉强度、抗弯强度、抗疲劳特性及耐久性；合成纤维的掺入可提高混凝土的韧性，特别是可以阻断混凝

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土内部毛细管通道，因而减少混凝土暴露面的水分蒸发，大大减少混凝土塑性裂缝和干缩裂缝。

纤维混凝土是一种新型的复合材料，是混凝土改性的最新的科研方向以及重要领域，玻璃纤维、钢纤维、合成纤维、碳纤维在混凝土改性中发展迅速。见图3和图4所示。纤维混凝土是继钢筋混凝土、预应力混凝土之后的又一次重大突破。纤维和混凝土掺杂在一起后，使得混凝土的性能得到了很大提升，受到国内外科研领域的广发关注，在实际生产中有着重大的意义。

图5钢纤维

图3 纤维混凝土的应用

图4聚丙烯抗裂纤维

2.1 论述纤维混凝土的发展史

上个世纪初纤维混凝土开始逐步发展，其中钢纤维混凝土研究的时间最长，在工程上的应用也最为广泛。H.F.Porter在上世纪初就发表了关于短钢纤维增强混凝土的论文。到了20世纪40年代由于军事工程的需要，科学家先后发表了纤维混凝土的研究报告，但并没有从理论上解释纤维在混凝土中的增强原理，因而限制了这种复合材料在工程结构中的推广应用。纤维混凝土真正进入应用于工程的研究是在20世纪60年代初期。1963年美国的J.P.Romualdi等发表了钢纤维约束混凝土裂缝发展机理的研究报告，首次提出了纤维的阻裂机理，才使这种复合材料的发展有实质性的突破，尤其钢纤维混凝土的研究和应用受到高度重视。 2.2 纤维混凝土与普通混凝土的比较分析

把短纤维均匀地分散在混凝土中来改善普通混凝土的脆性，纤维混凝土的抗拉强度要比普通混凝土高2/3。最初使用的纤维材料是石棉纤维，近些年来又采用其他纤维材料，其中钢纤维和玻璃纤维性能最好，最有发展前途，如图6和图7所示。钢纤维作为增强材料时，其弹性模量比普通混凝土高4倍，其韧性可达一般混凝土的30倍以上。而玻璃纤维的强度相当于高碳冷拔钢丝的 强度，约为2500MPa。目前，各国除了研制纤维混凝土以外，又研究在纤维混凝土中再配以普通钢筋，这样除了明显地增强抗拉强度以外，对抗爆结构更有显著的效果，能大大地提高混凝土的抗爆裂强度，并可减少混凝土的飞散速度。纤维钢筋混凝土构件，还可代替普通混凝土构件中的箍筋和辅助钢筋，这对立体结构、薄壁结构极为有利。

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的短纤维或连续的长纤维作为增强材料，均匀的掺杂在水泥中，既可以浇筑又可以喷射，成为一种新兴的不同于普通混凝土的加

[2]

强型材料。

分布均匀的短纤维纤维掺入混凝土中其增强增韧，阻止裂变的效果突出。纤维与水泥基材料结合不仅改良性能而且还能延长寿命，一举两得，更能扩大在工程领域的使用范围。纤维在混凝土中有三个方面的作 用：

图6 钢纤维在公路中的应用 （1）纤维在混凝土硬化与未硬化的阶

段都起着阻止裂变的作用，也就是阻止微裂缝在水泥基体中扩展。水泥基体在浇筑一天后，由于所含有的水分流失蒸发，在收缩时产生应力，这时就容易产生裂缝，而分布均匀的具有塑性能力的纤维就阻止了应力的

[3,4]

继续作用。当混凝土经过一段时间硬化后，有可能仍处于约束状态，由于温度与湿度的作用，收缩产生的拉应力会大于其本身的抗拉强度，生成大量裂缝，这时纤维的抗 阻裂能力就又会体现出来。

图7外贴碳纤维布加固混凝土结构 （2）普通混凝土抗拉强度低，而且它 纤维混凝土原材料及配合比： 的内部往往出现各种各样的缺陷，难于保证（1）水泥：钢纤维混凝土应采用普通工程质量。但是当混凝土中加入分布均匀的硅酸盐水泥和硅酸盐水泥；合成纤维混凝土长短纤维后，混凝土的抗弯、抗剪、抗冲击、优先采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥，根抗疲劳、抗震、抗爆将得到提高。 据工程需要，选择其他品种水泥； （3）纤维混凝土在负载条件下，即便

（2）骨料：钢纤维混凝土不得使用海是混凝土开裂，纤维仍旧可以连接裂缝抵抗砂，粗骨料最大粒径不宜大于钢纤维长度的拉应力，使混凝土具有良好的增韧效果。韧2/3；喷射钢纤维混凝土的骨料最大粒径不性是表征材料抵抗变形性能的指标，一般用宜大于10mm。 混凝土的荷载应变曲线下的面积来表示。

这种优良材料纤维混凝土和普通混凝2.3 纤维混凝土在工程中的应用及发展前土相比较其抗拉、抗冲击、抗弯曲能力是相景 当突出的，解决了普通混凝土的脆性问题，纤维混凝土在工程中的实际应用：上海

[1]

展现出来很多优良的性能。时至今日混凝世博会期间，有一个法国馆，白色的表面混土俨然成为了人们最为广泛应用的一种建凝土结构用一种玻璃纤维加强混凝土材料，筑材料，科学家在这上面的科学研究有很这种混凝土网格它的弯曲度、抗压、防风抗

[5,6]

多。但是，尽管水泥混凝土的抗压强度虽然震性能优良，比起一般的混凝土要好。 比较高，但是抗拉、抗冲击韧性、抗弯、抗改善纤维与水泥基之间的界面粘结：纤裂能力不行，研究的初衷就是如何提高这方维混凝土的失效与其界面粘结有着重要的面的能力，使其在建筑上能使用的更加有关系。陶粒和聚合物在改善界面粘结的性状效、更加安全。纤维混凝土，是以混凝土、时作用很大，适合的水灰比，加入不同比重水泥净浆、砂浆作为基体材料，所以又可以的硅灰和复合物也能调整界面结构，不同尺

[7]

称作纤维增强混凝土。纤维混凝土以非连续度和不同性质的纤维混合增强。

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掺入纤维后会使得混凝土的成本加大，性能也不够稳定。纤维一般用量大，其价格也高。混凝土中纤维掺加量大时，搅拌起来很困难，钢纤维容易暴露在外面，影响质量，影响施工进程，要想解决就要增加施工量，提高成本。钢纤维容易生锈，影响混凝土使用寿命和使用安全性。而玻璃纤维耐碱性差，在纤维增强混凝土领域中备受限制。由于钢纤维混凝土的价格高，阻挠了推广钢纤维普通混凝土路面，而且如果果施工不当，钢纤维的容易结团和裸露在混凝土路面的表面，钢纤维发生化学锈蚀，影响外观。

对混凝土用不同的纤维进行掺杂，使得混凝土具有多种相结构、多种组织成分，使得纤维在不同尺寸上形成非均匀的多层次结构。混凝土加入各种尺度和不同性质的纤维会使得其具有良好的综合性能，在水泥基中发挥各种不同尺寸纤维的综合效果，达到

[8]

性能上取长补短的作用。纤维的掺入，对混凝土的塑性收缩、干缩性、抗压强度、弯拉强度、韧性、冲击性、耐久性等基本性能起到改善作用。从国内外研究和运用的基本现状看，纤维混凝土技术的研究具有长远的经济效益和社会效益,应关注研究发展的动向。

参 考 文 献

[1]李继业,刘经强,徐羽白.特殊材料新型混凝土技

术[M].北京:化学工业出版社,2007

[2]林倩,吴飚.浅谈纤维混凝土[J].福建建材,

2011,(1) :30-32

[3]程庆国等.钢纤维混凝土本构理论的研究工程应用及发展[J].中国铁道科学,1999,20(2):1-8 [4]韩荣等.钢纤维混凝土抗拉性能试验研究[J].土木工程学报,2006,39(11):63-67

[5]刘永胜等.钢纤维混凝土力学性能和本构关系研

究[J].中国科技大学学报,2007,37(7):717-780 [6]胡金生等.钢纤维混凝土与聚丙烯纤维混凝土材

料冲击荷载下纤维增韧特性试验研究[J].建筑结构学报,2005,26(2) :101-103

[7]Wang Zhangshui. Research status and application

prospect of fiber reinforced concrete [R].Beijing：Air Force Engineering Design and Research Bureau,2006．

[8] He Dongqing ,Dong Zhihua. Impact resistance of

layered hybrid fiber reinforced concrete [J]. New Building Materials,2009

[9]Guo Fengzhe.Research on Durability Detection and

evaluation of existing reinforced concrete bridges[J]. Southwest Jiao Tong University,2005 [10]Yang Wenwen. Experimental study on mechanical

properties and durability of fiber reinforced concrete [J]. Shandong University,2012

Review of the present situation of the high reinforced concrete structure

Li Mengying

(North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou450000)

Abstract : Reinforced concrete has become an important material of modern engineering structure, widely used in various engineering structures. Through the analysis of the advantages and disadvantages of the reinforced concrete and the introduction of its development history, this paper discusses its application in production and life. New materials, new theory, new structure, new experimental method four different aspects from the analysis, the study shows that the new composite fiber concrete in nowadays and afterwards for quite a long period of time has significant effect, fiber concrete solves the deficiencies existing in the ordinary concrete. Along with the progress of science and technology, the research on the fiber concrete will continue to develop and innovate.

Keywords : Reinforced concrete；new materials；new structure；iber reinforced concrete； Development innovation

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掺入纤维后会使得混凝土的成本加大，性能也不够稳定。纤维一般用量大，其价格也高。混凝土中纤维掺加量大时，搅拌起来很困难，钢纤维容易暴露在外面，影响质量，影响施工进程，要想解决就要增加施工量，提高成本。钢纤维容易生锈，影响混凝土使用寿命和使用安全性。而玻璃纤维耐碱性差，在纤维增强混凝土领域中备受限制。由于钢纤维混凝土的价格高，阻挠了推广钢纤维普通混凝土路面，而且如果果施工不当，钢纤维的容易结团和裸露在混凝土路面的表面，钢纤维发生化学锈蚀，影响外观。

对混凝土用不同的纤维进行掺杂，使得混凝土具有多种相结构、多种组织成分，使得纤维在不同尺寸上形成非均匀的多层次结构。混凝土加入各种尺度和不同性质的纤维会使得其具有良好的综合性能，在水泥基中发挥各种不同尺寸纤维的综合效果，达到

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性能上取长补短的作用。纤维的掺入，对混凝土的塑性收缩、干缩性、抗压强度、弯拉强度、韧性、冲击性、耐久性等基本性能起到改善作用。从国内外研究和运用的基本现状看，纤维混凝土技术的研究具有长远的经济效益和社会效益,应关注研究发展的动向。

参 考 文 献

[1]李继业,刘经强,徐羽白.特殊材料新型混凝土技

术[M].北京:化学工业出版社,2007

[2]林倩,吴飚.浅谈纤维混凝土[J].福建建材,

2011,(1) :30-32

[3]程庆国等.钢纤维混凝土本构理论的研究工程应用及发展[J].中国铁道科学,1999,20(2):1-8 [4]韩荣等.钢纤维混凝土抗拉性能试验研究[J].土木工程学报,2006,39(11):63-67

[5]刘永胜等.钢纤维混凝土力学性能和本构关系研

究[J].中国科技大学学报,2007,37(7):717-780 [6]胡金生等.钢纤维混凝土与聚丙烯纤维混凝土材

料冲击荷载下纤维增韧特性试验研究[J].建筑结构学报,2005,26(2) :101-103

[7]Wang Zhangshui. Research status and application

prospect of fiber reinforced concrete [R].Beijing：Air Force Engineering Design and Research Bureau,2006．

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layered hybrid fiber reinforced concrete [J]. New Building Materials,2009

[9]Guo Fengzhe.Research on Durability Detection and

evaluation of existing reinforced concrete bridges[J]. Southwest Jiao Tong University,2005 [10]Yang Wenwen. Experimental study on mechanical

properties and durability of fiber reinforced concrete [J]. Shandong University,2012

Review of the present situation of the high reinforced concrete structure

Li Mengying

(North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou450000)

Abstract : Reinforced concrete has become an important material of modern engineering structure, widely used in various engineering structures. Through the analysis of the advantages and disadvantages of the reinforced concrete and the introduction of its development history, this paper discusses its application in production and life. New materials, new theory, new structure, new experimental method four different aspects from the analysis, the study shows that the new composite fiber concrete in nowadays and afterwards for quite a long period of time has significant effect, fiber concrete solves the deficiencies existing in the ordinary concrete. Along with the progress of science and technology, the research on the fiber concrete will continue to develop and innovate.

Keywords : Reinforced concrete；new materials；new structure；iber reinforced concrete； Development innovation

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mdmf.html