水運(yùn)工程配筋設(shè)計(jì)受到鋼筋升級(jí)的影響

李楠

【摘 要】隨著社會(huì)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，鋼絞線、鋼絲和配筋等混凝土結(jié)構(gòu)施工中常用到的材料有了很大的性能提升。水運(yùn)工程的鋼筋設(shè)計(jì)一般要按照截面的彎矩和裂縫的寬度要求來，如果鋼筋升級(jí)了，那么鋼筋強(qiáng)度會(huì)增加。這就表明在工程中會(huì)減少了鋼筋的用量，同時(shí)對(duì)總的工程建設(shè)成本也有影響，配筋設(shè)計(jì)也因此會(huì)受到較大影響。

【關(guān)鍵詞】水運(yùn)工程 配筋設(shè)計(jì) 鋼筋升級(jí) 影響

隨著社會(huì)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，鋼絞線、鋼絲和配筋等混凝土結(jié)構(gòu)施工中常用到的材料有了很大的性能提升。在水運(yùn)工程中，要確保做到環(huán)保節(jié)能，鋼筋的用量要盡量降低。在當(dāng)前的形勢(shì)下，國家要確保建筑業(yè)和鋼鐵工業(yè)能進(jìn)行順利轉(zhuǎn)型，因此從2012年開始要求將HRP400及以上鋼筋作為在交通、鐵路和水利等建筑工程中的首選產(chǎn)品。在水運(yùn)工程建設(shè)中要遵循國家頒布的《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，普通混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋在使用時(shí)要以HRB400和HRB500級(jí)的鋼筋作為首選。對(duì)水運(yùn)工程中的配筋設(shè)計(jì)受到鋼筋升級(jí)的影響進(jìn)行積極的研究，對(duì)水運(yùn)工程的質(zhì)量提高和施工單位的經(jīng)濟(jì)效益提升具有重要的影響。

1水運(yùn)工程配筋設(shè)計(jì)受到鋼筋升級(jí)的影響

國家在2012年頒布實(shí)施的《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)中使用的鋼筋有著明確的規(guī)定，傳統(tǒng)的HRP335和HRP135級(jí)鋼筋不能再應(yīng)用到水運(yùn)工程中，水運(yùn)工程應(yīng)使用HRB400級(jí)和HRB500級(jí)鋼筋，這就表明在水運(yùn)工程施工中應(yīng)用的鋼筋在強(qiáng)度上有了很大的提高。所以，在水運(yùn)工程建筑中，鋼筋的用量可以在一些以受力為主的構(gòu)件中進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p少。這能為施工單位節(jié)省很大一部分的成本投入，將因鋼筋過于密集而導(dǎo)致的施工振搗難度加大問題進(jìn)行了有效的緩解，對(duì)于水運(yùn)工程整體施工質(zhì)量的提高意義重大。在設(shè)計(jì)水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)物時(shí)一般要根據(jù)裂縫的寬度和截面的彎矩來進(jìn)行，面板和梁是水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)物的兩大重要體系結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中可以分別通過一個(gè)簡單的算例，分析水運(yùn)工程配筋設(shè)計(jì)因?yàn)殇摻钌?jí)而產(chǎn)生的一些影響。[1]

2面板體系

一般來說，在沉箱、船閘底部、空箱、底板、高樁梁板碼頭等面板部位需要使用面板體系。在水運(yùn)工程中，船閘是比較常見的水工結(jié)構(gòu)物，當(dāng)前常見的船閘形式為閘首式，閘室和上下閘首構(gòu)成了船閘的主體結(jié)構(gòu)，閘室底板和閘首是配筋設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部位。在本文中，以設(shè)計(jì)某船閘為例進(jìn)行論述，討論配筋設(shè)計(jì)受到鋼筋升級(jí)的影響。對(duì)于該船閘來說，其首口門的寬度為18米，地基是粉質(zhì)的黏土類型，承載力的特征值約是180kpa，閘首底板的混凝土等級(jí)強(qiáng)度是C25，厚度是2.5米，如下圖1所示。

施工寬縫和控制墻后的速率及回填時(shí)間采用相關(guān)的施工措施后，計(jì)算得知，閘首的面層跨中彎矩標(biāo)準(zhǔn)值是2750千牛米，設(shè)計(jì)值是3575千牛米。計(jì)算裂縫開展寬度和閘首的底板抗彎如下所示：

計(jì)算配筋的彎矩。根據(jù)JTS[2]，閘首底板計(jì)算時(shí)要按照正截面受彎構(gòu)件的方式進(jìn)行，用HRB400和HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，分別需要49.31平方米和41.29平方米的配筋面積。采用三級(jí)鋼時(shí)能比采用二級(jí)鋼時(shí)節(jié)省16.3%的鋼筋，這樣能節(jié)約15.9%的投資。

計(jì)算配筋的裂縫開展寬度。根據(jù)JTS[2]，閘首底板的位置一般是在淡水水下區(qū)域，為三級(jí)裂縫控制等級(jí)，0.4毫米的最大裂縫寬度限值。T形、鋼筋混凝土矩形、倒T形、受彎、I形和偏心受壓構(gòu)件的最大裂縫寬度可以如下計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：

式中的α1表示構(gòu)件的受力特征系數(shù)，α2表示鋼筋表面形狀影響系數(shù)，α3表示準(zhǔn)永久組合或重復(fù)荷載影響系數(shù)，Eg表示鋼筋的彈性模量，c表示鋼筋縱向受拉的配筋率，αs表示構(gòu)件從縱向上受到的應(yīng)力。矩形受彎構(gòu)件的計(jì)算公式如下：

式中的Mq表示按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算的彎矩值，As表示縱向鋼筋受拉區(qū)的截面面積，Ho表示截面的有效高度。當(dāng)閘首底板面層配筋時(shí)，按照49.31平方米和41.29平方米的配筋面積進(jìn)行。用二級(jí)或是三級(jí)鋼進(jìn)行配筋時(shí)，直徑為25，每米分別為10根、8.4根，分別為0.35毫米和0.43毫米的裂縫開展寬度。通過上面的計(jì)算知，配筋時(shí)要根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)受力來進(jìn)行，鋼筋強(qiáng)度隨著鋼筋升級(jí)而提高，雖然減少了配筋量，但是裂縫開展寬度卻不符合要求。三級(jí)鋼的配筋按照等面積代換，可調(diào)整為三級(jí)鋼每米直徑22毫米，10.9根，或者是三級(jí)鋼每米直徑20毫米，13.2根，分別將裂縫開展寬度設(shè)計(jì)為0.41毫米和0.39毫米。若是裂縫開展寬度不能合乎規(guī)范，要減小裂縫開展寬度，需要將鋼筋直徑進(jìn)行較小或是將鋼筋的根數(shù)進(jìn)行增加，這種處理方法的效果可能不夠理想，僅僅用于處于臨界狀況的裂縫計(jì)算寬度。施工中將鋼筋直徑進(jìn)行過度減小或是將鋼筋的根數(shù)進(jìn)行增加都會(huì)帶來困難。[3]

3梁體系

在高樁梁板碼頭的橫縱梁、軌道梁中被廣泛應(yīng)用，在本文中以某一高樁梁板碼頭作為例子，在設(shè)計(jì)時(shí)該碼頭要?？?0萬噸級(jí)的舾裝船，每排間的距離為7米，門機(jī)梁采用的也是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，含面板的梁高度為2.3米。經(jīng)過計(jì)算可得，該梁最大的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值是2300千牛，設(shè)計(jì)彎矩的數(shù)值為2990千牛。計(jì)算時(shí)要按照正截面受彎構(gòu)件進(jìn)行，當(dāng)采用HRB4000級(jí)或是HRB335級(jí)鋼筋時(shí)，分別需要45.68平方米和38.26平方米的配筋面積。通過上面的配筋面積計(jì)算，需要配置二級(jí)和三級(jí)鋼數(shù)量為9.3根和7.8根，直徑為25毫米。根據(jù)JTS[1]，門梁機(jī)所處的位置是水位變動(dòng)區(qū)，為三級(jí)裂縫控制，裂縫的最大寬度限值是0.25毫米。所以上述的鋼筋配置不能滿足裂縫開展寬度的要求，裂縫開展寬度限值控制著配筋，而不是用彎矩進(jìn)行控制。對(duì)于鋼筋來說，影響裂縫開展寬度計(jì)算的因素，與縱向受拉鋼筋的實(shí)際應(yīng)力、鋼筋的彈性模量、鋼筋的表面形狀有關(guān)系。鋼筋本身的強(qiáng)度和其無關(guān)，對(duì)于HRB400、HRB335和HRB500來說，鋼筋具有相同的彈性模量，所以配筋結(jié)構(gòu)由裂縫開展寬度控制的，單純將鋼筋強(qiáng)度提高并不能將鋼筋的用量減小。就本例來說，當(dāng)鋼筋將配筋量調(diào)整為直徑25毫米的10根鋼筋時(shí)，能減小0.25毫米的裂縫寬度，達(dá)到規(guī)定要求。所以不管是HRB335級(jí)還是HRB500級(jí)鋼筋，在配置過程中只要直徑和鋼筋的根數(shù)相同，就具有相同的裂縫開展寬度。

4配筋

在寬度、彎矩和截面高度等集合參數(shù)相同的情況下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的帶肋鋼筋其裂縫開展寬度和鋼筋的強(qiáng)度沒有關(guān)系，只和鋼筋的根數(shù)及直徑有關(guān)。在水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)中，在最小配筋率不受配筋的控制下，裂縫開展寬度和結(jié)構(gòu)內(nèi)力同時(shí)限制了配筋量，裂縫開展寬度限值對(duì)海港結(jié)構(gòu)要求更為嚴(yán)格。在此種情況中，裂縫鋒開展寬度控制了配筋量。在鋼筋的使用過程中，降低用鋼量不能依靠提高鋼筋級(jí)別來實(shí)現(xiàn)，這樣容易造成工程投資的增加。HPB235和HRB335鋼筋正在被國家逐步淘汰，水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物如果能選擇預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)那么優(yōu)先進(jìn)行選擇，來達(dá)到鋼筋強(qiáng)度由配筋量和裂縫開展來控制的目的，從而將鋼筋用量進(jìn)行節(jié)約。

5結(jié)語

在本文中對(duì)水運(yùn)工程中配筋設(shè)計(jì)受到鋼筋升級(jí)的影響進(jìn)行了分析，裂縫開展寬度對(duì)水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)中的配筋量進(jìn)行了限制，而鋼筋直徑和根數(shù)對(duì)裂縫開展寬度有著直接的關(guān)系，而與升級(jí)后的鋼筋強(qiáng)度沒有關(guān)系。水運(yùn)工程施工單位在鋼筋升級(jí)后無法通過降低鋼筋用量來實(shí)現(xiàn)節(jié)約材料的目的，所以在整個(gè)水運(yùn)工程的配筋設(shè)計(jì)中不要過分對(duì)鋼筋強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)調(diào)。

參考文獻(xiàn)：

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[2] JTS151-2011水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]沈建霞.鋼筋升級(jí)對(duì)水運(yùn)工程配筋設(shè)計(jì)的影響[J].水運(yùn)工程，2014，（08）.