水運工程配筋設(shè)計受到鋼筋升級的影響

李楠

【摘 要】隨著社會的發(fā)展和時代的進步，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。水運工程的鋼筋設(shè)計一般要按照截面的彎矩和裂縫的寬度要求來，如果鋼筋升級了，那么鋼筋強度會增加。這就表明在工程中會減少了鋼筋的用量，同時對總的工程建設(shè)成本也有影響，配筋設(shè)計也因此會受到較大影響。

【關(guān)鍵詞】水運工程 配筋設(shè)計 鋼筋升級 影響

隨著社會的發(fā)展和時代的進步，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)前的形勢下，國家要確保建筑業(yè)和鋼鐵工業(yè)能進行順利轉(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。在水運工程建設(shè)中要遵循國家頒布的《水運工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，普通混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋在使用時要以HRB400和HRB500級的鋼筋作為首選。對水運工程中的配筋設(shè)計受到鋼筋升級的影響進行積極的研究，對水運工程的質(zhì)量提高和施工單位的經(jīng)濟效益提升具有重要的影響。

1水運工程配筋設(shè)計受到鋼筋升級的影響

國家在2012年頒布實施的《水運工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中對水運工程結(jié)構(gòu)中使用的鋼筋有著明確的規(guī)定，傳統(tǒng)的HRP335和HRP135級鋼筋不能再應(yīng)用到水運工程中，水運工程應(yīng)使用HRB400級和HRB500級鋼筋，這就表明在水運工程施工中應(yīng)用的鋼筋在強度上有了很大的提高。所以，在水運工程建筑中，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行了有效的緩解，對于水運工程整體施工質(zhì)量的提高意義重大。在設(shè)計水運工程結(jié)構(gòu)物時一般要根據(jù)裂縫的寬度和截面的彎矩來進行，面板和梁是水運工程結(jié)構(gòu)物的兩大重要體系結(jié)構(gòu)，在實際應(yīng)用中可以分別通過一個簡單的算例，分析水運工程配筋設(shè)計因為鋼筋升級而產(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)計中的關(guān)鍵部位。在本文中，以設(shè)計某船閘為例進行論述，討論配筋設(shè)計受到鋼筋升級的影響。對于該船閘來說，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強度是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間采用相關(guān)的施工措施后，計算得知，閘首的面層跨中彎矩標(biāo)準(zhǔn)值是2750千牛米，設(shè)計值是3575千牛米。計算裂縫開展寬度和閘首的底板抗彎如下所示：

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

計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，為三級裂縫控制等級，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算公式進行計算：

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)件的計算公式如下：

式中的Mq表示按荷載準(zhǔn)永久組合計算的彎矩值，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，按照49.31平方米和41.29平方米的配筋面積進行。用二級或是三級鋼進行配筋時，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。通過上面的計算知，配筋時要根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)受力來進行，鋼筋強度隨著鋼筋升級而提高，雖然減少了配筋量，但是裂縫開展寬度卻不符合要求。三級鋼的配筋按照等面積代換，可調(diào)整為三級鋼每米直徑22毫米，10.9根，或者是三級鋼每米直徑20毫米，13.2根，分別將裂縫開展寬度設(shè)計為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，需要將鋼筋直徑進行較小或是將鋼筋的根數(shù)進行增加，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算寬度。施工中將鋼筋直徑進行過度減小或是將鋼筋的根數(shù)進行增加都會帶來困難。[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)計時該碼頭要停靠30萬噸級的舾裝船，每排間的距離為7米，門機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)過計算可得，該梁最大的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值是2300千牛，設(shè)計彎矩的數(shù)值為2990千牛。計算時要按照正截面受彎構(gòu)件進行，當(dāng)采用HRB4000級或是HRB335級鋼筋時，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算，需要配置二級和三級鋼數(shù)量為9.3根和7.8根，直徑為25毫米。根據(jù)JTS[1]，門梁機所處的位置是水位變動區(qū)，為三級裂縫控制，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，而不是用彎矩進行控制。對于鋼筋來說，影響裂縫開展寬度計算的因素，與縱向受拉鋼筋的實際應(yīng)力、鋼筋的彈性模量、鋼筋的表面形狀有關(guān)系。鋼筋本身的強度和其無關(guān)，對于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，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級還是HRB500級鋼筋，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度沒有關(guān)系，只和鋼筋的根數(shù)及直徑有關(guān)。在水運工程結(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)力同時限制了配筋量，裂縫開展寬度限值對海港結(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別來實現(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)先進行選擇，來達(dá)到鋼筋強度由配筋量和裂縫開展來控制的目的，從而將鋼筋用量進行節(jié)約。

5結(jié)語

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

參考文獻：

[1]毛新瑩.提高水運工程設(shè)計的工作質(zhì)量方法研究[J].中國水運，2014，（07）.

[2] JTS151-2011水運工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]沈建霞.鋼筋升級對水運工程配筋設(shè)計的影響[J].水運工程，2014，（08）.