大吊車荷載對裂縫長期作用影響擴大系數取值分析

□任獻坤 申 浩 周立欣

核電現場施工過程中，核電設備及模塊的吊裝作業伴隨核島、常規島整個建安施工階段。以往核電項目的常規做法是在大件吊裝完成后再進行二次開挖施工地下溝道，或采取臨時加固措施，無需在設計階段考慮大件吊裝荷載作用對溝道的影響。為縮短施工周期、降低總承包成本、提供完整的地上施工作業面，我國三代核電一次性施工完成地下溝道，回填后不再進行二次開挖。因此對地下溝道在大件吊裝荷載作用下的結構設計進行深入研究，既可以保證吊裝作業時大吊車的安全運行，又可以保證溝道設計合理適用、安全經濟。

一、溝道及大吊車荷載特點

地下溝道分布于整個廠區，連接各個子項，且結構形式均為現澆鋼筋混凝土溝道，絕大部分為方形。所以，本文主要研究對象為現澆鋼筋混凝土方形溝道。

大吊車荷載主要的對地壓強區間：150KN/m2～500KN/m2之間，實際設計中控制荷載應取包含大吊車荷載工況的施工階段設計組合和其他使用階段設計組合的較大值。

二、大吊車荷載對溝道影響

根據我國三代核電堆型的相關溝道統計，在設計中總荷載占比如表1所示。

表1 大吊車荷載在溝道設計總荷載中占比

由表1統計可知，大吊車荷載在溝道設計總荷載中占比較高，所以準確地分析吊車荷載對溝道的影響，對應保證溝道設計安全、經濟，保證大吊車吊裝階段的安全很有必要。

由此可知，為保證溝道的安全性，首先就要保證其正常使用極限狀態下的最大裂縫寬度能夠滿足在設計使用年限中的耐久性要求。

三、溝道裂縫取值分析

(一)最大裂縫計算方法：根據混凝土結構設計規范[1]條文說明7.1.2條。構件最大裂縫寬度基本公式為

ωmax=τlτsωm

式中：

ωm：平均裂縫寬度

τl：長期作用影響的擴大系數

τs：短期裂縫擴大系數

根據實驗結果，規范給出考慮長期作用影響的擴大系數τl=1.5。

(二)大吊車荷載工況下取值分析。以耗時最長的核電廠穹頂吊裝為例，吊裝過程耗時如表2所示。

表2 穹頂吊裝過程及耗時

由表2統計可知，吊裝耗時保守取值僅為2天，大吊車荷載作用時間較短，直接按照規范規定取τl=1.5，顯然較為保守。

圖1 平均裂縫寬度變化曲線圖

南京工學院(現東南大學)為研究長期荷載下鋼筋混凝土梁裂縫寬度的增長，從1965年12月～1972年12月，連續進行了兩批鋼筋混凝土梁的長期荷載作用下的試驗。此試驗結果被89規范采用，并沿用至今[2]。平均裂縫寬度變化曲線如圖1所示。

由試驗數據可知，由吊車荷載長期作用引起的裂縫增長可忽略不計，所以裂縫計算時考慮長期作用影響的擴大系數可取τl=1.0。

四、計算結果對比

根據核電現場實情況，以跨度為3m，壁厚400mm溝道為例，混凝土等級C35，鋼筋采用HRB400級，路基箱寬度為3m，大吊車荷載為217KN/m2，大吊車路基箱對地壓力為40t/m2，溝道埋深6m，土容重為20kN/m3，正常使用階段活荷載10kN/m3。

根據不同τl取值,可以得到不同配筋結果，對比分析如表3所示。

表3 配筋結果分析

其他情況不變，大吊車荷載為42KN/m2，大吊車路基箱對地壓力為15t/m2，溝道埋深3m時，對比分析如表4所示。

表4 配筋結果分析

由試算可得出，在同等條件下，采用新的裂縫計算方法后，經濟性有一定提高，大吊車荷載產生的附加應力越大，經濟性提高越明顯。

五、結語

一是直接采用規范規定τl=1.5，偏于保守，不符合實際情況。二是根據平均裂縫寬度變化曲線取τl=1.0，可以保證裂縫控制在安全范圍內。三是在短時大吊車荷載影響下，溝道裂縫放大系數τl=1.0,可以兼顧安全性和經濟性。