水工混凝土結構設計若干問題研究

張銳

摘要：現階段，隨著我建筑工程發展十分迅速，而水工混凝土結構設計是工程建設的重點內容，直接決定著整體質量的好壞。設計的內容就是要把各個環節緊密的結合在一起，在全面檢查、科學管理、安全規范的條件下施工，這樣才能達到最后的建設目標。隨著經濟的發展，用途范圍更加的廣泛，要想在普遍使用中取得良好的效果，就要進行科學合理的設計，有效地保障水工混凝土質量符合建設的要求。

關鍵詞：水工混凝土；結構設計；問題

水工建筑本質上是水利工程的配套設施，主要用途是容納水。水工建筑的結構設計深刻地影響著整個水工建筑工程的使用性能。水工混凝土結構具有以下特點：一是該結構跨度小、尺寸大，兩者之間難以找到合適的平衡點。二是水工混凝土的部分結構耐久性較差。三是配筋率通常情況下小于混凝土結構設計中的最小值，但是數值仍然非常高。四是對鋼筋的要求高，需要使用溫度鋼筋。因為體積過大的混凝土結構水泥水化熱也比較大，當內外溫度差異達到一定數值的時候，混凝土結構就會出現裂縫。

1水工混凝土結構設計的基本原則

水工混凝土結構設計的最大承載能力水工混凝土結構的最大承載能力是指所用材料的強度以及剛度無法荷載巨大的破壞壓力，以至于水工混凝土結構的內部鋼筋構件發生嚴重的變形，無法達到承載要求。水工建筑一般是用作擋水以及蓄水的用途，在此情況下，由于龐大的水量會產生巨大的壓迫力和沖擊力，對水工混凝土結構的損害非常嚴重。因此，設計人員在設計的時候，要充分考慮到上述的情況，合理設置水工混凝土結構的最大荷載以及抗壓能力參數，將受壓破壞極限值作為設計根據，最大拉力必須低于應力限值，合理設定水工混凝土結構的應力約束極限狀態，統籌兼顧結構中的所有不確定因素，科學計算水工混凝土結構的不連續點，爭取杜絕裂縫的出現。

2混凝土結構設計常見現狀

2.1高強度鋼筋的替換問題

根據國家的標準要求，為了保證框架的塑性鉸發生在梁內，不應該用高強度的鋼筋替換原來設計中的材料。如果非要執行的時候要按照鋼筋抗拉力設計值相等的原則進行替換，這樣才不會影響到正常的使用。當構件受到裂縫寬度的影響時，代替的時候必須進行嚴格的計算，要保證不會因此出現安全問題，滿足建設的需求。要滿足設計規定的間距、錨固長度、最小直徑、搭接長度等要求，防止因為疏忽給工程造成巨大的影響。高強度的鋼筋雖然質量各方面都比較好，但是使用的時候要考慮到是否符合要求。

2.2高標號抗磨砼的使用

水工砼的主要過流面，包括溢流壩面、泄洪、沖砂閘底板，有壓泄洪隧洞等由于受高速摻沙高速水流的沖刷、磨蝕，往往出現砼面磨損、鋼筋外露甚至沖坑和砼斷裂，嚴重影響水工建筑物的安全運行。根據類似工程的經驗，提高砼標號，提高粗細骨料的抗壓強度，加強砼澆筑工藝控制以及適當添加外加劑是有效提高砼抗磨能力的有效手段，使交付使用的砼除具有足夠的強度外，還應有較好的韌性，收縮量小等特點。

2.3配筋率的問題

在水工混凝土結構設計過程當中，設計人員重點要考慮的問題有兩個，第一個是上述的裂縫控制問題，第二個就是控制配筋率的問題。目前，由于技術的限制，我國水工混凝土結構的最小配筋率問題一直難以得到有效的解決，缺乏具體的判斷標準，也沒有經過業內統一定義的準則。通常情況下，水工混凝土結構的構件尺寸與配筋數值成正比例，并且有大部分的理論都違背了MMCR=MU的設計原則。實踐證明，根據截面極限內力變化參數來配置，可以有效解決配筋率的問題。

3混凝土結構施工工藝

3.1混凝土的振搗

由于工程量巨大，所以振搗的工作非常艱巨，不同的澆筑部件需要采用不同類型的振搗工具。包括插入式振搗器、平板式振搗器、附著式振搗器等，在工作中要和模板保持一定的距離，防止產生模具共振影響混凝土整體的質量。在處理分層混凝土振搗處理的時候，保證插入式振搗器可以連接到不同的層次，進行整體的融合，在分片工作的時候要進行重復的振搗保證結構表面被完全的覆蓋。砼澆筑過程中，發現下沉運動停止，沒有氣泡產生，表面光滑，振搗器的聲音頻率趨于穩定，這些現象表明混凝土已經均勻完整的覆蓋在結構上，可以停在振搗了。

3.2溫濕度計算

溫濕度計算具有明顯的水工特色。在現代不少水工中，都會有溫度裂縫的出現，但目前的規范中并沒有相關具體規定，對于大體積的混凝土溫度計算主要是溫度場計算、應力計算，混凝土抗裂性驗算與當不滿足抗裂時，配筋以及限制裂縫寬度。對于溫度場與應力的計算可以采用有限元、差分法進行求解，在應力計算時需要加入由于混凝土徐變而引起的應力松馳。在目前的規范中將彈性溫度應力一般折減35%，稍顯粗略。水工專家綜合了多組大型水工混凝土的徐變試驗數據，在優化后，已經提出適合于不同工程的徐變計算公式，并在不同的配比下，松馳系數的實用表格，通過對計算值與試驗值進行比較，二者的誤差在10%以內。

3.3混凝土變形控制

變形是最常見的問題，這是由各個方面的影響造成的，要想避免這種情況的出現應該做好防護措施。設計的時候要對斷面進行抗裂、超載、施工的驗算，做好整體的強度控制，混凝土的構成材料要經過專業部門和技術人員的檢測，確定否符合建筑的要求。不同的構成成分要保持在一定的比率中，存在不符合標準的情況要及時的處理。澆筑的過程要一氣呵成，如果中間出現惡劣的天氣造成溫度濕度的變化，要把發生的變化考慮進去，做好整體的調整，防止形成漏漿或者建筑構件坍塌的情況。做好變形控制工作可以保證最后建筑物的成形和設計的理念保持一致。

4結語

水工混凝土受到各種影響會出現很多的問題，要采用正確的解決辦法才能保證建筑物的質量。目前我國在結構設計方面遇到各種技術難題，要不斷的進行鉆研探究，才能攻克這個難關，實現工作突破性的進展。要結合實際的情況對水工混凝土結構進行改進，保證朝著科學發展的方向前進。

參考文獻：

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（作者單位：河北省水利水電勘測設計研究院）