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構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成本也有影響，配筋設計也因此會受到較大影響。

【關鍵詞】水運工程 配筋設計 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構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。在水運工程建設中要遵循國家頒布的《水運工程混凝土結構設計規(guī)范》，普通混凝土結構鋼筋在使用時要以HRB400和HRB500級的鋼筋作為首選。對水運工程中的配筋設計受到鋼筋升級的影響進行積極的研究，對水運工程的質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《水運工程混凝土結構設計規(guī)范》中對水運工程結構中使用的鋼筋有著明確的規(guī)定，傳統(tǒng)的HRP335和HRP135級鋼筋不能再應用到水運工程中，水運工程應使用HRB400級和HRB500級鋼筋，這就表明在水運工程施工中應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件中進行適當?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量的提高意義重大。在設計水運工程結構物時一般要根據(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構物的兩大重要體系結構，在實際應用中可以分別通過一個簡單的算例，分析水運工程配筋設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構物，當前常見的船閘形式為閘首式，閘室和上下閘首構成了船閘的主體結構，閘室底板和閘首是配筋設計中的關鍵部位。在本文中，以設計某船閘為例進行論述，討論配筋設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的施工措施后，計算得知，閘首的面層跨中彎矩標準值是2750千牛米，設計值是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表示準永久組合或重復荷載影響系數(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表示構件從縱向上受到的應力。矩形受彎構件的計算公式如下：

式中的Mq表示按荷載準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)具體的結構受力來進行，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、軌道梁中被廣泛應用，在本文中以某一高樁梁板碼頭作為例子，在設計時該碼頭要停靠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構，含面板的梁高度為2.3米。經(jīng)過計算可得，該梁最大的彎矩標準值是2300千牛，設計彎矩的數(shù)值為2990千牛。計算時要按照正截面受彎構件進行，當采用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力、鋼筋的彈性模量、鋼筋的表面形狀有關系。鋼筋本身的強度和其無關，對于HRB400、HRB335和HRB500來說，鋼筋具有相同的彈性模量，所以配筋結構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，鋼筋混凝土結構中的帶肋鋼筋其裂縫開展寬度和鋼筋的強度沒有關系，只和鋼筋的根數(shù)及直徑有關。在水運工程結構中，在最小配筋率不受配筋的控制下，裂縫開展寬度和結構內(nèi)力同時限制了配筋量，裂縫開展寬度限值對海港結構要求更為嚴格。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構物如果能選擇預應力結構那么優(yōu)先進行選擇，來達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結語

在本文中對水運工程中配筋設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構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系，而與升級后的鋼筋強度沒有關系。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.提高水運工程設計的工作質量方法研究[J].中國水運，2014，（07）.

[2] JTS151-2011水運工程混凝土結構設計規(guī)范[S].

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