水工混凝土结构设计若干问题研究

张锐

摘要：现阶段，随着我建筑工程发展十分迅速，而水工混凝土结构设计是工程建设的重点内容，直接决定着整体质量的好坏。设计的内容就是要把各个环节紧密的结合在一起，在全面检查、科学管理、安全规范的条件下施工，这样才能达到最后的建设目标。随着经济的发展，用途范围更加的广泛，要想在普遍使用中取得良好的效果，就要进行科学合理的设计，有效地保障水工混凝土质量符合建设的要求。

关键词：水工混凝土；结构设计；问题

水工建筑本质上是水利工程的配套设施，主要用途是容纳水。水工建筑的结构设计深刻地影响着整个水工建筑工程的使用性能。水工混凝土结构具有以下特点：一是该结构跨度小、尺寸大，两者之间难以找到合适的平衡点。二是水工混凝土的部分结构耐久性较差。三是配筋率通常情况下小于混凝土结构设计中的最小值，但是数值仍然非常高。四是对钢筋的要求高，需要使用温度钢筋。因为体积过大的混凝土结构水泥水化热也比较大，当内外温度差异达到一定数值的时候，混凝土结构就会出现裂缝。

1水工混凝土结构设计的基本原则

水工混凝土结构设计的最大承载能力水工混凝土结构的最大承载能力是指所用材料的强度以及刚度无法荷载巨大的破坏压力，以至于水工混凝土結构的内部钢筋构件发生严重的变形，无法达到承载要求。水工建筑一般是用作挡水以及蓄水的用途，在此情况下，由于庞大的水量会产生巨大的压迫力和冲击力，对水工混凝土结构的损害非常严重。因此，设计人员在设计的时候，要充分考虑到上述的情况，合理设置水工混凝土结构的最大荷载以及抗压能力参数，将受压破坏极限值作为设计根据，最大拉力必须低于应力限值，合理设定水工混凝土结构的应力约束极限状态，统筹兼顾结构中的所有不确定因素，科学计算水工混凝土结构的不连续点，争取杜绝裂缝的出现。

2混凝土结构设计常见现状

2.1高强度钢筋的替换问题

根据国家的标准要求，为了保证框架的塑性铰发生在梁内，不应该用高强度的钢筋替换原来设计中的材料。如果非要执行的时候要按照钢筋抗拉力设计值相等的原则进行替换，这样才不会影响到正常的使用。当构件受到裂缝宽度的影响时，代替的时候必须进行严格的计算，要保证不会因此出现安全问题，满足建设的需求。要满足设计规定的间距、锚固长度、最小直径、搭接长度等要求，防止因为疏忽给工程造成巨大的影响。高强度的钢筋虽然质量各方面都比较好，但是使用的时候要考虑到是否符合要求。

2.2高标号抗磨砼的使用

水工砼的主要过流面，包括溢流坝面、泄洪、冲砂闸底板，有压泄洪隧洞等由于受高速掺沙高速水流的冲刷、磨蚀，往往出现砼面磨损、钢筋外露甚至冲坑和砼断裂，严重影响水工建筑物的安全运行。根据类似工程的经验，提高砼标号，提高粗细骨料的抗压强度，加强砼浇筑工艺控制以及适当添加外加剂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够的强度外，还应有较好的韧性，收缩量小等特点。

2.3配筋率的问题

在水工混凝土结构设计过程当中，设计人员重点要考虑的问题有两个，第一个是上述的裂缝控制问题，第二个就是控制配筋率的问题。目前，由于技术的限制，我国水工混凝土结构的最小配筋率问题一直难以得到有效的解决，缺乏具体的判断标准，也没有经过业内统一定义的准则。通常情况下，水工混凝土结构的构件尺寸与配筋数值成正比例，并且有大部分的理论都违背了MMCR=MU的设计原则。实践证明，根据截面极限内力变化参数来配置，可以有效解决配筋率的问题。

3混凝土结构施工工艺

3.1混凝土的振捣

由于工程量巨大，所以振捣的工作非常艰巨，不同的浇筑部件需要采用不同类型的振捣工具。包括插入式振捣器、平板式振捣器、附着式振捣器等，在工作中要和模板保持一定的距离，防止产生模具共振影响混凝土整体的质量。在处理分层混凝土振捣处理的时候，保证插入式振捣器可以连接到不同的层次，进行整体的融合，在分片工作的时候要进行重复的振捣保证结构表面被完全的覆盖。砼浇筑过程中，发现下沉运动停止，没有气泡产生，表面光滑，振捣器的声音频率趋于稳定，这些现象表明混凝土已经均匀完整的覆盖在结构上，可以停在振捣了。

3.2温湿度计算

温湿度计算具有明显的水工特色。在现代不少水工中，都会有温度裂缝的出现，但目前的规范中并没有相关具体规定，对于大体积的混凝土温度计算主要是温度场计算、应力计算，混凝土抗裂性验算与当不满足抗裂时，配筋以及限制裂缝宽度。对于温度场与应力的计算可以采用有限元、差分法进行求解，在应力计算时需要加入由于混凝土徐变而引起的应力松驰。在目前的规范中将弹性温度应力一般折减35%，稍显粗略。水工专家综合了多组大型水工混凝土的徐变试验数据，在优化后，已经提出适合于不同工程的徐变计算公式，并在不同的配比下，松驰系数的实用表格，通过对计算值与试验值进行比较，二者的误差在10%以内。

3.3混凝土变形控制

变形是最常见的问题，这是由各个方面的影响造成的，要想避免这种情况的出现应该做好防护措施。设计的时候要对断面进行抗裂、超载、施工的验算，做好整体的强度控制，混凝土的构成材料要经过专业部门和技术人员的检测，确定否符合建筑的要求。不同的构成成分要保持在一定的比率中，存在不符合标准的情况要及时的处理。浇筑的过程要一气呵成，如果中间出现恶劣的天气造成温度湿度的变化，要把发生的变化考虑进去，做好整体的调整，防止形成漏浆或者建筑构件坍塌的情况。做好变形控制工作可以保证最后建筑物的成形和设计的理念保持一致。

4结语

水工混凝土受到各种影响会出现很多的问题，要采用正确的解决办法才能保证建筑物的质量。目前我国在结构设计方面遇到各种技术难题，要不断的进行钻研探究，才能攻克这个难关，实现工作突破性的进展。要结合实际的情况对水工混凝土结构进行改进，保证朝着科学发展的方向前进。

参考文献：

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[3]武海荣.混凝土结构耐久性环境区划与耐久性设计方法[D].杭州：浙江大学，2015.

（作者单位：河北省水利水电勘测设计研究院）