水工建筑物墩墙温度应力分析与抗裂暗梁的设计研究.pdf

'第34卷第8期华电技术Vo1．34No．82012年8月HuadianTechnologyAug．2012水工建筑物墩墙温度应力分析与抗裂暗梁的设计研究杨俊敬，康立荣，朱庆华(江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏扬州225009)摘要：针对水闸、船闸等水工建筑物墩墙混凝土裂缝难以通过施工工艺有效控制的现状，通过对墩墙温度应力的计算分析，阐明了抗裂设计的必要性，探讨了抗裂暗梁的设计方法。工程实施结果表明，合理配置墩墙抗裂暗梁，可有效控制混凝土裂缝尤其是贯穿性裂缝的发生，是一种作用比较明显的抗裂设计措施。关键词：水工建筑物；墩墙；混凝土裂缝；温度应力；暗梁；抗裂设计中图分类号：TV698．231文献标志码：A文章编号：1674—1951(2012)08—0005—03范虽然允许结构按所处环境条件存在一定宽度的裂O引言缝，但在施工中应尽量采取有效措施来控制裂缝产水闸、泵站和船闸为常见水工建筑物，其墩墙底生，使结构尽可能不出现裂缝或尽量减少裂缝的数部在温度应力及底板约束应力作用下，易出现贯穿性量和宽度，尤其要尽量避免有害裂缝的出现，从而确裂缝。特别在施工中广泛采用泵送混凝土施工工艺保工程质量。后，防裂问题变得更加棘手和突出I2J。目前，有关在目前水利与水运钢筋混凝土结构设计规范混凝土抗裂的研究和措施相当多，但普遍着重于施工中，分别编制了混凝土温度应力计算方法，2种规范工艺方面-5}，比如混凝土的施工配合比、施工分层的规定要求不完全一致。现以南水北调某工程船闸方法等。施工中虽然采取了一些抗裂措施，墩墙仍出导航墙为实例进行计算，该节墩墙长22．0rn，高现一定数量的贯穿性裂缝，一些墩墙的配筋率虽然达10．0m，厚0．7m，混凝土强度等级为C25，水泥采用到甚至超过了规范的要求，还仍有裂缝发生，说P．042．5普通硅酸盐水泥，混凝土水泥用量为271明仅靠优化施工工艺和适当增加配筋率并不能控制kg／m。。根据工程经验，计算部位取距底板1／5墙墩墙裂缝，必须对抗裂设计构造采取有效措施，才能高，该部位容易出现裂缝。避免有害裂缝的出现，从而确保工程质量。1．1水运规范计算方法借鉴工业与民用建筑设计中的暗梁布置理根据JrJ252-1987(干船坞设计规范(水工结念，结合南水北调某工程船闸、节制闸的设计构)》E12]，浇筑于下层混凝土块体上的被约束混凝与施工建设，提出了墩墙配置暗梁抗裂的设计方案，土块体，可按下式近似计算其向中断面较大约束对墩墙抗裂设计的必要性、抗裂暗梁设计方法进行应力部位的约束应力了探讨，工程实施效果表明，该设计方法效果良好。E(△￡一△￡)／、o"i—，1墩墙温度应力计算式中：ot为混凝土线膨胀系数，oL=1×10；／z为泊墩墙裂缝的成因，主要是混凝土硬化期间水泥松比，=1／6；i为下层混凝土块体平均温度变化放出大量水化热，引起墩墙内、外产生较大温差，由值；At为被约束混凝土块在所求点高度处的平均于受到基础或老混凝土的约束，混凝土内部出现较温度变化值；E为弹性模量；R为约束系数。大的拉应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力按一定龄期内混凝土水化热绝热温升的平均值时，即会出现裂缝。水利或水运钢筋}昆凝土设计规计算Ivqoth：——，(2)Chph收稿日期：2012—03—19式中：t为水化热绝热温升，℃；为混凝土中的水泥基金项目：国家自然科学基金项目(51172199)；江苏省精密与微细制造技术重点实验室基金资助项目用量，=271kg／rn；q。是水泥最终发热量，对于(JSPM200705)P．O42．5水泥，3d龄期Q0=256kJ／kg，7d龄期qo= ·6·华电技术第34卷299kJ／kg；ch为混凝土的比热容，ch=960j／(kg·K)；工程设计时，应考虑有效措施控制贯穿性裂缝产生。p为混凝土质量密度，取2350kg／m。2抗裂暗梁设计约束系数1(3)近年来已有一些工程尝试在易产生裂缝的墩墙部位设置抗裂暗梁，用以控制温度应力产生的裂缝。钢筋与混凝土的黏结作用按28d龄期强式中：尺为形位参数；A。，分别为下部混凝土块体度进行计算，而混凝土初期强度不断变化，暗梁的作的截面积和弹性模量；A，E为被约束块体的截面积用机制目前尚无成熟的计算公式，抗裂暗梁配置也和弹性模量。E可根据龄期计算无规范或规程要求，水工设计中的应用尚不多见。E(f】=1．44[1一exp(一0／41t)]Ecf28)，(4)南水北调工程某水闸、船闸墩墙均按常规设计，式中：E)为混凝土28d弹性模量，强度等级为尽管采取了一系列抗裂施工工艺措施，但第1阶段C28的混凝土弹性模量，Ecf28)=2．8×10MPa；施工的船闸闸室墙和部分翼墙、导航墙，墩墙仍然出f为浇筑后的时间，d。现了少量贯穿性裂缝，裂缝一般出现在距底板1／5式(3)中的R根据被约束块体的长高比和计算墙高位置，说明由温度应力引起的裂缝仅靠施工措部位的相对高度进行确定，查JTJ252-1987《干船施是很难避免的，还应从设计上采取措施。鉴于此，坞设计规范(水工结构)》，查得R=0．65。对第2阶段施工的其他建筑物，在加强抗裂施工措混凝土温度应力应满足下式规定施的同时，增加了墩墙抗裂暗梁设计。)‘<>●-(>·<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●◇·0·<>●0·0·-t：)·<>·o·<>·0·<>‘<>·0·-<>·0·<>·◇·(上接第7页)(编辑：王书平)[12]JTJ252-1987，干船坞设计规范(水工结构)[S]．[13]SL191—2o08，水工混凝土结构设计规范[S]．作者简介：[14]孙干荣，沈金荣，陈俊．水工建筑物墩墙裂缝的成因分杨俊敬(1967一)男，江苏扬州人，副处长，南水北调东析及修补[J]．江苏水利，2008(11)：26—27．线第一期工程泗洪站工程总监理工程师，高级工程师，主要[15]曹宏亮，王伟，杨旭辉．新开沱河闸墩墙混凝土裂缝成从事水利、水运工程设计方面的工作(E—mail：yz—yjj@163．因分析与处理[J]．河南科学，2003，21(5)：664—665．corn)。'