談水工少筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

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??[提 要] 在大體積的水工建筑物中，采用少筋混凝土結(jié)構(gòu)，有其特殊意義。本文介紹現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于少筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想和原則，以便于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同行設(shè)計(jì)參考。
??[關(guān)鍵詞] 素混凝土 適筋混凝土 少筋混凝土 最小配筋率
??一、概述
??少筋混凝土結(jié)構(gòu)是指配筋率低于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最小配筋率、介于素混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間的一種少量配筋的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱少筋混凝土結(jié)構(gòu)，也稱為弱筋混凝土結(jié)構(gòu)。
??這類結(jié)構(gòu)在水利工程設(shè)計(jì)中是難于避免的，有時(shí)，它在某些水工混凝土工程結(jié)構(gòu)中處于制約設(shè)計(jì)的重要地位。從邏輯概念講，只要允許素混凝土結(jié)構(gòu)的存在，必定會(huì)有少筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍，因?yàn)樗吘故撬鼗炷梁瓦m筋混凝土結(jié)構(gòu)之間的中介產(chǎn)物。
?? 凡經(jīng)常或周期性地受環(huán)境水作用的水工建筑物所用的混凝土稱水工混凝土，水工混凝土多數(shù)為大體積混凝土，水工混凝土對(duì)強(qiáng)度要求則往往不是很高。在一般水工建筑物中，如閘墩、閘底板、水電站廠房的擋水墻、尾水管、船塢閘室等，在外力作用下，一方面要滿足抗滑、抗傾覆的穩(wěn)定性要求，結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的自重；另一方面，還應(yīng)滿足強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍等要求，不允許出現(xiàn)裂縫，因此結(jié)構(gòu)的尺寸比較大。若按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，常需配置較多的鋼筋而造成浪費(fèi)，若按素混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，則又因計(jì)算所需截面較大，需使用大量的混凝土。
?? 對(duì)于這類結(jié)構(gòu)，如在混凝土中配置少量鋼筋，在滿足穩(wěn)定性的要求下，考慮此少量鋼筋對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全方面所起的作用，就能減少混凝土用量，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)和安全的要求。因此，在大體積的水工建筑物中，采用少筋混凝土結(jié)構(gòu)，有其特殊意義。
?? 關(guān)于少筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想和原則，我國(guó)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL/T191—96)作了明確的規(guī)定。
??二、規(guī)范對(duì)少筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)定
?? 對(duì)少筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)定體現(xiàn)在最小配筋率規(guī)定上，這里將《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL/T191—96)（下文簡(jiǎn)稱規(guī)范）有關(guān)最小配筋率的規(guī)定，摘錄并闡述如下：
??1．一般構(gòu)件的縱向鋼筋最小配筋率
??一般鋼筋混凝土構(gòu)件的縱向受力鋼筋的配筋率不應(yīng)小于規(guī)范表9.5.1規(guī)定的數(shù)值。溫度、收縮等因素對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響較大時(shí)，最小配筋率應(yīng)適當(dāng)增大。
??2．大尺寸底板和墩墻的縱向鋼筋最小配筋率
?? 截面尺寸較大的底板和墩墻一類結(jié)構(gòu)，其最小配筋率可由鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受力鋼筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面極限內(nèi)力值與截面極限承載力之比得出。即
?? 1)對(duì)底板(受彎構(gòu)件)或墩墻(大偏心受壓構(gòu)件)的受拉鋼筋A(yù)s的最小配筋率可取為：
?? ρmin=ρ0min ()
?? 也可按下列近似公式計(jì)算：
?? 底板 ρmin= (規(guī)范9.5.2-1)
??墩墻 ρmin= (規(guī)范9.5.2-2)
??此時(shí)，底板與墩墻的受壓鋼筋可不受最小配筋率限制，但應(yīng)配置適量的構(gòu)造鋼筋。
?? 2)對(duì)墩墻(軸心受壓或小偏心受壓構(gòu)件)的受壓鋼筋A(yù)s’的最小配筋率可取為：
?? ρ＇min=ρ′0min ()
??按上式計(jì)算最小配筋率時(shí)，由于截面實(shí)際配筋量未知，其截面實(shí)際的極限承載力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量經(jīng)2—3次試算得出。
?? 上列諸式中 M、N——截面彎矩設(shè)計(jì)值、軸力設(shè)計(jì)值；
?? e0——軸向力至截面重心的距離，eo=M／N；
?? Mu、Nu——截面實(shí)際能承受的極限受彎承載力、極限受壓承載力；
?? b、ho——截面寬度及有效高度；