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中国科技论文在线
船闸底板配筋设计探讨
薛颖
河海大学土木工程学院,南京(210098)
E-mail:xueying1676@yahoo.cn
摘 要:船闸闸室底板属于非杆系结构,一般采用应力图形法与钢筋混凝土有限单元法进行
配筋计算。本文以某船闸闸室为例,将空间问题转化为平面应变问题进行建模计算。根据钢
筋混凝土基本原理,首先对闸室底板进行线性受力分析,采用应力图形法配置钢筋,然后对
底板进行钢筋混凝土非线性有限元分析,研究钢筋布置与用量对底板裂缝开展的影响,得到
同时满足承载能力极限状态与正常使用极限状态的钢筋布置。结果表明应用应力图形法所得
到得钢筋配置,需要使用钢筋混凝土有限元法形对其进行校核,必要时要对钢筋用量与布置
方式进行修正。两种方法相结合有利于反映船闸底板的受力状态。
关键词:船闸底板;配筋;应力图形法;有限单元法
1 前言
船闸闸室底板在闸室自重、室内外水压以及墙后填土等作用共同影响下,存在拉应力较
高的区域,底板可能出现裂缝。为使船闸的安全运行,对底板进行合理的配筋设计至关重要。
某船闸闸室采用整体式“U”型槽结构。由于混凝土整体浇筑尺寸大,需分块施工以减小
施工期温度应力。为对接左右浇筑块中底板的钢筋,需要设置一条宽缝。闸室底板中间布置
有纵向输水廊道,且沿纵向每隔 4.0
m 设置 20 cm 宽的向上出水孔口,因此宽槽不宜设置在
底板中间处。闸室结构形状和受力呈不对称状态,运行时底板上部左侧存在较大的水平拉应
力大于右侧,底板可能出现裂缝。由于该闸室较长,而且断面纵向变化较小,故本文将空间
问题简化为平面问题,选取标准断面按平面应变问题分析。
本文首先对闸室断面进行线性受力分析,应用应力图形法进行底板钢筋,然后采用钢筋
混凝土有限单元法进行非线性受力分析,校核钢筋配置,得出了一些有意义的结论。
2 底板配筋设计
船闸闸室底板形体复杂、外形尺寸大、空间整体性强,属于非杆系结构。对于底板这样
的非杆系结构配筋设计,目前有二类设计(分析)方法,即弹性应力图形配筋法和钢筋混凝
土有限单元法。
2.1 应力图形法
应力图形面积法一直被水工混凝土结构设计规范采纳,在水工 78 规范
[1]
、96 规范
[2]
与
现行水工混凝土结构规范
[3]
中,该方法的表达式和一些具体规范有所不同,但实质是相同的。
水工 96 规范和水工 78 规范相比,有两点改动:公式表达式上不再采用容许应力的概念,
而直接按“总拉力
T 由混凝土承担的拉力及钢筋承担的拉力
T 共同承担”原则列出公式,同
时,将混凝土承担的拉力
c
T 不宜超过总拉力T 的 25%,放宽至 30%;在水工 78 规范中拉力
T 模糊指“拉应力的合力”,而在水工 96 规范中拉力 T 明确指“主拉应力的合力”。
现行水工混凝土结构规范和水工 96 规范相比,也有三点改动:设计代表式用安全系数
来表示,而不再采用分项系数;将
改成主拉应力在配筋方向投影的合力;明确了应力图
形法的适用范围,规范规定,对于开裂前后应力状态有明显改变结构,按应力图形法配筋后,
承载力还需用钢筋混凝土有限元进行验算。