李楠

【摘 要】随着社会的发展和时代的进步，钢绞线、钢丝和配筋等混凝土结构施工中常用到的材料有了很大的性能提升。水运工程的钢筋设计一般要按照截面的弯矩和裂缝的宽度要求来，如果钢筋升级了，那么钢筋强度会增加。这就表明在工程中会减少了钢筋的用量，同时对总的工程建设成本也有影响，配筋设计也因此会受到较大影响。

【关键词】水运工程 配筋设计 钢筋升级 影响

随着社会的发展和时代的进步，钢绞线、钢丝和配筋等混凝土结构施工中常用到的材料有了很大的性能提升。在水运工程中，要确保做到环保节能，钢筋的用量要尽量降低。在当前的形势下，国家要确保建筑业和钢铁工业能进行顺利转型，因此从2012年开始要求将HRP400及以上钢筋作为在交通、铁路和水利等建筑工程中的首选产品。在水运工程建设中要遵循国家颁布的《水运工程混凝土结构设计规范》，普通混凝土结构钢筋在使用时要以HRB400和HRB500级的钢筋作为首选。对水运工程中的配筋设计受到钢筋升级的影响进行积极的研究，对水运工程的质量提高和施工单位的经济效益提升具有重要的影响。

1水运工程配筋设计受到钢筋升级的影响

国家在2012年颁布实施的《水运工程混凝土结构设计规范》中对水运工程结构中使用的钢筋有着明确的规定，传统的HRP335和HRP135级钢筋不能再应用到水运工程中，水运工程应使用HRB400级和HRB500级钢筋，这就表明在水运工程施工中应用的钢筋在强度上有了很大的提高。所以，在水运工程建筑中，钢筋的用量可以在一些以受力为主的构件中进行适当的减少。这能为施工单位节省很大一部分的成本投入，将因钢筋过于密集而导致的施工振捣难度加大问题进行了有效的缓解，对于水运工程整体施工质量的提高意义重大。在设计水运工程结构物时一般要根据裂缝的宽度和截面的弯矩来进行，面板和梁是水运工程结构物的两大重要体系结构，在实际应用中可以分别通过一个简单的算例，分析水运工程配筋设计因为钢筋升级而产生的一些影响。[1]

2面板体系

一般来说，在沉箱、船闸底部、空箱、底板、高桩梁板码头等面板部位需要使用面板体系。在水运工程中，船闸是比较常见的水工结构物，当前常见的船闸形式为闸首式，闸室和上下闸首构成了船闸的主体结构，闸室底板和闸首是配筋设计中的关键部位。在本文中，以设计某船闸为例进行论述，讨论配筋设计受到钢筋升级的影响。对于该船闸来说，其首口门的宽度为18米，地基是粉质的黏土类型，承载力的特征值约是180kpa，闸首底板的混凝土等级强度是C25，厚度是2.5米，如下图1所示。

施工宽缝和控制墙后的速率及回填时间采用相关的施工措施后，计算得知，闸首的面层跨中弯矩标准值是2750千牛米，设计值是3575千牛米。计算裂缝开展宽度和闸首的底板抗弯如下所示：

计算配筋的弯矩。根据JTS[2]，闸首底板计算时要按照正截面受弯构件的方式进行，用HRB400和HRB335级钢筋时，分别需要49.31平方米和41.29平方米的配筋面积。采用三级钢时能比采用二级钢时节省16.3%的钢筋，这样能节约15.9%的投资。

计算配筋的裂缝开展宽度。根据JTS[2]，闸首底板的位置一般是在淡水水下区域，为三级裂缝控制等级，0.4毫米的最大裂缝宽度限值。T形、钢筋混凝土矩形、倒T形、受弯、I形和偏心受压构件的最大裂缝宽度可以如下计算公式进行计算：

式中的α1表示构件的受力特征系数，α2表示钢筋表面形状影响系数，α3表示准永久组合或重复荷载影响系数，Eg表示钢筋的弹性模量，c表示钢筋纵向受拉的配筋率，αs表示构件从纵向上受到的应力。矩形受弯构件的计算公式如下：

式中的Mq表示按荷载准永久组合计算的弯矩值，As表示纵向钢筋受拉区的截面面积，Ho表示截面的有效高度。当闸首底板面层配筋时，按照49.31平方米和41.29平方米的配筋面积进行。用二级或是三级钢进行配筋时，直径为25，每米分别为10根、8.4根，分别为0.35毫米和0.43毫米的裂缝开展宽度。通过上面的计算知，配筋时要根据具体的结构受力来进行，钢筋强度随着钢筋升级而提高，虽然减少了配筋量，但是裂缝开展宽度却不符合要求。三级钢的配筋按照等面积代换，可调整为三级钢每米直径22毫米，10.9根，或者是三级钢每米直径20毫米，13.2根，分别将裂缝开展宽度设计为0.41毫米和0.39毫米。若是裂缝开展宽度不能合乎规范，要减小裂缝开展宽度，需要将钢筋直径进行较小或是将钢筋的根数进行增加，这种处理方法的效果可能不够理想，仅仅用于处于临界状况的裂缝计算宽度。施工中将钢筋直径进行过度减小或是将钢筋的根数进行增加都会带来困难。[3]

3梁体系

在高桩梁板码头的横纵梁、轨道梁中被广泛应用，在本文中以某一高桩梁板码头作为例子，在设计时该码头要停靠30万吨级的舾装船，每排间的距离为7米，门机梁采用的也是钢筋混凝土结构，含面板的梁高度为2.3米。经过计算可得，该梁最大的弯矩标准值是2300千牛，设计弯矩的数值为2990千牛。计算时要按照正截面受弯构件进行，当采用HRB4000级或是HRB335级钢筋时，分别需要45.68平方米和38.26平方米的配筋面积。通过上面的配筋面积计算，需要配置二级和三级钢数量为9.3根和7.8根，直径为25毫米。根据JTS[1]，门梁机所处的位置是水位变动区，为三级裂缝控制，裂缝的最大宽度限值是0.25毫米。所以上述的钢筋配置不能满足裂缝开展宽度的要求，裂缝开展宽度限值控制着配筋，而不是用弯矩进行控制。对于钢筋来说，影响裂缝开展宽度计算的因素，与纵向受拉钢筋的实际应力、钢筋的弹性模量、钢筋的表面形状有关系。钢筋本身的强度和其无关，对于HRB400、HRB335和HRB500来说，钢筋具有相同的弹性模量，所以配筋结构由裂缝开展宽度控制的，单纯将钢筋强度提高并不能将钢筋的用量减小。就本例来说，当钢筋将配筋量调整为直径25毫米的10根钢筋时，能减小0.25毫米的裂缝宽度，达到规定要求。所以不管是HRB335级还是HRB500级钢筋，在配置过程中只要直径和钢筋的根数相同，就具有相同的裂缝开展宽度。

4配筋

在宽度、弯矩和截面高度等集合参数相同的情况下，钢筋混凝土结构中的带肋钢筋其裂缝开展宽度和钢筋的强度没有关系，只和钢筋的根数及直径有关。在水运工程结构中，在最小配筋率不受配筋的控制下，裂缝开展宽度和结构内力同时限制了配筋量，裂缝开展宽度限值对海港结构要求更为严格。在此种情况中，裂缝锋开展宽度控制了配筋量。在钢筋的使用过程中，降低用钢量不能依靠提高钢筋级别来实现，这样容易造成工程投资的增加。HPB235和HRB335钢筋正在被国家逐步淘汰，水运工程钢筋混凝土结构物如果能选择预应力结构那么优先进行选择，来达到钢筋强度由配筋量和裂缝开展来控制的目的，从而将钢筋用量进行节约。

5结语

在本文中对水运工程中配筋设计受到钢筋升级的影响进行了分析，裂缝开展宽度对水运工程结构中的配筋量进行了限制，而钢筋直径和根数对裂缝开展宽度有着直接的关系，而与升级后的钢筋强度没有关系。水运工程施工单位在钢筋升级后无法通过降低钢筋用量来实现节约材料的目的，所以在整个水运工程的配筋设计中不要过分对钢筋强度进行强调。

参考文献：

[1]毛新莹.提高水运工程设计的工作质量方法研究[J].中国水运，2014，（07）.

[2] JTS151-2011水运工程混凝土结构设计规范[S].

[2]沈建霞.钢筋升级对水运工程配筋设计的影响[J].水运工程，2014，（08）.