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水工结构工程的耐久性设计分析

2017-02-05李旭

中国新技术新产品 2016年24期
关键词:耐久性设计

李旭

摘 要:在我国的水利工程建设以及生产过程中,耐久性是一个非常重要的问题。由于水工结构比较特殊且部分结构可能很复杂,因此在其设计过程中要非常慎重,要重视其耐久性的相关设计,有效地规避水工结构工程的失效问题,保障整个工程的安全运行。本文主要针对水工结构工程的耐久性设计进行详细地论述以及分析,希望能有效地提升我国水利工程的设计质量,同时为水利行业的发展以及创新贡献力量。

关键词:水工结构工程;耐久性;设计

中图分类号:TU991 文献标识码:A

水工结构工程在我国基础设施建设工程中占有非常重要的地位,因此在整个水利工程建设使用周期中,水工结构必须满足安全性、适用性及耐久性的要求。比如说要具备合理的抗拉、抗冻、抗压、抗风化、抗腐蚀及耐磨等性能。为了有效地实现水工结构工程的耐久性目标,在设计阶段必须要保证结构耐久性设计满足工程要求。

1.影响水工结构工程耐久性的主要问题

1.1 水工结构工程出现的裂缝问题

对于水工结构工程来说,有时候由于结构的混凝土体积过大,在初期混凝土硬化的过程中会产生很多的水化热,进而导致结构出现温度应力,可能使混凝土出现抗拉性能减弱,从而导致混凝土裂缝的出现。另外,大体积混凝土的施工还易产生收缩裂缝,从而可能引起渗漏、冻融等问题。这些问题对水工结构工程的耐久性是一种严峻的考验。

1.2 水工结构工程出现的冻融破坏问题

水工结构工程中的冻融破坏主要指的是在温度低于零度的地区,混凝土在潮湿或经常与水接触的环境下,由于温度正负值交替变化,在混凝土内部出现冻结水的膨胀以及溶解收缩,从而使混凝土出现疲劳应力,进而导致混凝土产生冻融破坏现象。权威部门的调查研究表明,在我国有多达1/4的水工结构工程存在冻融破坏问题,这是一个非常高的比例,必须引起我们足够的重视。

1.3 水工结构工程中出现的碳化以及钢筋腐蚀问题

在我国的水工结构工程建设过程中,空气中二氧化碳以及施工中使用的水中的碳酸都能够同水泥产生化学反应导致水泥碳化,进而使混凝土表面产生裂缝。混凝土表面的裂缝进一步让更多的二氧化碳进入到混凝土的内部,如此循环往复,使混凝土出现中性化的变化,从而让混凝土保护层失去作用,不能够有效地保障钢筋抵抗腐蚀,从而导致钢筋锈蚀,使钢筋的强度下降,进而影响了整个水工结构工程的耐久性。

2.水工结构工程的耐久性设计

2.1 混凝土原材料的质量检测要求以及方法

首先是水泥材料的选择。要求在水泥进入施工现场前,要有相应的生产合格证以及检测报告。我们在接收水泥进厂的同时还要进行水泥的采样复检,如果复检的水泥样品不达标,就要进行再次样品检查,如果再不达标,我们就要拒绝此批次的水泥进入施工现场。

其次是细骨料的选择。在水工结构设计过程中我们选择的细骨料的粒径通常为0.16mm~5mm。细骨料在选择上分为两种,第一种是天然砂;第二种是人工砂。水工结构设计要求人工砂细骨料的细度模数在2.4~2.8之间,不应超出这一范围;天然砂细骨料的细度模数在2.2~3.0之间,这一范围也不能超出。同时设计还需明确提出颗粒等级及表观密度等要求。

最后是粗骨料的选择。在水工结构设计过程中,粒径在5mm以上的骨料我们称之为粗骨料,普通的粗骨料大多应用在混凝土的浇筑过程中。我们在施工过程中必须检验的指标有粗骨料的含泥量以及粗骨料的针片状含量等,同时对于粗骨料的颗粒级配也需要给予格外的重视。

2.2 水工混凝土结构的极限状态控制

在水工结构中,极限状态主要有两种,一种是承载能力状态的极限,一种是正常使用状态的极限。承载能力极限状态主要指的是结构或构件达到最大承载能力,或达到不适于继续承载的变形的极限状态;正常使用极限状态主要指的是结构或构件达到正常使用或耐久性能中某项规定限度的状态。结构的耐久性由正常使用极限状态控制。为了保证结构的耐久性能,在设计的过程中需通过计算确定结构满足正常使用极限状态的一个极限应力值,保证结构承受的荷载所产生的应力不大于极限应力。

2.3 水工结构工程中的裂缝控制方法

一般而言,不同安全等级的水工建筑,裂缝控制指标也会不同。现代工程中,裂缝的控制主要适用于一些标准弯拉构件上。由于水工建筑结构中经常使用非常规杆件,所以如何控制好裂缝的宽度是水工混凝土结构设计中的难点与要点。应严格按照《水工混凝土结构设计规范》等规范的要求进行裂缝宽度验算,确保构件裂缝宽度满足结构耐久性要求。

2.4 在水工结构工程设计过程中结构外形的设计

一个合理的结构外形对于结构的安全及适用性有着至关重要的作用,为了保证结构安全耐用,构件在设计过程中应严格按照《水工混凝土结构设计规范》等规范的要求进行挠度验算,确保构件不致因产生过大的变形而影响其耐久性。

参考文献

[1]张开军,鲁航线.耐久性设计在电厂水工结构工程中的应用探讨[J].城市道桥与防洪,2014(4):242-244.

[2]邢林生.佛子岭连拱坝耐久性分析[J].水力发电,2006,32(10):98-101.

[3] GB/T 50476-2008,混凝土结构耐久性设计规范[S].

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