水工混凝土结构.ppt

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1、第二章 水工混凝土结构,掌握钢筋混凝土结构构件承载能力极限状态计算。 掌握钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算。 掌握混凝土结构构件的设计构造要求。 了解素混凝土结构构件承载能力极限状态计算。 了解混凝土温控设计的内容和方法。,考 试 大 纲,第二章 水工混凝土结构,DL/T5057-1996水工混凝土结构设计规范和SL/T191-96水工混凝土结构设计规范 采用概率极限状态设计原则，以分项系数设计表达式进行设计。 SDJ20-78水工钢筋混凝土结构设计规范采用极限状态设计方法，单一安全系数设计表达式进行设计。,SL191-2008 水工混凝土结构设计规范 替代 SDJ20-78和SL/T191

2、-96 结构构件的安全度表达，在考虑荷载与材料 强度的不同变异性的基础上，采用经多系数分析 的安全系数K的表达方式。,DL/T5057-2009水工混凝土结构设计规范 替代 DL/T5057-1996 仍采用概率极限状态设计原则，以分项系数设 计表达式。结构重要性系数；设计状况系数；荷 载分项系数；结构系数；材料强度系数。 用标准组合代替短期组合，并取消长期组合。,SL191-2008和DL/T5057-2009在如下几方面进行了修订并取得一致： 环境类别划分，耐久性要求； 混凝土和钢筋的材料性能指标； 斜截面承载力计算公式 ； 大保护层厚度构件裂缝宽度计算公式； 牛腿配筋、门槽、蜗壳、尾水管

3、等设计构造。,第一节 水工混凝土设计规定 与结构安全标准,一、混凝土,. 混凝土应满足强度要求，并应根据建筑物的工作条件、地区气候等具体情况，分别满足抗渗、抗冻、抗侵蚀、抗冲刷等耐久性的要求。 . 混凝土强度等级应由按标准方法制作养护的边长为150的立方体试件，在28龄期用标准试验方法测得的具有95保证率的抗压强度标准值确定。,3. 混凝土强度标准值应按表2.1.1采用。构件设计时，混凝土强度设计值应按表2.1.2采用。 4. 对防止温度裂缝有较高要求的大体积混凝土结构，设计时应对混凝土提出高延伸率和低热性要求，宜选用低热水泥或掺加合适的掺合料与外加剂。 5. 混凝土的重力密度（重度）应由试验

4、确定。当无试验资料时，素混凝土可按24kN/,钢筋混凝土可按25kN/采用。 6. 龄期时混凝土受压或受拉弹性模量可按表2.1.3采用。混凝土的泊松比可取为0.167。混凝土剪变模量可按表2.1.3混凝土弹性模量的0.4倍采用。,二、钢筋,1.钢筋强度的标准值应具有不小于95的保证率。普通钢筋的强 度标准值应按表2.1.4采用。,2.钢筋抗拉强度设计值或及钢筋抗压强度设计值或，应按表2.1.5采用。,三 结构设计基本规定与安全标准 1. 设计原则和设计表达式 2. 极限状态以及计算和验算的内容 (1)承载能力及稳定 (2)变形验算 (3)抗裂或裂缝宽度 3. 水工建筑物级别和结构的安全级别 水

5、工建筑物的结构安全级别按表2.1.6划分为三级。 4.结构设计状况 5.作用（荷载）效应组合 6.温度作用 7.渗透压力 8.环境条件 水工混凝土结构所处的环境条件可分为四个类别,第二节 承载能力极限状态计算和正常使用状态验算基本规定,一 、承载能力极限状态计算基本规定 1.基本组合的设计表达式 2.偶然组合的设计表达式 二正常使用极限状态验算基本规定 1.短期组合和长期组合设计表达式 2.裂缝控制验算 其最大裂缝宽度计算值不应超过表2.2.1所规定的允许值mm。 3.受弯构件的挠度 受弯构件的最大挠度应按荷载效应的短期组合和长期组合两种情况分别进行验算，其计算值不应超过表2.2.2规定的允许

6、值mm。,结构重要性系数；设计状况系数；作用（荷载）分项系数；结构系数；材料强度系数,第三节结构耐久性要求及混凝土的一般要求,1、结构耐久性依据,2、混凝土最低强度等级、水灰比和最小水泥用量,3、混凝土抗渗等级和抗冻等级,第四节,素混凝土结构构件承载能力 极限状态计算,一、 一般规定,1.使用范围,2.计算内容,(1)承载能力计算，包括结构稳定性验算； (2)承受局部荷载部位的局部受压计算。,二、受压构件承载力计算,1.受压构件的承载力计算方法,(1)不考虑混凝土受拉区作用，仅对受压区承载力进行计算； (2)考虑混凝土受拉区作用，对受拉区和受压区承载力同时 进行计算,2.受压构件的承载力计算公

7、式,(1)当计算素混凝土受压构件的正截面承载力而不考虑混凝 土受拉区作用时，假定受压区的法向应力图形为矩形，其 应力值等于混凝土的轴心抗压强度设计值，此时，轴向力 作用点与受压区混凝土合力点相重合。,（2）当计算素混凝土受压构件的正截面承载力，考虑混凝 土受拉区的作用时，应对受拉区和受压区承载力分别进行计 算。,三、受弯构件的承载力计算,四、局部受压构件的承载力计算,五 、素混凝土结构构造钢 (1)素混凝土结构在截面尺寸急剧变化处、孔口周围及遭受高速水流剧烈冲刷的表面应设置构造钢筋； (2)对于遭受剧烈气温或湿度变化作用的素混凝土结构表面， 宜配置构造钢筋网，其主要受约束方向的钢筋数量可采用构

8、件 截面面积的0.04%，但每米内不多于1200mm2；钢筋以小直径的为宜，间距不宜大于250mm。,第五节,钢筋混凝土结构构件承载 能力极限状态计算,一 、钢筋混凝土结构构件正截面承载力计 算的主要规定,1正截面承载力计算方法的基本假定,(1)截面应变保持平面； (2)不考虑混凝土的抗拉强度； (3)混凝土轴心受压的应力应变关系曲线为抛物线，其极限 应变取0.002，相应的最大压应力取混凝土轴心抗压强度设 计值,(4)钢筋应力取等于钢筋应变与其弹性模量的乘积，但不大于 其强度设计值，受拉钢筋的允许极限拉应变取0.01。,2等效矩形应力图,3相对界限受压区计算高度,4钢筋应力,二、受弯构件正截

9、面抗弯承载力计算,1矩形和翼缘位于受拉区的T形截面的受弯构件,2翼缘位于受压区的T形截面的受弯构件,(1)当符合下列条件：,(2)当不符合上述条件时，计算中应考虑截面腹板受压区混凝土 的工作，其正截面抗弯承载力按下列公式计算图2.4.2-2(b)：,3受弯构件正截面抗弯承载力计算应符合的要求,三、受压构件正截面受压承载力计算,1轴心受压构件,2矩形截面偏心受压构件,3T形截面偏心受压构件,四、受拉构件正截面受拉承载力计算,1轴心受拉构件,2小偏心受拉构件,3大偏心受拉构件,五、受弯构件斜截面承载力计算,1截面验算,2斜截面的计算位置,(1)支座边缘处的截面图2.4.5-1(a)、(b)截面1-

10、1； (2)受拉区弯起钢筋弯起点处的截面图2-4-9(a)截面2-2、3-3； (3)箍筋数量或间距改变处的截面图2-4-9(b)截面4-4； (4)腹板宽度改变处的截面。,3受弯构件斜截面受剪承载力计算,(1)当仅配有箍筋时，,(2)当配有箍筋和弯起钢筋时，,4剪力设计值的选用,(1)当计算第一排(对支座而言)弯起钢筋时，取用支座边缘处的 剪力设计值。对于仅承受直接作用在构件顶面的分布荷载的受弯 构件，也可改取为距离支座边缘为0.5 处的剪力设计值；,(2)当计算以后的每一排弯起钢筋时，取用前一排（对支座而 言）弯起钢筋弯起点处的剪力设计值。,5受弯构件斜截面受弯承载力计算,第六节,钢筋混凝

11、土结构构件正常使 用极限状态验算,一、正截面抗裂验算,(1)受弯构件,(2)偏心受压构件,(3)轴心受拉构件,(4)偏心受拉构件,二、钢筋混凝土构件正截面裂缝宽度验算,1.最大裂缝宽度允许值,2.最大裂缝宽度,3.裂缝宽度计算中的受拉钢筋应力,(1)受弯构件,(2)大偏心受压构件,(3)轴心受拉构件,(4)偏心受拉构件（矩形截面）,三、受弯构件的挠度验算,1.刚度和挠度允许值,2.长期刚度,(1)对应于荷载效应的短期组合（并考虑部分荷载的长期作用 的影响）时，,(2)对应于荷载效应的长期组合时，,3.短期刚度,(1)不出现裂缝的构件,(2)出现裂缝的矩形、T形及工字形截面构件,4.受弯构件的挠

12、度计算,第七节,水工混凝土结构的设计构造,一、一般构造规定,1.永久缝和临时缝,2.混凝土保护层,3.钢筋的锚固,4.钢筋的接头,5.最小配筋率,二、结构构件的设计构造主要规定,1.板,(1)钢筋混凝土板中受力钢筋的间距：当板厚,时，不应大于250mm；当,时，不应大于300mm；,时，不应大于,并不大于400mm。,当,(2)单向板中单位长度上的分布钢筋截面面积不应小于单位长度 上受力钢筋截面面积的15（集中荷载时为25），且每米长度 内不少于3根，其直径不宜小于5mm。,(3)如板边为部分嵌固，而在分析中没有考虑这种嵌固的影响， 则在板的顶部沿板边需配置垂直板边的钢筋，其数量按承受跨 中最

13、大弯矩绝对值的1/4计算。钢筋应从支座边伸出至少为1/5 跨度 的长度；若为单向板时，平行板跨方向的板边，其顶部垂 直板边的钢筋可按构造适当配置。,(4)现浇板的受力钢筋与梁的肋部平行时，应沿梁肋方向每米长 度内配置不少于5根与梁肋垂直的构造钢筋，其直径不小于6mm， 且单位长度内的总截面面积不应小于板中单位长度内受力钢筋截 面面积的1/3，伸入板中的长度从肋边算起每边不小于板计算跨度,(5)简支板的下部纵向受力钢筋伸入支座的长度,不应小于5,当采用焊接网配筋时，其末端至少应有一根横向钢筋配置在支座 边缘内(图2.6.2-2(a)。如不能符合上述要求时，应在受力钢筋末 端制成弯钩(图2.6.2

14、-2(b)或加焊附加的横向锚固钢筋(图2.6.2-2 (c)。,；,2.梁,(1)梁的下部纵向钢筋的净距不应小于钢筋直径，上部纵向钢筋 的净距不应小于1.5倍钢筋直径，同时均不小于30mm，也不应 小于最大骨料粒径的1.5倍。梁的下部纵向受力钢筋不宜多于两 层，当两层布置不开时，允许钢筋成束布置，但每束钢筋以2根 为宜；受力钢筋多于两层时，第三层及以上的钢筋间距应增加一 倍。,(2)简支梁的下部受力钢筋伸入支座内的锚固长度,（图2.6.2-3）,应符合下列条件。,(3)钢筋混凝土梁中箍筋的配置应符合下列要求。,(4)对于绑扎骨架的钢筋混凝土梁，当设置弯起钢筋时，弯起钢 筋的弯终点外应留有锚固长

15、度，其长度在受拉区不应小于20,，在受压区不应小于10,（图2.6.2-4）。位于梁底层两侧的钢筋不应弯起。,。对光面钢筋，,在末端尚应设置弯钩,(5)当梁的跨度小于4m时，架立钢筋的直径不宜小于6mm；跨度 等于46m时，不宜小于8mm；跨度大于6m时，不宜小于10mm。 (6)当梁高超过700mm时，在梁的两侧沿高度每隔300400mm， 应设置一根直径不小于10mm的纵向构造钢筋。两侧构造钢筋之间 宜设置联系拉筋，联系拉筋直径可取与箍筋相同，间距约500700mm。,(7)对于薄腹梁，应在下部1/2梁高的腹板内沿两侧配置纵向构造钢筋，其直径为1014mm，间距为100150mm，并按上稀

16、下密的方式布置；在上部1/2梁高的腹板内沿两侧配置直径不小于10mm的纵向构造钢筋。,3柱,(1)钢筋混凝土柱的纵向受力钢筋应符合下列要求：,(2)柱中箍筋应符合下列要求：,素混凝土结构构造钢筋,四.抗震设计的构造要求 1对于钢筋混凝土框架及铰接排架等类结构，当设计烈度为9度时，混凝土强度等级不宜低于C30；当设计烈度为7度、8度时，不应低于C20。纵向受力钢筋宜优先选用较高质量的、级钢筋；箍筋宜选用I、级钢筋或LL550级冷轧带肋钢筋,2钢筋混凝土框架结构按8度、9度设计烈度设防时，纵向受 力钢筋不宜采用余热处理钢筋。施工中纵向受力钢筋的实测极限 抗拉强度与实测屈服强度的比值不应小于1.25

17、；屈服强度的实测 值与标准值的比值，不应大于1.25（9度设防）或1.4（8度设防） 。不宜以强度等级较高的钢筋代替原设计中的纵向受力钢筋，如 需要代换时，应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则进行代换。,3设计烈度为8度、9度时，纵向受拉钢筋最小锚固长度,应比2.5.1中4所述的锚固长度,增加5,；6度、7度时，,4抗震设计时，构件节点的承载力不应低于其连接构件的承 载力。 5抗震设计时，预埋件的锚固钢筋实配截面面积应比静力计 算时的所需截面面积增大25。,。,第八节,水工混凝土结构的温度作用,一、设计范围,二、分期考虑因素,1混凝土浇筑施工期：考虑混凝土浇筑温度、水泥水化热、 调节结构温度状

18、态的人工温控措施、建筑物基底及相邻部分的热 量传导等。 2结构运用期：考虑外界气温、水温、结构表面日照影响等。 拱和框架等非大体积的超静定钢筋混凝土结构可只考虑运用期的 温度作用。,三、计算参数,四 、大体积混凝土在温度作用下的裂缝 控制,大体积混凝土结构的温度场应采用包括不稳定过程在内的 热传导方程计算。,大体积混凝土结构在温度作用下的应力宜根据徐变应力分 析理论的有限单元法计算。弹性基础上的混凝土结构，当基础 与结构的材料特性符合比例变形条件时，或刚性基础上的混凝 土结构，也可利用混凝土应力松弛系数进行徐变温度应力计算。,3对于允许出现裂缝的结构，当考虑温度作用影响且不满足抗裂 要求时，应

19、配置温度钢筋限制温度裂缝扩展。,五、考虑温度作用的钢筋混凝土框架计算,钢筋混凝土框架计算时，应考虑框架封闭时的温度与运用 期间可能遇到的最高或最低多年月平均温度之间的均匀温差。必 要时，考虑结构在运用期间的内外温差。 分析钢筋混凝土框架在温度作用下的内力时，杆件的刚度 应取用开裂后的实际刚度。可采用混凝土开裂后刚度分段变化的非 线性分析方法或其他降低构件刚度的近似方法。,1对于钢筋混凝土框架及铰接排架等类结构，当设计烈度为 9度时，混凝土强度等级不宜低于C30；当设计烈度为7度、8度时， 不应低于C20。纵向受力钢筋宜优先选用较高质量的、级钢筋； 箍筋宜选用I、级钢筋或LL550级冷轧带肋钢筋

20、,2钢筋混凝土框架结构按8度、9度设计烈度设防时，纵向受 力钢筋不宜采用余热处理钢筋。施工中纵向受力钢筋的实测极限 抗拉强度与实测屈服强度的比值不应小于1.25；屈服强度的实测 值与标准值的比值，不应大于1.25（9度设防）或1.4（8度设防） 。不宜以强度等级较高的钢筋代替原设计中的纵向受力钢筋，如 需要代换时，应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则进行代换。,3设计烈度为8度、9度时，纵向受拉钢筋最小锚固长度,应比2.5.1中4所述的锚固长度,增加5,；6度、7度时，,4抗震设计时，构件节点的承载力不应低于其连接构件的承 载力。 5抗震设计时，预埋件的锚固钢筋实配截面面积应比静力计 算时的所

21、需截面面积增大25。,。,水工钢筋混凝土施工,第九节,一、混凝土配合比选择,1. 为确保混凝土质量，工程所用混凝土的配合比必须通过试验确定。 2. 对于大体积建筑物的内部混凝土，其胶凝材料用量不宜低于140kg/m3。 3. 混凝土的水灰比，应根据设计对混凝土性能的要求，由试验室通过试验确定，并不应超过表2.9.1-1的规定 。,4. 粗骨料级配及砂率的选择，应考虑骨料生产的平衡、混凝土 和易性及最小单位用水量等要求，综合分析确定。 5. 混凝土的坍落度，应根据建筑物的性质、钢筋含量、混凝土 的运输、浇筑方法和气候条件决定，尽可能采用小的坍落度。混凝 土在浇筑地点的坍落度可参照表2.9.1-2

22、的规定。,二 、混凝土拌和,1. 拌制混凝土时，必须严格按照试验室签发的混凝土配料单进行 配料，严禁擅自更改。 2. 施工前，应结合工程的混凝土配合比情况，检验拌和设备的性 能，如发现不相适应时，应适当调整混凝土的配合比；有条件时， 也可调整拌和设备的速度及叶片结构等。,3. 在混凝土拌和过程中，应根据气候条件定时地测定砂、石骨 料的含水量（尤其是砂子的含水量）；在降雨的情况下，应相应地 增加测定次数，以便随时调整混凝土的加水量。 4. 在混凝土拌和过程中，应采取措施保持砂、石、骨料含水率 稳定，砂子含水率应控制在6%以内。 5. 掺有掺合料（如粉煤灰等）的混凝土进行拌和时，掺合料可 以湿掺也

23、可以干掺，但应保证掺和均匀。 6. 如使用外加剂，应将外加剂溶液均匀配入拌和用水中。外加 剂中的水量，应包括在拌和用水量之内。,三 、混凝土运输,1. 选择的混凝土运输设备和运输能力，应与拌和、浇筑能力、 仓面具体情况及钢筋、模板吊运的需要相适应，以保证混凝土 运输的质量，充分发挥设备效率。,2. 所用的运输设备，应使混凝土在运输过程中不致发生分离、 漏浆、严重泌水及过多温度回升和降低坍落度等现象。,3. 同时运输两种以上强度等级、级配或其他特征不同的混凝土 时，应在运输设备上设置标志，以免混淆。,4. 混凝土在运输过程中，应尽量缩短运输时间及减少转运次数。 掺普通减水剂的混凝土运输时间，不宜

24、超过表2.9.3-1的规定。 因故停歇过久，混凝土产生初凝时，应作废料处理。在任何情况,下，严禁中途加水后运入仓内。,5. 混凝土运输工具及浇筑地点，必要时应有遮盖或保温设施，以 避免因日晒、雨淋、受冻而影响混凝土的质量。,6. 对大体积水工混凝土应优先采用吊罐直接入仓的运输方式。当 采用其他运输设备时，应采取措施避免砂浆损失和混凝土分离。,7. 不论采用何种运输设备，混凝土自由下落高度以不大于2m为宜， 超过此界限时应采取缓降措施。,8. 用皮带机运输混凝土时，应遵守下列规定：,9. 用自卸汽车、侧翻车、料罐车、搅拌车运输混凝土时，应遵守 下列规定：,10. 用混凝土泵运输混凝土时，应遵守下

25、列规定：,11. 用溜筒、溜槽运输混凝土时，应遵守下列规定：,四、 混凝土浇筑,1. 普通混凝土和钢筋混凝土浇筑,五 、混凝土养护,1. 混凝土浇筑完毕后，应及时洒水养护，以保持混凝土表面经常 湿润。低流态混凝土浇筑完毕后，应加强养护，并延长养护时间。,2. 混凝土表面的养护,3. 养护方法和适用条件,4. 混凝土养护时间，根据所用水泥品种而定，但不应少于表2.9.5- 2的数值。重要部位和利用后期强度的混凝土，以及在干燥、炎热 气候条件下，应延长养护时间（至少养护28天）。,六、高温季节混凝土施工,应严格控制混凝土浇筑温度，混凝土最高浇筑温度不得超过 28。混凝土最高浇筑温度应符合设计规定。

26、当设计文件未明 确混凝土最高浇筑温度时，则施工单位应根据设计规定的混凝 土允许最高温度计算最高浇筑温度。混凝土的浇筑温度系指混 凝土经过平仓振捣后，覆盖上层浇筑前，在510cm深处的温度。,2. 混凝土浇筑的分段、分缝、分块高度及浇筑间歇时间等，均 应符合设计规定。,3. 在施工过程中，各坝块尽量均匀上升，相邻坝块的高差不宜 超过1012m。如因施工特殊需要，并有专门论证，经设计、 监理同意，可适当放宽高差限制。,4. 为了防止裂缝，必须从结构设计、温度控制、原材料选择、 配合比优化、施工安排、施工质量、混凝土的表面保护和养护 等方面采取综合措施。,5. 为提高混凝土的抗裂能力，必须改进混凝土

27、的施工工艺。混 凝土的质量除应满足强度保证率的要求外，还应在均匀性方面符 合有关规范中的标准。,6. 为防止裂缝，应避免基础部位混凝土薄块长间歇放置，避免基 础部位混凝土块体在早龄期过水；其他部位也不宜长间歇放置或 过早过水。,7. 对于设计龄期大于28天的混凝土，必须在混凝土配合比设计时， 就考虑保证混凝土必要的早期（28天以前）抗裂能力。,8. 降低混凝土浇筑温度的主要措施,为降低骨料温度，料场宜采用下列措施： 1) 成品料场的骨料堆高(一般不宜低于8m)； 2) 通过地垅取料； 3) 搭盖凉棚，喷水雾降温等。,(2) 粗骨料预冷可采用风冷法、浸水法、喷洒冷水法等措施。,(3) 为防止温度

28、回升，骨料从预冷仓到拌和楼，应采取隔热降温 措施。,(4) 混凝土拌和时，可采用低温水、加冰等降温措施。 并适当延长拌和时间。,(5) 采取下列措施，以减少混凝土的温度回升：,1) 缩短混凝土的运输时间，入仓后对混凝土及时进行平仓振捣，加快混凝土的入仓覆盖速度，缩短混凝土的曝晒时间； 2) 混凝土运输工具应有隔热遮阳措施； 3) 宜采用喷水雾等方法，以降低仓面周围的气温； 4) 混凝土浇筑应尽量安排在早晚、夜间以及阴天进行； 5) 当浇筑尺寸较大时，可采用台阶式浇筑法，浇块高度应小于1.5m； 6) 入仓后的混凝土平仓振捣完至下一层混凝土下料之前，宜采用隔热保温被将其顶面接头部位覆盖。,9.

29、减少混凝土的水化热温升的主要措施 (1) 在满足混凝土的各项设计指标的前提下，应采用加大骨料粒径、改善骨料级配、掺用掺合料、外加剂和降低混凝土坍落度等综合措施，合理地减少单位水泥用量，并尽量选用水化热低的水泥。 (2) 为有利于混凝土浇筑块的散热，基础和老混凝土的约束部位，浇筑块厚以12m为宜，但若采用浇筑层间埋设冷却水管技术，浇筑块厚也可采用3m以上，上下层浇筑间歇时间宜为510天。在高温季节，有条件时还可采用表面流水冷却的方法进行散热。 (3) 采用冷却水管进行初期冷却时，通水时间由计算确定，一般为1520天。混凝土温度与水温之差，以不超过25为宜。对于25mm的金属水管，管中流速以0.6m/s为宜；对于28mm聚乙烯水管，管中流速以0.51.0m/s为宜。水流方向应每天改变12次，使坝体冷却较均匀，每天降温不超过1。,