谈水工少筋混凝土结构设计方法

jswanglan

摘要：在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构，有其特殊意义。本文介绍现行规范关于少筋混凝土结构设计思想和原则，以便于结构设计的同行设计参考。
         关键词：素混凝土适筋混凝土少筋混凝土
         一、概述
         少筋混凝土结构是指配筋率低于普通钢筋混凝土结构的最小配筋率、介于素混凝土结构和钢筋混凝土结构之间的一种少量配筋的结构，简称少筋混凝土结构，也称为弱筋混凝土结构。
         这类结构在水利工程设计中是难于避免的，有时，它在某些水工混凝土工程结构中处于制约设计的重要地位。从逻辑概念讲，只要允许素混凝土结构的存在，必定会有少筋混凝土结构的应用范围，因为它毕竟是素混凝土和适筋混凝土结构之间的中介产物。
         凡经常或周期性地受环境水作用的水工建筑物所用的混凝土称水工混凝土，水工混凝土多数为大体积混凝土，水工混凝土对强度要求则往往不是很高。在一般水工建筑物中，如闸墩、闸底板、水电站厂房的挡水墙、尾水管、船坞闸室等，在外力作用下，一方面要满足抗滑、抗倾覆的稳定性要求，结构应有足够的自重；另一方面，还应满足强度、抗渗、抗冻等要求，不允许出现裂缝，因此结构的尺寸比较大。若按钢筋混凝土结构设计，常需配置较多的钢筋而造成浪费，若按素混凝土结构设计，则又因计算所需截面较大，需使用大量的混凝土。
         对于这类结构，如在混凝土中配置少量钢筋，在满足稳定性的要求下，考虑此少量钢筋对结构强度安全方面所起的作用，就能减少混凝土用量，从而达到经济和安全的要求。因此，在大体积的水工建筑物中，采用少筋混凝土结构，有其特殊意义。
         关于少筋混凝土结构的设计思想和原则，我国《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)作了明确的规定。
         二、规范对少筋混凝土结构的设计规定
         对少筋混凝土结构的设计规定体现在最小配筋率规定上，这里将《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191—96)（下文简称规范）有关最小配筋率的规定，摘录并阐述如下：
         1．一般构件的纵向钢筋最小配筋率
         一般钢筋混凝土构件的纵向受力钢筋的配筋率不应小于规范表9.5.1规定的数值。温度、收缩等因素对结构产生的影响较大时，最小配筋率应适当增大。
         2．大尺寸底板和墩墙的纵向钢筋最小配筋率
         截面尺寸较大的底板和墩墙一类结构，其最小配筋率可由钢筋混凝土构件纵向受力钢筋基本最小配筋率所列的基本最小配筋率乘以截面极限内力值与截面极限承载力之比得出。即
         1)对底板(受弯构件)或墩墙(大偏心受压构件)的受拉钢筋As的最小配筋率可取为：          ρmin=ρ0min()          也可按下列近似公式计算：
         底板ρmin=(规范9.5.2-1)
         墩墙ρmin=(规范9.5.2-2)
         此时，底板与墩墙的受压钢筋可不受最小配筋率限制，但应配置适量的构造钢筋。
         2)对墩墙(轴心受压或小偏心受压构件)的受压钢筋As’的最小配筋率可取为：
         ρ＇min=ρ′0min
         按上式计算最小配筋率时，由于截面实际配筋量未知，其截面实际的极限承载力Nu不能直接求出，需先假定一配筋量经2—3次试算得出。
         上列诸式中M、N——截面弯矩设计值、轴力设计值；
         e0——轴向力至截面重心的距离，eo=M／N；
         Mu、Nu——截面实际能承受的极限受弯承载力、极限受压承载力；
         b、ho——截面宽度及有效高度；