水工混凝土结构讲义

第二章水工混凝土结构考试大纲熟练掌握基本设计规定与结构安全标准。熟练掌握承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算基本规定。熟练掌握结构耐久性要求和混凝土特性的一般要求。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/T191-96

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

１.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。２.混凝土强度等级应由按标准方法制作养护的边长为150ｍｍ的立方体试件，在28ｄ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）应由试验确定。当无试验资料时，素混凝土可按24kN/ｍ３,钢筋混凝土可按25kN/ｍ３采用。

6.２８ｄ龄期时混凝土受压或受拉弹性模量Ｅｃ可按表2.1.3采用。混凝土的泊松比υｃ可取为0.167。混凝土剪变模量Ｇｃ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ｆｙ或ｆｐｙ及钢筋抗压强度设计值ｆ′ｙ或ｆ′ｐｙ，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态计算和正常使用用状态验算基本规规定一、承载能力极限状态态计算基本规定1.基本组合的设计表表达式2.偶然组合的设计表表达式二正常使用极限状状态验算基本规定定1.短期组合和长期组组合设计表达式2.裂缝控制验算其最大裂缝宽度计计算值不应超过表表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挠度应按荷载效应应的短期组合和长长期组合两种情况况分别进行验算，，其计算值不应超超过表2.2.2规定的允许值〔mm〕。——结构重要性系数；；设计状况系数；；作用（荷载）分分项系数；结构系系数；材料强度系系数第三节结构耐久性性要求及混凝土的的一般要求1、结构耐久性依据2、混凝土最低强度度等级、水灰比和和最小水泥用量3、混凝土抗渗等级级和抗冻等级第四节素混凝土结构构件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，包包括结构稳定性验验算；(2)承受局部荷载部位位的局部受压计算算。二、受压构件承载力计计算1.受压构件的承载力力计算方法(1)不考虑混凝土受拉拉区作用，仅对受受压区承载力进行行计算；(2)考虑混凝土受拉区区作用，对受拉区区和受压区承载力力同时进行计算2.受压构件的承载力力计算公式(1)当计算素混凝土受受压构件的正截面面承载力而不考虑虑混凝土受拉区作用时，，假定受压区的法法向应力图形为矩矩形，其应力值等于混凝土土的轴心抗压强度度设计值，此时，，轴向力作用点与受压区混混凝土合力点相重重合。（2）当计算素混凝土土受压构件的正截截面承载力，考虑虑混凝土受拉区的作用时时，应对受拉区和和受压区承载力分分别进行计算。三、受弯构件的承载力力计算四、局部受压构件的承承载力计算五、素混凝土结构构造造钢(1)素混凝土结构在截截面尺寸急剧变化化处、孔口周围及及遭受高速水流剧剧烈冲刷的表面应应设置构造钢筋；；(2)对于遭受剧烈气温温或湿度变化作用用的素混凝土结构构表面，宜配置置构造钢筋网，其其主要受约束方向向的钢筋数量可采采用构件截面面面积的0.04%，但每米内不多于于1200mm2；钢筋以小直径的的为宜，间距不宜宜大于250mm。第五节钢筋混凝土结构构构件承载能力极限状态计算算一、钢筋混凝土结构构构件正截面承载力力计算的主要规定1．正截面承载力计计算方法的基本假假定(1)截面应变保持平面面；(2)不考虑混凝土的抗抗拉强度；(3)混凝土轴心受压的的应力应变关系曲曲线为抛物线，其其极限应变取0.002，相应的最大压应应力取混凝土轴心心抗压强度设计值(4)钢筋应力取等于钢钢筋应变与其弹性性模量的乘积，但但不大于其强度设计值，受受拉钢筋的允许极极限拉应变取0.01。2．等效矩形应力图图3．相对界限受压区区计算高度4．钢筋应力二、受弯构件正截面抗抗弯承载力计算1．矩形和翼缘位于于受拉区的T形截面的受弯构件件2．翼缘位于受压区区的T形截面的受弯构件件(1)当符合下列条件：：(2)当不符合上述条件件时，计算中应考考虑截面腹板受压压区混凝土的工作，其正截面面抗弯承载力按下下列公式计算[图2.4.2-2(b)]：3．受弯构件正截面面抗弯承载力计算算应符合的要求三、受压构件正截面受受压承载力计算1．轴心受压构件2．矩形截面偏心受受压构件3．T形截面偏心受压构构件≤＞四、受拉构件正截面受受拉承载力计算1．轴心受拉构件2．小偏心受拉构件件3．大偏心受拉构件件五、受弯构件斜截面承承载力计算1．截面验算2．斜截面的计算位位置(1)支座边缘处的截面面[图2.4.5-1(a)、(b)截面1-1]；(2)受拉区弯起钢筋弯弯起点处的截面[图2-4-9(a)截面2-2、3-3]；(3)箍筋数量或间距改改变处的截面[图2-4-9(b)截面4-4]；(4)腹板宽度改变处的的截面。3．受弯构件斜截面面受剪承载力计算算(1)当仅配有箍筋时，，(2)当配有箍筋和弯起起钢筋时，4．剪力设计值的选选用(1)当计算第一排(对支座而言)弯起钢筋时，取用用支座边缘处的剪力设计值。对于于仅承受直接作用用在构件顶面的分分布荷载的受弯构件，也可改取为为距离支座边缘为为0.5处的剪力设计值；；(2)当计算以后的每一一排弯起钢筋时，，取用前一排（对对支座而言）弯起钢筋弯起起点处的剪力设计计值。5．受弯构件斜截面面受弯承载力计算算第六节钢筋混凝土结构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、钢筋混凝土构件正正截面裂缝宽度验验算1.最大裂缝宽度允许许值2.最大裂缝宽度3.裂缝宽度计算中的的受拉钢筋应力(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（矩矩形截面）三、受弯构件的挠度验验算1.刚度和挠度允许值值2.长期刚度(1)对应于荷载效应的的短期组合（并考考虑部分荷载的长长期作用的影响）时，(2)对应于荷载效应的的长期组合时，3.短期刚度(1)不出现裂缝的构件件(2)出现裂缝的矩形、、T形及工字形截面构构件4.受弯构件的挠度计计算第七节水工混凝土结构的的设计构造一、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、结构构件的设计构构造主要规定1.板(1)钢筋混凝土板中受受力钢筋的间距：：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)单向板中单位长度度上的分布钢筋截截面面积不应小于于单位长度上受力钢筋截面面面积的15％（集中荷载时为为25％），且每米长度度内不少于3根，其直径不宜小小于5mm。(3)如板边为部分嵌固固，而在分析中没没有考虑这种嵌固固的影响，则在板的顶部沿板板边需配置垂直板板边的钢筋，其数数量按承受跨中最大弯矩绝对值值的1/4计算。钢筋应从支支座边伸出至少为为1/5跨度的长度；若若为单向板时，平平行板跨方向的板板边，其顶部垂直板边的钢筋可按按构造适当配置。。(4)现浇板的受力钢筋筋与梁的肋部平行行时，应沿梁肋方方向每米长度内配置不少于5根与梁肋垂直的构构造钢筋，其直径径不小于6mm，且单位长度内的总总截面面积不应小小于板中单位长度度内受力钢筋截面面积的1/3，伸入板中的长度度从肋边算起每边边不小于板计算跨跨度(5)简支板的下部纵向向受力钢筋伸入支支座的长度不应小于5当采用焊接网配筋筋时，其末端至少少应有一根横向钢钢筋配置在支座边缘内(图2.6.2-2(a))。如不能符合上述述要求时，应在受受力钢筋末端制成弯钩(图2.6.2-2(b))或加焊附加的横向向锚固钢筋(图2.6.2-2(c))。；2.梁(1)梁的下部纵向钢筋筋的净距不应小于于钢筋直径，上部部纵向钢筋的净距不应小于1.5倍钢筋直径，同时时均不小于30mm，也不应小于最大骨料粒径径的1.5倍。梁的下部纵向向受力钢筋不宜多多于两层，当两层布置不不开时，允许钢筋筋成束布置，但每每束钢筋以2根为宜；受力钢筋多多于两层时，第三三层及以上的钢筋筋间距应增加一倍。(2)简支梁的下部受力力钢筋伸入支座内内的锚固长度（图2.6.2-3）应符合下列条件。。(3)钢筋混凝土梁中箍箍筋的配置应符合合下列要求。(4)对于绑扎骨架的钢钢筋混凝土梁，当当设置弯起钢筋时时，弯起钢筋的弯终点外应留留有锚固长度，其其长度在受拉区不不应小于20，在受压区不应小小于10（图2.6.2-4）。位于梁底层两两侧的钢筋不应弯弯起。。对光面钢筋，在末端尚应设置弯弯钩(5)当梁的跨度小于4m时，架立钢筋的直直径不宜小于6mm；跨度等于4～6m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，在梁的两侧沿沿高度每隔300～400mm，应设置一根直径不不小于10mm的纵向构造钢筋。。两侧构造钢筋之之间宜设置联系拉筋，，联系拉筋直径可可取与箍筋相同，，间距约500～700mm。(7)对于薄腹梁，应在在下部1/2梁高的腹板内沿两两侧配置纵向构造造钢筋，其直径为为10～14mm，间距为100～150mm，并按上稀下密的的方式布置；在上上部1/2梁高的腹板内沿两两侧配置直径不小小于10mm的纵向构造钢筋。。3．柱(1)钢筋混凝土柱的纵纵向受力钢筋应符符合下列要求：(2)柱中箍筋应符合下下列要求：素混凝土结构构造造钢筋四.抗震设计的构造要要求1．对于钢筋混凝土土框架及铰接排架架等类结构，当设设计烈度为9度时，混凝土强度度等级不宜低于C30；当设计烈度为7度、8度时，不应低于C20。纵向受力钢筋宜宜优先选用较高质质量的Ⅱ、Ⅲ级钢筋；箍筋宜选选用I、Ⅱ级钢筋或LL550级冷轧带肋钢筋2．钢筋混凝土框架架结构按8度、9度设计烈度设防时时，纵向受力钢筋不宜采用余余热处理钢筋。施施工中纵向受力钢钢筋的实测极限抗拉强度与实测屈屈服强度的比值不不应小于1.25；屈服强度的实测测值与标准值的比值值，不应大于1.25（9度设防）或1.4（8度设防）。不宜以强度等级级较高的钢筋代替替原设计中的纵向向受力钢筋，如需要代换时，应按按照钢筋受拉承载载力设计值相等的的原则进行代换。。3．设计烈度为8度、9度时，纵向受拉拉钢筋最小锚固固长度应比2.5.1中4所述的锚固长度度增加5；6度、7度时，4．抗震设计时，，构件节点的承承载力不应低于于其连接构件的的承载力。5．抗震设计时，，预埋件的锚固固钢筋实配截面面面积应比静力力计算时的所需截面面面积增大25％。。第八节水工混凝土结构构的温度作用一、设计范围二、分期考虑因素1．混凝土浇筑施施工期：考虑混混凝土浇筑温度度、水泥水化热热、调节结构温度状状态的人工温控控措施、建筑物物基底及相邻部部分的热量传导等。2．结构运用期：：考虑外界气温温、水温、结构构表面日照影响响等。拱和框架等非大大体积的超静定定钢筋混凝土结结构可只考虑运运用期的温度作用。三、计算参数四、大体积混凝土在在温度作用下的的裂缝控制１．大体积混凝凝土结构的温度度场应采用包括括不稳定过程在在内的热传导方程计算算。２．大体积混凝凝土结构在温度度作用下的应力力宜根据徐变应应力分析理论的有限单单元法计算。弹弹性基础上的混混凝土结构，当当基础与结构的材料特特性符合比例变变形条件时，或或刚性基础上的的混凝土结构，也可利利用混凝土应力力松弛系数进行行徐变温度应力力计算。3．对于允许出现现裂缝的结构，，当考虑温度作作用影响且不满满足抗裂要求时，应配置置温度钢筋限制制温度裂缝扩展展。五、考虑温度作用的的钢筋混凝土框框架计算１．钢筋混凝土土框架计算时，，应考虑框架封封闭时的温度与与运用期间可能遇到的的最高或最低多多年月平均温度度之间的均匀温温差。必要时，考虑结构构在运用期间的的内外温差。２．分析钢筋混混凝土框架在温温度作用下的内内力时，杆件的的刚度应取用开裂后的的实际刚度。可可采用混凝土开开裂后刚度分段段变化的非线性分析方法或或其他降低构件件刚度的近似方方法。1．对于钢筋混凝凝土框架及铰接接排架等类结构构，当设计烈度度为9度时，混凝土强强度等级不宜低低于C30；当设计烈度为为7度、8度时，不应低于C20。纵向受力钢筋筋宜优先选用较较高质量的Ⅱ、Ⅲ级钢筋；箍筋宜选用I、Ⅱ级钢筋或LL550级冷轧带肋钢筋筋2．钢筋混凝土框框架结构按8度、9度设计烈度设防防时，纵向受力钢筋不宜采用用余热处理钢筋筋。施工中纵向向受力钢筋的实实测极限抗拉强度与实测测屈服强度的比比值不应小于1.25；屈服强度的实实测值与标准值的比比值，不应大于于1.25（9度设防）或1.4（8度设防）。不宜以强度等等级较高的钢筋筋代替原设计中中的纵向受力钢钢筋，如需要代换时，应应按照钢筋受拉拉承载力设计值值相等的原则进进行代换。3．设计烈度为8度、9度时，纵向受拉拉钢筋最小锚固固长度应比2.5.1中4所述的锚固长度度增加5；6度、7度时，4．抗震设计时，，构件节点的承承载力不应低于于其连接构件的的承载力。5．抗震设计时，，预埋件的锚固固钢筋实配截面面面积应比静力力计算时的所需截面面面积增大25％。。水工钢筋混凝土土施工第九节一、混凝土配合比选选择1.为确保混凝土质质量，工程所用用混凝土的配合合比必须通过试试验确定。2.对于大体积建筑筑物的内部混凝凝土，其胶凝材材料用量不宜低低于140kg/m3。3.混凝土的水灰比比，应根据设计计对混凝土性能能的要求，由试试验室通过试验验确定，并不应应超过表2.9.1-1的规定。4.粗骨料级配及砂砂率的选择，应应考虑骨料生产产的平衡、混凝凝土和易性及最小单单位用水量等要要求，综合分析析确定。5.混凝土的坍落度度，应根据建筑筑物的性质、钢钢筋含量、混凝凝土的运输、浇筑方方法和气候条件件决定，尽可能能采用小的坍落落度。混凝土在浇筑地点的的坍落度可参照照表2.9.1-2的规定。二、混凝土拌和1.拌制混凝土时，，必须严格按照照试验室签发的的混凝土配料单单进行配料，严禁擅自自更改。2.施工前，应结合合工程的混凝土土配合比情况，，检验拌和设备备的性能，如发现不相相适应时，应适适当调整混凝土土的配合比；有有条件时，也可调整拌和设设备的速度及叶叶片结构等。3.在混凝土拌和过过程中，应根据据气候条件定时时地测定砂、石石骨料的含水量（尤尤其是砂子的含含水量）；在降降雨的情况下，，应相应地增加测定次数，，以便随时调整整混凝土的加水水量。4.在混凝土拌和过过程中，应采取取措施保持砂、、石、骨料含水水率稳定，砂子含水水率应控制在6%以内。5.掺有掺合料（如如粉煤灰等）的的混凝土进行拌拌和时，掺合料料可以湿掺也可以干干掺，但应保证证掺和均匀。6.如使用外加剂，，应将外加剂溶溶液均匀配入拌拌和用水中。外外加剂中的水量，应应包括在拌和用用水量之内。三、混凝土土运输输1.选择的的混凝凝土运运输设设备和和运输输能力力，应应与拌拌和、、浇筑筑能力力、仓面具具体情情况及及钢筋筋、模模板吊吊运的的需要要相适适应，，以保保证混混凝土土运输的的质量量，充充分发发挥设设备效效率。。2.所用的的运输输设备备，应应使混混凝土土在运运输过过程中中不致致发生生分离离、漏浆、、严重重泌水水及过过多温温度回回升和和降低低坍落落度等等现象象。3.同时运运输两两种以以上强强度等等级、、级配配或其其他特特征不不同的的混凝凝土时，应应在运运输设设备上上设置置标志志，以以免混混淆。。4.混凝土土在运运输过过程中中，应应尽量量缩短短运输输时间间及减减少转转运次次数。。掺普通通减水水剂的的混凝凝土运运输时时间，，不宜宜超过过表2.9.3-1的规定定。因故停停歇过过久，，混凝凝土产产生初初凝时时，应应作废废料处处理。。在任任何情情况下，严严禁中中途加加水后后运入入仓内内。5.混凝土土运输输工具具及浇浇筑地地点，，必要要时应应有遮遮盖或或保温温设施施，以以避免因因日晒晒、雨雨淋、、受冻冻而影影响混混凝土土的质质量。。6.对大体体积水水工混混凝土土应优优先采采用吊吊罐直直接入入仓的的运输输方式式。当当采用其其他运运输设设备时时，应应采取取措施施避免免砂浆浆损失失和混混凝土土分离离。7.不论采采用何何种运运输设设备，，混凝凝土自自由下下落高高度以以不大大于2m为宜，，超过此此界限限时应应采取取缓降降措施施。8.用皮带带机运运输混混凝土土时，，应遵遵守下下列规规定：：9.用自卸卸汽车车、侧侧翻车车、料料罐车车、搅搅拌车车运输输混凝凝土时时，应应遵守守下列规规定：：10.用混凝凝土泵泵运输输混凝凝土时时，应应遵守守下列列规定定：11.用溜筒筒、溜溜槽运运输混混凝土土时，，应遵遵守下下列规规定：：四、混凝土土浇筑筑1.普通混混凝土土和钢钢筋混混凝土土浇筑筑五、混凝土土养护护1.混凝土土浇筑筑完毕毕后，，应及及时洒洒水养养护，，以保保持混混凝土土表面面经常常湿润。。低流流态混混凝土土浇筑筑完毕毕后，，应加加强养养护，，并延延长养养护时时间。。2.混凝土土表面面的养养护3.养护方方法和和适用用条件件4.混凝土土养护护时间间，根根据所所用水水泥品品种而而定，，但不不应少少于表表2.9.5-2的数值值。重重要部部位和和利用用后期期强度度的混混凝土土，以以及在在干燥燥、炎炎热气候条件下下，应延长长养护时间间（至少养养护28天）。六、高温季节混混凝土施工工应严格控制制混凝土浇浇筑温度，，混凝土最最高浇筑温温度不得超超过28℃。混凝土最最高浇筑温温度应符合合设计规定定。当设计计文件未明明确混凝土最最高浇筑温温度时，则则施工单位位应根据设设计规定的的混凝土允许最高高温度计算算最高浇筑筑温度。混混凝土的浇浇筑温度系系指混凝土经过平平仓振捣后后，覆盖上上层浇筑前前，在5～10cm深处的温度度。2.混凝土浇筑筑的分段、、分缝、分分块高度及及浇筑间歇歇时间等，，均应符合设计计规定。3.在施工过程程中，各坝坝块尽量均均匀上升，，相邻坝块块的高差不不宜超过10～12m。如因施工工特殊需要要，并有专专门论证，，经设计、、监理同意，，可适当放放宽高差限限制。4.为了防止裂裂缝，必须须从结构设设计、温度度控制、原原材料选择择、配合比优化化、施工安安排、施工工质量、混混凝土的表表面保护和和养护等方面采取取综合措施施。5.为提高混凝凝土的抗裂裂能力，必必须改进混混凝土的施施工工艺。。混凝土的质量量除应满足足强度保证证率的要求求外，还应应在均匀性性方面符合有关规范范中的标准准。6.为防止裂缝缝，应避免免基础部位位混凝土薄薄块长间歇歇放置，避避免基础部位混凝凝土块体在在早龄期过过水；其他他部位也不不宜长间歇歇放置或过早过水。。7.对于设计龄龄期大于28天的混凝土土，必须在在混凝土配配合比设计计时，就考虑保证证混凝土必必要的早期期（28天以前）抗抗裂能