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1、淺談沉箱結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)淺談沉箱結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)摘要:沉箱結(jié)構(gòu)因其承載能力高、耐久性好、施工速度快、整體性好等優(yōu)點(diǎn),成為設(shè)計(jì)單位優(yōu)先考慮的結(jié)構(gòu)形式,在碼頭、防波堤等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。而沉箱配筋的計(jì)算作為沉箱設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),對(duì)沉箱結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性起著至關(guān)重要的作用。本文通過對(duì)沉箱結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算的研究,分享淺薄的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞:沉箱配筋設(shè)計(jì)1.前言目前,國(guó)內(nèi)常規(guī)沉箱結(jié)構(gòu)主要包括底板、外墻、內(nèi)隔墻及墻趾等,沉箱配筋計(jì)算首先要依據(jù)《重力式碼頭設(shè)
2、計(jì)與施工規(guī)范》JTS16722009的規(guī)定對(duì)各構(gòu)件在施工期和使用期進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算,再依據(jù)《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTS1512011對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算,并驗(yàn)算裂縫寬度。本文根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目對(duì)沉箱配筋的過程和注意事項(xiàng)加以研究,供設(shè)計(jì)人員參考。2.工程概況2.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介某沉箱碼頭工程總長(zhǎng)680m,設(shè)計(jì)船型為70000DWT集裝箱船,設(shè)計(jì)使用年限50年,結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí),地震烈度為VIII度,地震動(dòng)峰值加速度為0.20g。2.2設(shè)計(jì)水位本工
3、程設(shè)計(jì)水位如下(當(dāng)?shù)乩碚摮泵妫簶O端高水位:5.10m設(shè)計(jì)高水位:3.14m設(shè)計(jì)低水位:0.43m極端低水位:0.17m2.3設(shè)計(jì)波浪本項(xiàng)目50年一遇設(shè)計(jì)波浪要素如表1(單位:m)。2.4設(shè)計(jì)荷載①均載:岸橋前軌至碼頭前沿線均載為20kPa,兩軌之間均載為30kPa(考慮堆箱兩層),岸橋后軌至堆場(chǎng)邊沿為20kPa,堆場(chǎng)區(qū)域?yàn)?0kPa(集裝箱考慮堆箱五層),軌道兩側(cè)1.5m范圍不考慮堆貨荷載。②裝卸機(jī)械荷載:65t50m岸橋,軌距30m
4、,基距15.15m,單腿10輪.輪距1.2m,兩臺(tái)大機(jī)間最小間距2m,岸橋工作狀態(tài)下最大輪壓50t輪,非工作狀態(tài)下最大輪壓65t輪。③艙蓋板荷載:艙蓋板堆放區(qū)按堆放4層艙蓋板考慮,底部支座4個(gè),每個(gè)支座大小200mm180mm、荷載325kN。④流動(dòng)機(jī)械荷載:60噸集裝箱拖掛車、電動(dòng)輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)、軌道式龍門起重機(jī)(輪數(shù)64,輪距1.0m,輪壓30噸輪)、70t汽車吊。⑤船舶荷載:船舶系纜力(940kN);船舶撞擊力696kN;
5、船舶擠靠力342kN。2.5沉箱結(jié)構(gòu)尺寸沉箱結(jié)構(gòu)尺寸為19.02m(長(zhǎng))15.6m(寬)18.63m(高),前壁厚個(gè)箱格頂部無荷載時(shí),貯倉壓力會(huì)使內(nèi)隔墻成為彎拉構(gòu)件。經(jīng)舉例測(cè)算,對(duì)于前壁和隔墻,按照彎拉構(gòu)件模型計(jì)算所需配筋面積比按照純彎構(gòu)件模型和軸心受拉構(gòu)件模型計(jì)算面積分別增加約20%(前壁)和35%(隔墻),在配筋計(jì)算時(shí),若按規(guī)范規(guī)定的純彎構(gòu)件計(jì)算,在驗(yàn)算裂縫寬度時(shí),建議將裂縫寬度限值定為0.24mm(水下區(qū))和0.16mm(水位變動(dòng)
6、區(qū)和浪濺區(qū))。6.2裂縫寬度驗(yàn)算系數(shù)取值在沉箱裂縫寬度驗(yàn)算公式中,α1、α2、α3三個(gè)系數(shù)的取值尤為關(guān)鍵。其中對(duì)于外壁、底板及墻趾,α1按受彎構(gòu)件取為1.0,對(duì)于內(nèi)隔墻,偏心受拉時(shí)取為1.1,軸心受拉時(shí)取為1.2。α2的取值較為簡(jiǎn)單,只與鋼筋表面形狀有關(guān),光圓鋼筋為1.4,帶肋鋼筋為1.5。而α3的取值最為復(fù)雜,對(duì)于前壁、側(cè)壁及底板,在施工期浮運(yùn)過程中,內(nèi)側(cè)受拉,外側(cè)受壓,故內(nèi)側(cè)鋼筋α3取為1.0,對(duì)于后壁,需根據(jù)荷載組合情況判定內(nèi)側(cè)受
7、拉時(shí)最不利情況出現(xiàn)在施工期(α3取1.0)或是使用期(α3取1.5);而在碼頭使用期,對(duì)于外壁及底板,由于貯倉壓力及波吸力等因素的影響,外側(cè)受拉,內(nèi)側(cè)受壓,故外側(cè)鋼筋α3取為1.5。6.3沉箱配筋經(jīng)濟(jì)性做法(1)支座處設(shè)置短筋。若簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),將支座和跨中按照各自彎矩通長(zhǎng)配筋,會(huì)使鋼筋量增加,對(duì)于大型沉箱碼頭結(jié)構(gòu)影響尤其明顯,造成成本浪費(fèi)。因此在配筋計(jì)算過程中,若遇到支座處彎矩大于跨中彎矩的情況時(shí),應(yīng)先滿足跨中彎矩要求,進(jìn)行通長(zhǎng)配筋,再滿足
8、支座處彎矩要求,設(shè)置短筋(插筋),并滿足構(gòu)造要求。本文所列計(jì)算結(jié)果中均為支座處設(shè)置短筋的方案,以前壁外側(cè)豎向配筋為例,跨中配筋為C12@200mm,支座配筋為C12@200mmC16@200mm(插筋)。若按照通長(zhǎng)配筋,則跨中和支座處需C18@200mm。因此,配置短筋的方式可使跨中鋼筋截面面積節(jié)約約55%,可使支座處鋼筋重量減少約40%。(2)保護(hù)層厚度選取。沉箱各構(gòu)件保護(hù)層厚度選取應(yīng)有所區(qū)分,內(nèi)隔墻保護(hù)層厚度取35mm,外壁內(nèi)側(cè)取4
9、0mm,外壁外側(cè)取50mm,底板和墻趾保護(hù)層厚度取為40mm。按以上保護(hù)層厚度配筋可使混凝土有效高度增加,以增加鋼筋的有效利用率。經(jīng)舉例測(cè)算(以前壁內(nèi)側(cè)為例),若外壁內(nèi)側(cè)保護(hù)層厚度取為50mm,則需鋼筋截面1900mm2;若保護(hù)層厚度取為40mm,則需鋼筋截面1570mm2,鋼筋可節(jié)約約17%。6.4其他(1)裂縫寬度驗(yàn)算限值。沉箱結(jié)構(gòu)各構(gòu)件最大裂縫寬度限值應(yīng)滿足《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定,對(duì)于底板及墻趾,限值為0.30m
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