淺談沉箱結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)

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)目簡介某沉箱碼頭工程總長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)安全等級二級，地震烈度為VIII度，地震動峰值加速度為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），岸橋后軌至堆場邊沿為20kPa，堆場區(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，每個支座大小200mm180mm、荷載325kN。④流動機(jī)械荷載：60噸集裝箱拖掛車、電動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）15.6m（寬）18.63m（高），前壁厚個箱格頂部無荷載時，貯倉壓力會使內(nèi)隔墻成為彎拉構(gòu)件。經(jīng)舉例測算，對于前壁和隔墻，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，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，建議將裂縫寬度限值定為0.24mm（水下區(qū)）和0.16mm（水位變動

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、α3三個系數(shù)的取值尤為關(guān)鍵。其中對于外壁、底板及墻趾，α1按受彎構(gòu)件取為1.0，對于內(nèi)隔墻，偏心受拉時取為1.1，軸心受拉時取為1.2。α2的取值較為簡單，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，對于后壁，需根據(jù)荷載組合情況判定內(nèi)側(cè)受

7、拉時最不利情況出現(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。若簡化設(shè)計(jì)，將支座和跨中按照各自彎矩通長配筋，會使鋼筋量增加，對于大型沉箱碼頭結(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，應(yīng)先滿足跨中彎矩要求，進(jìn)行通長配筋，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，對于底板及墻趾，限值為0.30m