淺談沉箱結構配筋設計

1、淺談沉箱結構配筋設計淺談沉箱結構配筋設計摘要：沉箱結構因其承載能力高、耐久性好、施工速度快、整體性好等優(yōu)點，成為設計單位優(yōu)先考慮的結構形式，在碼頭、防波堤等結構設計中得到了廣泛應用。而沉箱配筋的計算作為沉箱設計的基礎，對沉箱結構的承載力和耐久性起著至關重要的作用。本文通過對沉箱結構配筋計算的研究，分享淺薄的設計經(jīng)驗。關鍵詞：沉箱配筋設計1.前言目前，國內常規(guī)沉箱結構主要包括底板、外墻、內隔墻及墻趾等，沉箱配筋計算首先要依據(jù)《重力式碼頭設

2、計與施工規(guī)范》JTS16722009的規(guī)定對各構件在施工期和使用期進行內力計算，再依據(jù)《水運工程混凝土結構設計規(guī)范》JTS1512011對各構件進行配筋計算，并驗算裂縫寬度。本文根據(jù)實際項目對沉箱配筋的過程和注意事項加以研究，供設計人員參考。2.工程概況2.1項目簡介某沉箱碼頭工程總長680m，設計船型為70000DWT集裝箱船，設計使用年限50年，結構安全等級二級，地震烈度為VIII度，地震動峰值加速度為0.20g。2.2設計水位本工

3、程設計水位如下（當?shù)乩碚摮泵妫簶O端高水位：5.10m設計高水位：3.14m設計低水位：0.43m極端低水位：0.17m2.3設計波浪本項目50年一遇設計波浪要素如表1（單位：m）。2.4設計荷載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)域為50kPa（集裝箱考慮堆箱五層），軌道兩側1.5m范圍不考慮堆貨荷載。②裝卸機械荷載：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流動機械荷載：60噸集裝箱拖掛車、電動輪胎式集裝箱龍門起重機、軌道式龍門起重機（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沉箱結構尺寸沉箱結構尺寸為19.02m（長）15.6m（寬）18.63m（高），前壁厚個箱格頂部無荷載時，貯倉壓力會使內隔墻成為彎拉構件。經(jīng)舉例測算，對于前壁和隔墻，按照彎拉構件模型計算所需配筋面積比按照純彎構件模型和軸心受拉構件模型計算面積分別增加約20%（前壁）和35%（隔墻），在配筋計算時，若按規(guī)范規(guī)定的純彎構件計算，在驗算裂縫寬度時，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裂縫寬度驗算系數(shù)取值在沉箱裂縫寬度驗算公式中，α1、α2、α3三個系數(shù)的取值尤為關鍵。其中對于外壁、底板及墻趾，α1按受彎構件取為1.0，對于內隔墻，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，光圓鋼筋為1.4，帶肋鋼筋為1.5。而α3的取值最為復雜，對于前壁、側壁及底板，在施工期浮運過程中，內側受拉，外側受壓，故內側鋼筋α3取為1.0，對于后壁，需根據(jù)荷載組合情況判定內側受

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，外側受拉，內側受壓，故外側鋼筋α3取為1.5。6.3沉箱配筋經(jīng)濟性做法（1）支座處設置短筋。若簡化設計，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構影響尤其明顯，造成成本浪費。因此在配筋計算過程中，若遇到支座處彎矩大于跨中彎矩的情況時，應先滿足跨中彎矩要求，進行通長配筋，再滿足

8、支座處彎矩要求，設置短筋（插筋），并滿足構造要求。本文所列計算結果中均為支座處設置短筋的方案，以前壁外側豎向配筋為例，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）保護層厚度選取。沉箱各構件保護層厚度選取應有所區(qū)分，內隔墻保護層厚度取35mm，外壁內側取4

9、0mm，外壁外側取50mm，底板和墻趾保護層厚度取為40mm。按以上保護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（以前壁內側為例），若外壁內側保護層厚度取為50mm，則需鋼筋截面1900mm2；若保護層厚度取為40mm，則需鋼筋截面1570mm2，鋼筋可節(jié)約約17%。6.4其他（1）裂縫寬度驗算限值。沉箱結構各構件最大裂縫寬度限值應滿足《水運工程混凝土結構設計規(guī)范》的有關規(guī)定，對于底板及墻趾，限值為0.30m