水工砼结构设计规范说明.docx

VA2SEL*111111111111111111111100*1111111111111111111111中华人民共和国行业标准水工混凝土结构设计规范 条文说明 目次总则（）材料（） 混凝土（）钢筋（）基本设计规定（） 一般规定（）承载能力极限状态计算规定（）正常使用极限状态验算规定（）结构耐久性要求（）素混凝土结构构件承载能力极限状态计算（） 一般规定（）受压构件（）局部受压（）钢筋混凝土结构构件承载能力极限状态计算（） 正截面承载力计算的一般规定（）正截面受弯承载力计算（）正截面受压承载力计算（）正截面受拉承载力计算（）斜截面承载力计算（）受扭承载力计算（）受冲切承载力计算（）局部受压承载力计算（）钢筋混凝土构件正常使用极限状态验算（） 正截面抗裂验算（）正截面裂缝宽度验算（）受弯构件挠度验算（）预应力混凝土结构构件计算（） 计算规定（）正截面承载力计算的一般规定（）正截面受弯承载力计算（）斜截面承载力计算（）抗裂验算（）裂缝宽度验算（）受弯构件挠度验算（）一般构造规定（） 永久缝和临时缝（）混凝土保护层（）钢筋的锚固（）钢筋的接头（）最小配筋率（）预制构件的接头、吊环与预埋件（）结构构件的设计构造规定（） 板（）梁（）柱（）墙（）叠合式受弯构件（）深受弯构件（）立柱独立牛腿（）壁式连续牛腿（）弧形闸门支座（）温度作用设计原则（） 一般规定（）大体积混凝土在温度作用下的裂缝控制（）考虑温度作用的钢筋混凝土框架计算（）钢筋混凝土构件抗震设计（） 一般规定（）框架梁（）框架柱（）铰接排架柱（）桥跨结构（）附录截面抵抗矩的塑性系数 犿 值（）附录钢筋混凝土双向受弯构件正截面受弯承载力近似计算方法（）附录钢筋混凝土矩形截面小偏心受压构件配筋计算的简化方法（）附录对称配筋矩形截面双向偏心受压构件正截面承载力近似计算方法（）附录混凝土的热学指标与应力松弛系数（）附录非杆件体系钢筋混凝土结构的配筋计算原则（） ：水工混凝土结构设计规范条文说明 总则本规范系根据国家标准水利水电工程结构可靠度设计统一标准（）（简 称水工统标）的规定，对水工钢筋混凝土结构设计规范（简称原规范）的设计基本原则进行了修改，并依据科学研究和工程实践增补有关内容后，编制而成。其适用范围扩大到预应力混凝土结构和地震区的结构，其它与原规范相同。但不适用于混凝土坝的设计，也不适用于碾压混凝土结构。 当结构的受力情况、材料性能等基本条件与本规范的编制依据有出入时，则需要根据具体情况，通过专门试验或分析加以解决。本规范的施行，必须与按水工统标制订、修订的水工建筑物荷载设计规范等各种水工建 筑物设计标准、规范配套使用，不得与未按水工统标制订、修订的各种水工建筑物设计标准、规范混用。 材料混凝土按照国际标准（）的规定，且为了与其它规范相协调，将原规范混凝土标号的名称改 为混凝土强度等级。在确定混凝土强度等级时作了两点重大修改： （）混凝土试件标准尺寸，由边长犿犿的立方体改为边长犿犿的立方体；（）混凝土强度等级的确定原则由原规范规定的强度总体分布的平均值减去倍标准差（保证率），改为强度总体分布的平均值减去倍标准差（保证率）。用公式表示，即： 狌， 狌， 狌 狌， （ 狌 ）（）式中 狌， 混凝土立方体抗压强度标准值，即混凝土强度等级值（犿犿 ）； 狌， 混凝土立方体（边长犿犿）抗压强度总体分布的平均值； 狌 混凝土立方体抗压强度的标准差； 狌 混凝土立方体抗压强度的变异系数。混凝土强度等级由立方体抗压强度标准值确定，立方体抗压强度标准值是本规范混凝土其他力学指标的基本代表值。 （原规范的混凝土标号）与（本规范的混凝土强度等级）之间的换算关系为： 狌，（ 狌， ） （）（）式中为试件尺寸由犿犿立方体改为犿犿立方体的尺寸效应影响系数；为计量单位换算系数。 由此可出与的换算关系如表所列： ：水工混凝土结构设计规范条文说明表与换算表原规范混凝土标号，犿混凝土立方体抗压强度变异系数， 狌 本规范混凝土强度等级，（计算值）本规范混凝土强度等级，（取用值） 注：表中混凝土立方体抗压强度的变异系数是取用全国个大中型水利水电工程合格水平的混凝土立方体抗压强度的调 查统计分析的结果。混凝土强度标准值 （）混凝土轴心抗压强度标准值 根据国内组棱柱体抗压强度与边长犿犿立方体抗压强度的对比试验，并考虑试件尺寸效应影响，两者平均值的关系为： 狆狉 狌， 狌， （）考虑到结构中混凝土强度与试件混凝土强度之间的差异，根据以往经验，并结合试验数据分析，同时参考国内外有关规范的规定，对试件强度进行修正，修正系数取为，则结构中混凝土轴心抗压强度与犿犿立方体抗压强度的关系为： 狌， 狌， （）根据混凝土强度标准值的取值原则，并假定 狌 （ 为混凝土轴心抗压强度的变异系数），则得结构中混凝土轴心抗压强度标准值为： 狌 （ ） 狌， （ ） 狌， （）（）混凝土轴心抗拉强度标准值 根据国内组轴心抗拉试件强度与边长犿犿立方体抗压强度的对比试验，并考虑尺寸效应影响，两者平均值的关系为： 狋，狊狆 （ 狌， ） 狌， （犿 ）（）同样，考虑到结构中混凝土强度与试件混凝土强度的差异，取修正系数为，同时将计算单位由犿 改为犿犿 ，则结构中混凝土轴心抗拉强度与犿犿立方体抗压强度的关系为： 狋 狌， 狌， （犿犿 ）（）在假定轴心抗拉强度的变异系数 狋 狌 条件下，则结构中混凝土轴心抗拉强度标准值为： 狋 狋 （ 狋 ） 狌， （ 狋 ） 狌， （ 狌 ） （犿犿 ）（）考虑到较高强度等级的混凝土的脆性破坏特征显著和实践经验不足，对级混凝土，按上式计算后再分别乘以的折减系数。对轴心抗压强度也同样考虑了该项折减系数。 需要说明的是，由于水工混凝土的强度变异系数与国标混凝土结构设计规范（）（简称规范）有所不同，同时本规范将考虑结构中混凝土强度与试件混凝土强度差异的 修正系数取为，较规范所取修正系数低，因而本规范混凝土强度标准值的计算值与规范中的相应值有所不同，但两者十分接近，为了便于实际应用和规范间的协调，本规范混凝土强度标准值在取整时决定取与规范相同的指标。 （）取消弯曲抗压强度指标：水工混凝土结构设计规范条文说明 原规范在受弯构件和偏心受压构件的正截面强度计算中，受压区混凝土极限强度取为混凝土弯曲抗压强度 （现规范采用新符号为 犿 ）。 并不是混凝土真正的力学指标，而仅仅是在计算受弯构件或偏心受压构件承载力时，对于非均匀受压混凝土应力图形换算为矩形应力图形时，人为地引入的一个指标。原规范的 取值原则是沿用前苏联年代的资料，明显偏高，同时引入这一指标后，给编心受压构件计算带来很多麻烦，小偏心受压和轴心受压构件的正截面承载力计算公式也不相衔接。事实上，弯曲抗压强度 犿 与轴心抗压强度的比值并非定值，而是随着构件相对受压区高度的变化而变化的，当相对受压区高度较小时， 犿 就比较大，反之较小。原规范在相对受压区高度接近界限时，承载力计算值偏大，偏于不安全。国际上所有国家的混凝土结构设计规范都没有采用弯曲抗压强度 犿 而是直接采用混凝土轴心抗压强度 ，连提出弯曲抗压强度的前苏联，在年代也已取消不用。我国公路混凝土桥设计规范、铁路混凝土桥设计规范也都没有采用弯曲抗压强度这个指标。 经过对受弯构件和大偏心受压构件分别采用 犿 及 计算，发现混凝土抗压强度的取值对受弯构件和大偏心受压构件的极限承载力并无多大影响。因此，本规范决定取消混凝土的弯曲抗压强度这一指标，而直接用轴心抗压强度计算受弯构件和偏心受压构件的承载力，以求与国际规范接轨。 将 犿 改为 后，经过材料用量对比计算，受弯、大偏心受压构件的用钢量增加不多，大都在以内。小偏心受压构件在界限附近（ ，）用钢量有所增加，克服了原规范在界限附近区段计算值高于试验值（偏于不安全）的缺点。 （）混凝土强度随龄期而增长 混凝土结构构件设计中，一般不利用混凝土抗压强度随龄期增长的后期强度。某些大体积的水工建筑物也会遇到混凝土浇筑后要经过较长时间才开始承受荷载的情况。因此，本规范规定经论证后允许采用不同龄期的混凝土抗压强度进行设计。在附录中列出了不同龄期混凝土抗压强度的比值，可供设计人员在缺乏试验资料时参考。粉煤灰硅酸盐水泥混凝土的不同龄期的抗压强度，可按火山灰质硅酸盐水泥混凝土采用。 对于混凝土不同龄期的抗拉强度，其影响因素较多，故不应利用其后期抗拉强度。混凝土强度设计值 根据水工统标的规定，材料强度设计值可取为强度总体分布的平均值减去 犿 倍标准差。关于 犿 的取值，理论上取为某一固定值最为合理。但考虑到与相关规范的协调，本规范混凝土强度设计值决定取与规范相同的指标，也即取同样的混凝土材料性能分项系数 。这时对于级混凝土，由于变异系数 狌 不同， ，相应的 犿 ，相应的保证率为，详见表。 表混凝土强度标准值、设计值（犿犿 ）及分项系数强度等级 狌 狌 标准值 狋 设计值 狋 犿 保证率（） ：水工混凝土结构设计规范条文说明混凝土受压弹性模量，仍沿用原规范的关系式，仅考虑了试件尺寸和计量单位的换算，本规 范采用的关系式为： 狌 （）本规范表中的弹性模量系按上式求得的，式中 狌 以混凝土强度等级值（犿犿 ）代入，即可求得与立方体抗压强度标准值相对应的弹性模量。 根据国内的试验资料，混凝土受拉弹性模量的试验值与受压弹性模量的数值很接近，本规范对二者取用相同的数值。钢筋钢筋强度标准值的确定 （）钢筋的强度标准值仍沿用原规范及规范的规定，即：）对有明显物理流限的热轧钢筋，采用国家标准规定的屈服点作为标准值，国标规定的屈服点即钢筋出厂检验的废品限值； 表 钢筋所属的国家标准代号表项次钢筋种类标准代号 热轧钢筋 热处理钢筋碳素钢丝刻痕钢丝钢绞线 冷轧带肋钢筋）对无明显物理流限的碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线、热处理钢筋及冷轧带肋钢筋，为与国家标准的出厂检验强度一致起见，采用国标规定的极限抗拉强度作为标准值。但应指出，在构件承载力设计时，本规范取用 （ 为国家标准规定的极限抗拉强度）作为设计上取用的条件屈服点。 ）对冷拉钢筋，取屈服点作为标准值。 本规范正文中的表和表中的钢筋强度标准值系按本条文说明表中所列国家标准采用的。 （）钢筋种类本规范在原规范已有钢筋种类的基础上，新增了下述几种类型的钢筋和钢丝：冷拉、级钢筋；热处理钢筋；碳素钢丝；刻痕钢丝；钢绞线；冷轧带肋钢筋。冷轧带肋钢筋是采用普通低碳钢或低碳合金钢热轧圆盘条为母材，经冷轧减径后在其表面形成具有三面（或二面）月牙纹横肋的钢筋。 上述新增钢筋种类主要用作预应力钢筋。（）钢号修改：）号钢因产量很少，故不再列入；）国标预应力混凝土用钢丝（）将钢丝分为“冷拉钢丝”、“消除应力钢丝”及“刻痕钢丝”三种，本规范采用的“碳素钢丝”系指国标中的“消除应力钢丝”； ）冷拔低碳钢丝由于性能较脆，且粘结力差，故不再列入，其品种可用冷轧带肋钢筋代替。（）冷拉钢筋强度的标准值系按“控制应力方法冷拉钢筋”的条件确定的，故当采用控制应力方法冷拉钢筋时，冷拉控制应力取强度标准值，即冷拉、级钢筋强度的标准值分别取（），犿犿 ，当采用控制应变（冷拉率）方法冷拉钢筋时，冷拉控制应力应取强度标准值：水工混凝土结构设计规范条文说明加犿犿 ，即（），犿犿 ，并按此应力确定相应的冷拉率。（）级钢筋宜用作钢筋混凝土结构构件中的受力主筋、架立筋、箍筋和构造钢筋。可采用绑扎、焊接骨架或焊接网片的型式。和级钢筋宜用作预应力混凝土结构构件的受力主筋。 （）考虑到中规定原标准可延长三年使用，故本规范将中的钢绞线品种同时列出，以方便使用。钢筋强度设计值的确定 （）受拉钢筋的强度设计值 受拉钢筋强度设计值的取值原则与混凝土强度设计值的取值原则类似，仍以一定的保证率为定义，即 狔 狔 犿 狔 狔 （ 犿 狔 ）（）本规范将钢筋强度设计值取与规范相同的指标。对于、级钢筋，可求得其 犿 值分别为、，相应的保证率分别为、。 若将保证率用分项系数的形式表达时，可求得各类钢筋的材料分项系数 狊 如表所示。对于级冷轧带肋钢筋抗拉强度设计值的取值，还考虑了正常使用状态下的裂缝宽度的影响。根据此类钢筋调直后强度稍有降低的试验结果，调直后的抗拉强度设计值作了相应的降低。在国家标准中对同一直径的碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线列有几种抗拉强度，因此本规范在正文表中按不同抗拉强度标准值给出了相应的强度设计值，供设计时采用。在实际工程中，如碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线的强度标准值与本规范正文表的规定不符时，则 表钢筋的材料分项系数项次钢种 狊热轧级钢筋热轧、级钢筋，厘拉级钢筋冷拉、级钢筋，（用于预应力）碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线、冷轧带肋钢筋应对强度设计值另行换算。 （）受压钢筋的强度设计值 受压钢筋强度设计值 狔 采用以钢筋应变 狊 作为取值依据，按 狔 狊 狊 和 狔 狔 两个条件确定，取两者的较小值，受压冷拉钢筋的强度设计值则按未经冷拉的热轧钢筋取用。钢筋的弹性模量 根据国内有关单位的试验研究，将碳素钢丝的弹性模量 狊 由 犿犿 提高为 犿犿 ，其它钢筋的弹性模量 狊 仍采用原规范的规定。根据冷轧带肋钢筋的三种强度级别，直径犿犿，总共个试件的实测结果，其弹性模量变化范围为 犿犿 之间，故取用 狊 犿犿 。基本设计规定一般规定原规范是采用以单一安全系数表达的极限状态设计方法。本规范则按水工统标规定，采 用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，并据此采用个分项系数（结构重要系数、设计状况系数、材料性能分项系数、作用分项系数、结构系数）的设计表达式进行设计。这几条的内容均系按水工统标的规定给出的。 ：水工混凝土结构设计规范条文说明对结构构件的计算和验算内容与原规范基本相同，设计时应根据不同设计状况，考虑不同的结构体系及相应的作用（荷载）效应组合，进行一种或二种极限状态设计。 对于本规范正文表中规定的各级水工建筑物的结构安全级别，也可根据工程实际情况和设计传统习惯选用。预制构件的吊装验算，应根据吊装的具体情况考虑构件自重的动力系数，必要时还应考虑 构件吊装受力不均匀的影响。吊装荷载是属于短暂出现的设计状况，应取用短暂设计状况系数进行计算。水工建筑物的结构形式和受力特征比较复杂，如坝内孔口、坝后混凝土背管、蜗壳等，这些 结构不宜或不能用结构力学方法求其内力，而是通过弹性力学（包括弹性力学有限元法）或模型试验等手段来计算或测得其弹性应力图形，并按此配置钢筋。按应力图形配筋方法是一种近似的方法，一般偏于安全。根据当前国内外规范的发展趋势及工程上的实际应用，本规范认为也可采用钢筋混凝土有限元分析方法进行分析和配筋。由于某些水工混凝土结构尺寸较大，温度变化对其影响很大。工程实践表明，合理的构造 措施和温度应力分析对截面尺寸较大的水工混凝土结构十分重要。因此，本规范增补第章“温度作用设计原则”，对原规范第条进行了增补和修改。对于重要工程的结构构件，如水压力渗透至裂缝会使结构的整体性受到破坏时，则应考虑 作用在裂缝中的渗透压力。渗透压力的计算图形和面积系数应根据专门的设计规范确定。截面承载力计算考虑渗透压力后，相应的结构系数 可适当降低。结构的裂缝控制和耐久性要求与结构所处环境条件有关。原规范把环境条件分为水下、 水位变动区与水上三类，不能充分反映环境条件对结构（特别是钢筋锈蚀）的实际影响。国标规范只把环境分为室内与露天两类，也不适合于水工建筑物。欧洲混凝土协会规 范把环境条件分为轻微、一般严重和严重三类。国际预应力学会海工规范对海工建筑物则分为水下区、浪溅区与盐雾作用区三类，我国“海港防腐蚀规定”更把海港建筑物分为大气区、浪溅区、水位变动区及水下区四类。港工规范对内河淡水港则分为大气区、水位变动区及水下区三类。 通过分析对比，把所有水工建筑物的环境条件类别划分为一四类，是比较恰当的。不同的环境条件类别，要求不同的耐久性措施，对于处于冻融比较严重的三类环境条件的建筑物，则应按四类条件处理。承载能力极限状态计算规定承载能力极限状态设计表达式是采用作用（荷载）标准值及其分项系数、材料性能标准值及 其分项系数、设计状况系数、结构重要性系数和结构系数表示的。 各分项系数是根据结构功能函数各基本变量的统计参数和概率分布类型，经过可靠度分析，并结合工程经验来确定的。至于缺乏统计资料的部分，则凭工程经验确定。 （）结构重要性系数用来考虑水利水电工程结构及构件的重要性和失事后果，对应于结构安全级别的不同，应分别取用不同的结构重要性系数。其值由水工统标规定。 （）设计状况系数用来反映结构不同设计状况应有不同的目标可靠指标，对应于持久状况、短暂状况、偶然状况，应分别取用不同的设计状况系数。 （）作用（荷载）分项系数用来考虑作用（荷载）对其标准值的不利变异，主要是超载系数的概念，其值一般由水工建筑物荷载设计规范给出。 作用（荷载）分为永久作用、可变作用和偶然作用三大类。自重、岩土压力、预应力等属：水工混凝土结构设计规范条文说明于永久作用，校核洪水时的水压力、地震属于偶然作用，其他则属于可变作用。 永久作用（荷载）中的自重等恒载，变异性很小，统计分析表明可取 。可变作用（荷载）的变异性较大，因此，相应的分项系数 就应具有较大的数值，大体上在左右。但在水工建筑物中某些可变荷载是能够严格控制使其不超出额定值的，如水电站厂房中的吊车轮压是根据制造厂家的铭牌额定值确定的，没有异常超载的可能；水电站厂房安装间有严格控制标准的堆放荷载等，也都没有异常超载的可能，因此对这类可严格控制使其不超出规定限值的可变作用（荷载），其分项系数 可取较小的数值。对于不同变异性质的作用（荷载）采用不同的分项系数，体现了水工统标的可靠度设计原则，比原规范笼统地采用同一安全系数有了较大的改进。 但在按本规范进行结构构件计算时，为了避免材料用量与历史水平相比有过分的减少，以及保证必要的设计可靠度，本规范同时又规定了：对一般可变作用（荷载），分项系数应取为不小于；对可以严格控制其不超过额定值的可变作用（荷载），其分项系数应取为不小于。 对水工建筑物荷载设计规范未作具体规定的作用（荷载），如车辆荷载等，其分项系数可按本规范附录中表采用。它们是按概率方法优化计算并考虑工程经验选定的。优化计算的原则是：对各种结构构件，在不同的荷载效应组合及不同的荷载效应比值下，按所选定的荷载分项系数 、 进行设计时，在可靠指标与规定的目标可靠指标最为接近的条件下，要使各种构件在不同作用（荷载）效应组合下的结构系数 尽可能相等或相近。本规范采用的 比值，与国内外有关规范的比值是比较接近的。应注意，本规范 、 的含意和取值，与混凝土结构设计规范（）及建筑结构荷载规范（）规范中的 、 是完全不同的，不能混淆。后两本规范中没有结构系数 ，计算模式的不定性及其它一些影响可靠度的因素均归入 、 。根据水工统标，偶然作用的分项系数 取为。（）材料性能分项系数用来反映材料实际强度对所采用的材料强度标准值的不利变异。其取值见本规范的条文说明。 （）结构系数是用来反映作用（荷载）效应计算模式的不定性和抗力计算模式的不定性，并考虑上述作用（荷载）分项系数和材料强度分项系数未能反映的其它不定性。 本规范所给出的结构系数是采用可靠度分析方法，利用事先选定的作用（荷载）与材料性能分项系数，根据给定的目标可靠指标，以各种结构构件在不同材料和不同作用（荷载）效应组合情况以及不同的可变作用与永久作用效应比值下，都是最佳地逼近目标可靠指标，利用最小二乘法的优化原理得到的。同时考虑按本规范设计的结构构件的用钢量与原规范相比，变化不致波动过大，对最后所得到的优化的结构系数进行了适当的合并与调整。 对承受永久作用为主的构件，为了保证用钢量不致减少过多，结构系数 可按本规范条文的表中数值增加。但对承受土重和土压力为主的构件可不增加。这里永久作用为主是指其作用效应与所考虑的作用效应组合值的比值达到及以上的情况。 关于素混凝土