第11卷2023年第2期2月中國水運chinawatertransportvol.11
februaryno.22011
受損混凝土水閘結構極限承載能力評價方法研究
蔣東娥，教世濤，張永強，劉志奇
（水利部河北水利水電勘測設計研究院，河北石家莊050081）
摘要：混凝土水閘結構在長期的使用過程中，在自然界的物理、化學作用下，材料與功能均會出現不同程度的損
傷，這種損傷必然造成結構承載力的變化。隨著人們對結構安全性要求的不斷提高，受損混凝土水閘結構的極限承載力評價越來越得到廣大工程技術人員的關注。文章根據研究成果總結得出受損混凝土水閘結構極限承載能力評價方法，為工程實用提供了一條有價值的途徑。
關鍵詞：受損混凝土；水閘；極限承載能力；評價中圖分類號：tv431
文獻標識碼：a
文章編號：1006-7973（2011）02-0241-02
階段裂縫的開展寬度，提出了通過裂縫開展情況來判斷承載能力狀況的方法，並根據試驗資料驗證了理論推導的正確性，通過分析裂縫開展同混凝土承載率的關係，提出了用裂縫開展狀態來計算承載能力狀態的關係式。長安大學的賀拴海[6]曾提出鋼筋混凝土梁式結構的損傷元評估方法，根據試驗資料，建立了通過裂縫開展情況預估鋼筋混凝土梁受壓區高度、配筋率及極限彎矩值的結構效能**模型；並且文獻[5提出了依據裂縫分布進行承載力評定的步驟。也可按照其裂縫表面特徵來推斷結構的極限承載能力：
一是細小裂縫，即縫寬很小，長度短而淺；二是中等寬度裂縫，其寬度在0.2mm左右，長度侷限於荷載作用下的受拉區，具有一定的深度；三是通縫，縫寬較大，一般超過0.3mm，裂縫已貫穿全部截面或大部分截面。
前兩種裂縫主要對結構的耐久性造成影響，對承載力影響不大，但結構貫穿性裂縫的出現表明該結構構件已經破壞，失去了繼續承擔荷載的能力，造成結構極限承載能力的本質改變。
以上兩種方法，都要耗費大量的人力和物力，並且根據裂縫分布對結構的極限承載力進行評價，其可靠性還有待進一步的研究。因此，本文提出了受損混凝土水閘結構極限承載能力優化評價方法。
二、受損混凝土水閘結構極限承載能力評價方法影響水閘結構的極限承載力的因素不外乎混凝土碳化、保護層厚度變化、鋼筋鏽蝕、混凝土強度變化等。因此，根據以上的研究成果以及以往對結構極限承載力評價的不足，本節針對一些結構工程資料儲存良好的水閘，提出受損混凝土水閘結構極限承載能力評價方法，研究成果可供實際工程參考。
1．初步調查
要進行水閘結構的極限承載能力評價，首先要對評價的物件進行初步調查，其主要包括以下幾個方面：
（1）結構的設計施工（包括各構件截面尺寸、截面配筋率、材料強度等級、原設計保護層厚度等）、使用情況以及結構的工程地質情況；（2）結構的使用環境，主要包括濕度、溫度、侵蝕性物質等；（3）結構的目標使用期以及使用要求等。
2．材料損傷情況計算分析
根據本文提出的受損混凝土水閘結構材料耐久性變化規
水閘結構效能是否滿足既定功能要求，關係到水閘的報廢與否、加固方法、後期養護及抵擋洪水能力等。結構極限承載能力評價更是結構效能評價的核心。文章針對受損混凝土水閘結構極限承載能力展開研究。
以便充分了解水閘的工作性態，
為水閘結構的後續使用以及加固維修提供可靠的理論依據。
一、以往受損混凝土結構極限承載能力評價1．傳統的受損混凝土結構極限承載能力評價方法影響極限承載力的因素有很多，如混凝土碳化、鋼筋鏽蝕、裂縫以及承載力計算模型的不定性等等，這些因素會隨著時間的變化而不斷變化。因此，要對受損混凝土結構的極限承載能力進行正確評價，就要及時掌握各影響因素的變化情況。對於工程資料儲存完好的混凝土結構，極限承載能力可按下列步驟進行評價：
（1）工程初步調查：結構的工程地質、設計施工（包括各構件截面尺寸、截面配筋率、材料強度等級、原設計保護層厚度等）、目標使用要求以及使用環境等情況；
（2）制定詳細的檢測內容和檢測方案：根據初步調查的結果，研究和制定檢測的內容、檢測計畫以及檢測方法。檢測內容和檢測方案主要是滿足極限承載力評價所需的引數；
（3）現場檢測：依據相應的規範規程對各構件的混凝土碳化深度、混凝土保護層厚度、鋼筋鏽蝕率、混凝土強度以及裂縫分布情況進行現場檢測；
（4）極限承載力分析評價：根據以上方法可以測量和分析得到結構的有關效能引數，包括保護層厚度、混凝土碳化深度、鋼筋鏽蝕率以及混凝土強度等。結合相關的研究成果可以對受損混凝土結構的極限承載能力做出乙個比較有效的評價；
（5）撰寫極限承載力評價報告：評價的目的和內容、結構損傷情況、分析評價結果以及結構處理意見。
2．裂縫分布狀態推定結構的極限承載能力
對於原始資料散失的混凝土結構，甚至有些結構並未按圖紙進行施工，其極限承載力可根據裂縫情況進行評價，因為裂縫是鋼筋混凝土結構損傷的最直接的外觀反應，通過對裂縫特徵的綜合分析，可以對混凝土結構的極限承載能力做出評價。其中文獻[5]根據鋼筋混凝土理論計算推導了各受力
收稿日期：2010-11-29
作者簡介：蔣東娥（1985-），女，河北省石家莊人，河北省水利水電勘測設計研究院，主要從事水利水電設計工作。
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律的統計結果，結合初步調查結果對評價物件的損傷情況進行分析計算，其主要包括：
（1）混凝土碳化深度；（2）保護層厚度變化情況；（3）鋼筋鏽蝕量；（4）當前受損狀態下混凝土強度；（5）裂縫分布情況。
3．各構件極限承載能力評價
依據前兩步的分析結果，運用有限元軟體ansys（或者根據實際的構件截面尺寸和材料強度運用相關的計算公式進行計算）對水閘各構件的極限承載力進行評價。
4．整體結構極限承載能力評價
以構件截面極限承載力為結構區域性失效破壞最大內力，運用ansys（或者其它有限元軟體）對整體結構的極限承載能力進行評價。
5．撰寫極限承載力評價報告
根據以上分析結果撰寫極限承載力評價報告，主要包括：（1）評價的目的和內容；（2）混凝土結構材料損傷情況（混凝土碳化深度、保護層厚度變化、鋼筋鏽蝕率、混凝土強度等）；（3）各構件極限承載力評價結果；（4）整體結構極限承載力評價結果；（5）結構處理建議。
三、受損混凝土水閘結構極限承載能力評價流程圖根據前面敘述的方法，現總結歸納出受損混凝土水閘結構極限承載能力評價流程圖如圖1所示。
四、結語
文章提出了受損混凝土水閘結構極限承載能力評價方法。此方法無需對受損混凝土水閘結構進行現場安全檢測，只需要掌握水閘的初始設計資料。不僅簡便可行，而且節約（上接第240頁）
④鋼筋籠安裝及砼澆築
鋼筋籠長約10m，直徑為1.26m,單個鋼筋籠重約1.3t。
鋼筋籠在後場製作，用駁船運至前場，多供功能作業船下放。每根嵌巖樁入巖深度按規範要求的3倍直徑即4.5m控制，本工程取5m，混凝土澆築長度取10m。
砼方量不大，為17.5m3，砼由水上攪拌船生產，用導管澆築，其工藝均為常規工藝，這裡不再詳述。用同樣的施工工藝施工東側7#-10#平台樁。
3．其它鋼管樁施工
起始平台樁施工完畢，拆除貝雷桁架前兩節貝雷貝雷片，在2#和4#樁上開槽口安裝下橫樑作為懸臂貝雷桁架梁的前支點。懸臂貝雷桁架梁接長採用單組接長，一次性接長4節，使貝雷桁架梁總長達到32m。接長在風浪小的時候，具體辦法是：
採用「兩點吊」吊起拼裝好的單組貝雷桁架梁（重約3.6t），在其中乙個吊點設定5t手拉葫蘆以調節待接的貝雷桁架梁的豎向角度，在尾端設定纜繩調節水平角度；吊起後緩慢接近要安裝前端，在孔位基本重合時插入特製撬棍（直徑遠小於孔徑）；然後利用葫蘆和纜繩進行微調，在兩個孔徑完全重合的瞬間打入貝雷片聯接銷。
4組貝雷桁架梁接長後，用l75×75×8mm角鋼聯接成乙個整體，在上面安裝定位架，作為5#-6#樁沉樁導向和臨時穩樁構件，沉樁完畢後在上面部分區域鋪上型鋼和鋼板
作為沖孔平台。
了大量的人力和物力，評價結果能夠客觀真實的反映混凝土水閘結構的極限承載能力，相比其它評價方法更具有經濟價值和實用價值。
受損混凝土水閘結構前期檢測資料材料耐久性規律的分類統計分析
碳保鋼化護筋混裂凝深層鏽縫土分度厚蝕強布模度量度規型
變模變律化型
化構件截面極限承載能力評價整體結構極限承載能力評價
評價結果及合理化建議
圖1受損混凝土水閘結構極限承載能力評價流程圖
參考文獻
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徵與損傷評估方法試驗研究[j].土木工程學報，2003，2，（36）：6-9.
鋼管樁聯接好後，在貝雷桁架梁上安裝衝擊鑽，進行沖孔，下鋼筋籠和澆築水下砼，其工藝同1#~4#沖孔錨固。其它鋼管樁施工工藝參照5#--6#鋼管樁施工。
五、施工重難點及其對策
15#墩及其附近區域為淺覆蓋層，最淺處僅2公尺；水深較深，最小達28.15公尺；又是在海上惡劣的環境中，該區域棧橋及鑽孔平台搭設施工有一定的難度。
1．施工重難點
①該區域地質資料不是很詳細準確，給施工帶來諸多的不確定因素。
②海壇海域風浪潮差較大，施工環境惡劣，馬上就要面臨夏季颱風期，保證臨時結構安全尤其重要。
③施工工藝轉換較多，工期緊，必須在颱風來臨前施工完畢。2．相應對策及注意事項
①現場施工要根據具體問題具體分析，沉樁時做好詳細沉樁記錄，如地質和設計不符，立即和施工負責人及總工協商採取相應的措施。
②每次沖孔之前，檢查貝雷桁架梁是否穩固，平聯焊接是否符合要求，否則需加固至穩定後才准沖孔。
③為了加快施工進度，樁基砼適量摻入早強劑，使已施工嵌巖樁盡早參與受力。
④衝擊鑽機建議採用質量輕衝擊鑽，數量1-2臺，並可
進度適當增加。
水閘的結構
簡介關閉閘門，可以攔洪 擋潮 蓄水抬高上游水位，以滿足上游取水或通航的需要。開啟閘門，可以洩洪 排澇 衝沙 取水或根據下游用水的需要調節流量。水閘在水利工程中的應用十分廣泛，多建於河道 渠系 水庫 湖泊及濱海地區。沿革 中國修建水閘的歷史悠久。西元前598 前591年,楚令尹孫叔敖在今安徽省壽縣建芍...
水閘結構驗收小結監理
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沿海水閘混凝土碳化壽命的可靠度分析
作者 黃文濤 居業 2017年第01期 摘要 沿海水閘靠近海洋環境，混凝土結構長期受到氯離子侵蝕和碳化共同作用，其耐久性問題更為突出。在菲克穩態擴散定律的基礎上，在獲得現場實測的小樣本數碳化資料後，採用可靠度分析方法，混凝土結構的剩餘壽命。結果表明檢測的水閘碳化深度小於保護層厚度，且 剩餘壽命非常樂...