水工钢结构

水工钢结构（精选12篇）

水工钢结构 篇1

钢结构在水利工程中的应用广泛, 比如水工建筑物中大量采用的钢闸门、阀门、拦污栅、船闸闸门、升船机和钢引桥等。由于空气和水中含有各种化学介质, 如果钢结构表面未采取防腐措施, 则会发生锈蚀, 特别是水工建筑物中的钢结构常处于水下或干湿交替的环境中, 更易发生化学变化, 腐蚀更加严重。腐蚀不仅会削弱钢结构截面的承载能力, 还会产生局部锈坑, 形成应力集中, 进而降低正体结构的承载能力, 引发结构脆断。因此, 开展水工钢结构的腐蚀防护研究非常重要, 从而确保水工钢结构的完整性, 延长其使用寿命。

1 水工钢结构腐蚀的原理和影响因素

1.1 腐蚀原理

腐蚀是指物质与外部介质发生化学作用而产生的破坏现象。腐蚀的形式主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程;电化学腐蚀是指不纯的金属与电解质溶液接触时发生的原电池反应, 比较活泼的金属会因失去电子而被氧化。水工钢结构的腐蚀多属于电化学腐蚀。

1.2 影响因素

1.2.1 钢结构所处环境

比如, 水工钢闸门常处于水下或半水下的干湿交替环境, 易发生电化学腐蚀现象;空气中的介质会与暴露在外的钢材发生化学反应。

1.2.2 水质影响

水中含有一些侵蚀性的介质, 特别是海水中含有较多的氯离子, 其对钢材的腐蚀影响非常大。此外, 水工钢结构的腐蚀具有连续性, 水流的流动会加快腐蚀速度。

1.2.3 钢结构自身的状态

由于钢材中含有铁以外的其他元素或杂质, 特别是合金钢中含有合金元素, 其会引起钢材腐蚀;钢材表面的粗糙度、裂纹和机械损伤等对腐蚀的影响较大。

2 水工钢结构防腐蚀措施分析

2.1 防腐蚀的原理

钢结构的防腐可从腐蚀因素入手, 从而抑制腐蚀过程的发生, 比如控制钢材表面质量、通过某种途径将金属与介质隔绝、寻找牺牲品和延缓腐蚀速度等。因此, 钢结构防腐蚀的原理为在考虑经济成本的前提下, 通过各种途径抑制腐蚀过程的某一个环节或整个过程。

2.2 防腐蚀措施

2.2.1 表面预处理

金属结构在涂装前应先将钢材表面的锈蚀、油渍和污物清除干净, 并做好干燥处理。喷射清理后, 金属表面的清洁度等级不应低于GB8923中规定的Sa2.5级;表面粗糙度Rz应依据涂层类别确定, 通常为40~150μm。

2.2.2 涂料保护

防腐涂料的品种很多, 主要有油脂漆、环氧树脂漆、沥青漆、氯化橡胶漆和船体防锈漆等。防腐涂层一般由底漆、中间漆和面漆三部分组成。其中, 底漆应具有良好的附着性、耐蚀性;面漆应具有良好的耐侯性、耐干湿交替性;中间漆应能提高底漆和面漆的黏合性。实践表明, 水工钢结构防腐单采用涂料保护的效果并不理想, 保护周期多为3~5年。

2.2.3 金属热喷涂与涂料联合保护

金属热喷涂保护系统包括金属喷涂层和涂料封闭层。目前, 水工钢结构主要采用热喷镀锌或铝, 它是一种通过专用设备将锌丝、铝丝熔融喷射到钢材表面形成的镀层。实践证明, 在淡水环境中喷锌 (锌铝合金) 比喷铝 (铝合金) 具有更稳定的保护效果。对于重要零件, 比如闸门轮轴等可采用镀铬, 将钢材表面同周围介质隔绝。在金属喷镀后覆盖一层涂料防护的保护周期一般为10~15年, 在氯盐侵蚀严重的沿海地区也可达10年以上。

2.2.4 阴极保护技术

阴极保护技术包括外加电流和牺牲阳极两种方法, 其原理是通过外加电流或牺牲阳极的溶解使被保护的金属电位降至腐蚀电位以下, 从而避免腐蚀。外加电流阴极保护受运行和水位的影响较大, 且维护管理复杂;牺牲阳极阴极保护在各种水环境下都可应用, 施工、维护方便, 应用较广。常用的牺牲阳极材料有锌基、铝基和镁基合金。该方法在海水防腐中应用广泛, 比如在沿海挡潮闸钢闸门、海上采油平台水下钢管结构等中的应用。此外, 牺牲阳极阴极保护应与涂料保护联合使用。

2.2.5 添加合金元素

在钢材中加人适量的Cr、Ni等合金元素可提高金属的抗腐蚀能力。实践证明, 钢在大气、水等弱介质中, 耐蚀性随钢材中Cr含量的增加而增强, 当其含量达到一定比例时, 钢的耐蚀性会发生突变, 即从易生锈到不易生锈。而Ni元素可改变Cr的组织性能, 从而提高钢材的耐腐蚀性能。

2.2.6 包覆防蚀技术

我国从国外引进了一种新型包覆技术, 即在被保护钢材表面包覆可延缓或防止钢材腐蚀的材料, 其比较适用于形状规整、面积较大和易包覆的钢材。但该技术目前尚未成熟, 有待进一步研究。

2.3 选用原则和质量控制

选择水工钢结构的防腐蚀方案应按照“等效防腐”的原则, 即水工钢结构的各个部位应具有相同的保护年限, 同时, 应根据钢结构的使用环境、运行状况、维护管理条件和经济条件等综合选定。涂层防腐不受钢材形状和环境的制约, 因而被广泛应用, 应根据钢结构的材质及其所处的介质选取涂料, 其与金属热喷涂或牺牲阴极保护联合应用的效果更佳。

影响水工钢结构防腐蚀涂层寿命的主要因素是表面预处理质量, 其影响程度可达49.5%.因此, 在钢材表面预处理中, 应控制好钢材的表面清洁度、表面粗糙度, 表面清洁度较多采用Sa2.5级为标准。此外, 为了保证防腐蚀的质量, 施工单位、质检员和操作工人等均应具备相关专业知识, 且应持证上岗。

3 结束语

腐蚀是钢结构应用中的一大缺陷, 合理的防腐蚀措施是延长水工钢结构使用寿命的关键。在选择防腐蚀方案时, 应根据钢结构的工作环境、材料性能和设计要求等综合比选, 从而使钢结构的应用达到安全、经济和长效的目标。此外, 国内仍需继续加大对金属结构长效防腐的研发力度。

水工钢结构 篇2

增大截面加固法：用同种材料加大构件截面面积，提高承载力

外粘型钢加固法：在混凝土构件四周粘贴型钢，显著提高承载力

预应力加固法：采用外加预应力的钢拉杆或撑杆，使加固与卸载合二为一

增设支点加固法;增设支点减小结构构件的计算跨度或变形，改变传力途径

粘贴钢板和纤维复合材料: 在混凝土表面用结构胶粘贴钢板或纤维复合材料，提高承载力

2、轻质高强的材料有哪些？

答：新型岩棉板、酚醛板、泡沫玻璃板建筑材料是区别于传统的砖瓦、灰砂石等建材的建筑材料新品种，包括的品种和门类很多。从功能上分，有墙体材料、装饰材料、门窗材料、保温材料、防水材料、粘结和密封材料，以及与其配套的各种五金件、塑料件及各种辅助材料等。

3、预防构件裂缝的其他措施？

选用水化热低的水泥，非活性骨料，选用级配优良、含泥量低的砂、石骨料。

大体积混凝土施工采取合理分层、分块、分缝措施。科学确定配合比，掺加减水剂，控制水泥用量，减小水化热。浇筑时加强振捣，提高密实度，可采用二次振捣。及时抹压表面，加强养护，适当延长养护时间。安排合理的拆模时间及顺序。

葛洲坝水利枢纽它位于中国湖北省宜昌市境内的长江三峡末端河段上，距离长江三峡出口南津关下游2.3公里。它是长江上第一座大型水电站，也是世界上最大的低水头大流量、径流式水电站。1971年5月开工兴建，1972年12月停工，1974年10月复工，1988年12月全部竣工。坝型为闸坝，最大坝高47米，总库容15.8亿立方米。总装机容量271.5万千瓦，其中二江水电站安装2台17万千瓦和5台12.5万千瓦机组；大江水电站安装14台12.5万千瓦机组。年均发电量140亿千瓦时。首台17万千瓦机组于1981年7月30日投入运行。[1] 葛洲坝工程具有发电、改善航道等综合效益。电站装机容量271.5万千瓦，单独运行时保证出力76.8万千瓦，年发电量157亿千瓦·时（三峡工程建成以后保证出力可提高到158万~194万千瓦，年发电量可提高到161亿千瓦·时）。电站以500千伏和220千伏输电线路并入华中电网，并通过500千伏直流输电线路向距离1000公里的上海输电120万千瓦。库区回水110～180公里，使川江航运条件得到改善。水库总库容15.8亿立方米，由于受航运限制；2013年无调洪削峰作用。三峡工程建成后，可对三峡工程因调洪下泄不均匀流量起反调节作用，有反调节库容8500万立方米。[2] 云南小湾水电站

中国水电建设史上建设规模仅次于长江三峡电站工程、设计装机容量四百二十万千瓦、年发电量一百九十亿千瓦时的小湾水电站今天（25日）中午12：30实现并网发电。

云南小湾水电站位于云南省大理白族自治州南涧县和临沧地区风庆县交界处，是澜沧江上的第三座梯级电站，总投资超过400亿元，历时10年时间建设。据中国华能集团公司副总经理那希志介绍，小湾工程坝高294.5米，是世界首座300M级混凝土双曲拱坝。其规模之大、施工难度以及运用的技术之多，均属世界之最。

作为西部大开发和“西电东送”工程的重要建设项目，小湾水电站以发电为主，兼有防洪、灌溉、拦沙及航运等综合利用效益，是具有多年调节性能的龙头水库，可以极大改善云南水电站群的调节性能，提高水电站枯期保证出力和电量，使枯期和汛期电量趋于平衡。小湾水电站在保证发电的同时，还可调节下游已建、在建和拟建中的漫湾、大朝山、景洪等多座电站的汛期和枯期发电用水。

哈利法塔（阿拉伯文：جرب ةفيلخ‎，拉丁化：burj khalifah‎，英文：Khalīfa tower），原名迪拜塔，又称迪拜大厦或比斯迪拜塔，是世界第一高楼与人工构造物。哈利法塔高828米，楼层总数162层，造价15亿美元，大厦本身的修建耗资至少10亿美元，还不包括其内部大型购物中心、湖泊和稍矮的塔楼群的修筑费用。哈利法塔总共使用33万立方米混凝土、6.2万吨强化钢筋，14.2万平方米玻璃。为了修建哈利法塔，共调用了大约4000名工人和100台起重机，把混凝土垂直泵上逾606米的地方，打破上海环球金融中心大厦建造时的492米纪录。大厦内设有56部升降机，速度最高达17.4米/秒，另外还有双层的观光升降机，每次最多可载42人。哈利法塔始建于2004年，当地时间2010年1月4日晚，迪拜酋长穆罕默德·本·拉希德·阿勒马克图姆揭开被称为“世界第一高楼”的“迪拜塔”纪念碑上的帷幕，宣告这座建筑正式落成，并将其更名为“哈利法塔”。

加拿大国家电视塔（the CN Tower）又译加拿大国家塔、西恩塔，位于加拿大安大略省多伦多。1995年，被美国土木工程协会（英文：American Society of Civil Engineers）收入世界七大工程奇迹，同时是世界名塔联盟（英文：World Federation of Great Towers）的成员

mitre gate 左右两扇门叶分别绕水道边壁内的垂直门轴旋转，关闭水道时，俯视形成“人”字形状的闸门。mitre gate 左右两扇门叶分别绕水道边壁内的垂直门轴旋转，关闭水道时，俯视形成“人”字形状的闸门。人字闸工作时，两扇门叶构成三铰拱以承受水压力；水道开时，两扇门叶位于边壁的门龛内，不承受水压力，处非工作状态。人字闸门一般只能承受单向水压力，而只能在上、下游水位相等，静水状况下操作运行，最用于通航河道的船闸，作为工作闸门布置在上、下闸首。

水工钢结构 篇3

关键词：水工；钢筋混凝土结构；钢筋锈蚀；防治

一、钢筋锈蚀破坏机理及主要影响因素

1.1 钢筋锈蚀机理

水工钢筋混凝土结构中存在Ca（OH）2及其它碱性物，pH值约为12.5，钢筋在混凝土的强碱性环境中，表面形成的钝化膜可阻止钢筋腐蚀，因而质量良好、没有裂缝的钢筋混凝土，钢筋基本上不发生腐蚀[1]。当钢筋表面的钝化膜受到破坏，组成钢筋的Fe元素就容易腐蚀，钢筋表面有溶解氧的水分存在时，产生电化学反应过程，发生Fe（钢筋）电离的阳极反应和溶解氧还原的阴极反应，钢筋锈蚀即为钢筋中的Fe元素发生电化学反应，在钢筋表面形成由Fe的多种氧化物及水合物组成的铁锈混合物的过程[2]。

1.2 钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构的破坏

钢筋混凝土结构中的钢筋发生锈蚀以后，铁锈的体积是钢筋体积的2～4倍，在钢筋与四周混凝土交界面上产生钢筋锈胀力，混凝土保护层因受拉而出现开裂，进一步加剧锈蚀，钢筋的有效面积减小、强度降低导致结构承载力下降。当预应力钢筋局部受损发生坑锈蚀时，由于结构截面小而钢筋工作应力高，极有可能发生突然断裂，对结构安全造成极大威胁。另一方面，锈蚀钢筋的抗滑移能力降低，有可能导致结构出现滑移破坏[3]。水利部2014年1月发布《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》（SL654—2014），提出了水利水电工程及其水工建筑物的合理使用年限，是在正常设计、正常施工、正常运行使用和规定的维修下应达到的最低使用年限，而当混凝土结构出现严重钢筋锈蚀破坏后，工程或建筑物难以满足规范规定、不能达到合理使用年限，降低了预期投资效果。

二、促使钢筋发生腐蚀破坏的常见原因

2.1 工程设计阶段

对外部环境不利因素考虑不足或对应环境类别的水工混凝土结构设计安全等级不足，在超负荷荷载作用下，混凝土结构构件产生裂缝或钢筋混凝土结构不能有效应对不利环境的侵蚀，混凝土耐久性降低而逐渐造成钢筋锈蚀。

2.2 混凝土配合比设计时

处于碳化、氯化物、化学腐蚀及碱活性骨料等不利环境时，在满足强度、抗冻、抗渗等主要指标的前提下，对外界不利环境的研究或经验不足，造成水灰比、水泥品种及用量、外加剂等不能完全满足混凝土耐久性设计要求，不利条件下降低了混凝土对钢筋的保护作用，引起钢筋锈蚀。

2.3 水工混凝土结构施工时未按设计或规范进行作业

水工混凝土结构施工时未按设计或规范进行作业，产生使钢筋锈蚀破坏的不利条件，使钢筋暴露在空气和外界不利条件下发生锈蚀，形成的主要原因有：①工程重要部位（如闸井、挡水拱坝、泄洪洞、渡槽）钢筋混凝土浇筑过程中，施工缝面处理不当，浇筑层面未按规范做凿毛、冲洗、界面浆处理；或连续浇筑的混凝土，不能保持混凝土浇筑的连续性，新旧混凝土结合不紧密形成施工缝，留下钢筋锈蚀破坏隐患；②工程地质勘察的内容和深度不满足建筑物耐久性所需的地质基本资料要求或由于基础施工处理不符合要求，产生基础不均匀沉降，水工混凝土结构受力不匀引起裂缝，逐渐形成钢筋锈蚀破坏；③由于混凝土施工后水泥水化热过大，混凝土表层未作妥善温度养护处理，因温度应力造成混凝土结构出现裂缝，形成钢筋锈蚀条件；④混凝土结构在施工过程中，保护层厚度不够、施工中钢筋偏位，混凝土浇筑振捣不足或过振、混凝土产生蜂窝、狗洞等质量问题，使混凝土对钢筋的保护作用减弱或丧失，耐久性降低而留下钢筋锈蚀破坏隐患；⑤混凝土施工中由于措施不当产生裂缝，如：混凝土施工分缝留缝位置不当或拆模板过早或养护不力造成表面干缩裂缝等。

2.4 外部不良环境改变对混凝土结构的破坏作用

外部条件变化后，环境水水质出现改变、周围介质的有害成分增多，如氯离子（Cl-）、硫酸根（SO42-）及硫离子（S2-）、磷（P2-）等有害元素含量超过混凝土构件的设计使用条件范围，使混凝土对钢筋的保护作用降低逐渐引起钢筋锈蚀破坏。

三、钢筋锈蚀的防治措施

3.1 合理提出混凝土设计指标

根据《水工混凝土结构设计规范》（SL191—2008）要求，按照水工混凝土结构所处的环境条件提出相应的耐久性要求，分别做好混凝土强度、抗冻、抗渗、抗侵蚀、抗冲刷等耐久性指标的确定，可根据结构保护措施的实际情况及预期的施工质量控制水平，将环境类别适当提高，以保证结构耐久性和使用年限；选取不小于规范的混凝土保护层厚度，合理使用年限150a的，专门研究确定保护层厚度。

3.2 在不同环境，混凝土给予适当的配合比工艺

对混凝土中氯化物的含量应严格限制，预应力混凝土中不得掺用氯盐；降低混凝土的水灰比，降低混凝土的透水系数有助于提高钢筋的抗蚀性；对于接触侵蚀性介质的结构，应采用抗侵蚀性水泥；对于不得不使用碱活性骨料的混凝土结构，采用低碱水泥、加入足量的粉煤灰、矿渣等掺合料等抑制碱骨料反应措施；水流冲刷剧烈部位的水工混凝土结构，在混凝土中掺入硅粉提高抗冲耐磨性能，增加混凝土的耐久性。

3.3 混凝土对钢筋有很好的保护作用

施工中提高混凝土的浇筑质量是最简单有效的方法。在混凝土浇筑前做好钢筋绑扎、模板支立等准备工作，按设计预留好混凝土保护层厚度；混凝土浇筑中，避免发生混凝土裂缝、混凝土密实度不好等混凝土质量缺陷，提高混凝土密实性，降低渗透性、抑制氧和水分的进入，防止钢筋锈蚀；根据外界温度，采取适当的保温或降温、保水养护控制措施，避免出现温度裂缝。

3.4 加强工程检查和维修养护

对于已发现混凝土结构构件出现的钢筋锈蚀破坏问题，应积极查找原因并加以防治，避免扩大；对于因周围环境变化可能对水工钢筋混凝土结构形成的有害因素，要及早发现及时采取对策，及早消除影响，有条件的地区，建议逐步建立起水利水电工程钢筋混凝土不良影响预警预报系统。

四、结束语

水工钢筋混凝土结构耐久性正受到越来越多的重视，然而由于水工建筑物所处环境复杂，而我国又是一个地域辽阔的国家，各地环境又有很大差别，因此，水工的耐久性问题得到根本解决尚需时日。水工钢筋混凝土结构钢筋锈蚀破坏除要投入巨额资金维修外，还严重威胁人民生命财产安全，无论是水利水电工程设计、施工、建设和运行管理，都应深刻认识其形成机理、原因并掌握其基本防治措施。

参考文献：

[1]沈金红. 水工少筋混凝土结构配筋设计方法[J]. 治淮，2015，02：27-28.

水工钢结构 篇4

水工钢结构的主要任务是掌握常用结构钢的工作性能、钢结构的连接设计、钢结构各类构件的基本设计原理以及结合水利工程专业的要求理解平面钢闸门的设计原理与方法, 使学生对于常见的水工钢结构具有初步的设计能力, 为从事水利水电工程专业的工作及科学研究打下必要的基础。

水工钢结构作为水利水电工程专业主要的专业课程之一, 因历史原因, 一直未得到重视, 造成钢结构人才相对短缺。目前钢结构课时少, 且知识点多、公式多, 学生普遍反映难度较大[3]。学生对于单个构件 (如梁、柱等) 的设计原理理解较为透彻, 但对钢结构的整体设计及其受力性能分析却不知如何着手, 所学理论知识不知如何应用于实际工程当中, 使得所学知识难以致用。为此, 深感高校的“水工钢结构”教学已不能适应目前的钢结构发展形势, 钢结构设计方面的人才培养已不能满足社会需要, 笔者从多年来“水工钢结构”课程的教学与工程实践角度出发, 提出了几点教学体会与改革设想。

一、“水工钢结构”课程教学现状

(一) 课时少, 知识点多

近年来国内很多高校普遍推行的通识教育 (General Education) 源于古希腊的自由教育, 又称“一般教育”。通识教育虽由来已久, 至20世纪末形成了一股声浪巨大的教育思潮。加强通识教育的目的是为专业人才的成长提供更丰厚的土壤, 要求大学生不仅要具有扎实的专业知识背景, 同时也要具有厚基础、宽口径的知识结构, 在学习和工作中不断地扩展知识领域, 成为适应现代社会高速发展的复合型人才。

针对此, 不少大学纷纷推出本科生教学改革方案和各种通识教育课程, 把专业教育的时间推后到高年级和研究生阶段, 使得很多专业课的课时得到不同程度的压缩, 这样一来就会在一定程度上影响本科生专业素质的培养[4]。“水工钢结构”课程亦不例外, 国内高校水利水电工程专业的课时普遍偏低 (见表1) , 且学生普遍认为水工钢结构难度大, 知识点多, 公式多, 难于记忆, 知识难于消化。这两方面的矛盾给水工钢结构的教学与学习带来了新的挑战。

在教学中, 教师要注重钢结构基本概念、原理、方法及适用条件的阐述, 简化烦琐公式的推演 (如梁的整体稳定、梁的局部稳定等内容) , 注重与相关课程 (如材料力学、结构力学、水工建筑物等) 联系和区别的介绍, 避免与相关课程的重复, 适当兼顾知识的系统性。在讲课中, 除了要求熟记的重要公式外, 重点要求学生理解公式的工程背景及其中每个参数的物理含义, 能够熟练地对公式和相关资料加以查找及应用。在期末考核时, 考卷后可附上所用到的较复杂的计算公式及所需资料 (如梁的整体稳定系数、验算刚度所需用到的挠度计算公式等) , 供学生考试时查用。

钢结构的连接是“水工钢结构”课程教学的重点及难点, 该章构造要求、公式多。授课教师应阐明螺栓的布置与排列 (含螺栓间的容许间距) 应满足受力要求、构造要求和施工要求, 抓住从连接破坏形式到计算公式的推导这条主线展开。例如, 对于普通螺栓抗剪的设计, 应首先着眼于普通螺栓受剪破坏的五种可能破坏形式, 即栓杆被剪断、孔壁挤压破坏、钢板被拉断、端部钢板被剪断和栓杆受弯破坏, 其中前三种破坏通过计算防止, 后两种通过构造要求防止, 即端距≥2d0 (d0为螺栓孔直径) 和板叠厚度≤5d (d为螺栓直径) , 这样讲思路清晰, 概念清楚, 便于学生理解后续计算公式。

(二) 实践学时不足

结合我国高等院校扩招后学生的实际情况, 以及对学生的培养目标从精英教育转向大众教育的具体要求, 如何在总学时压缩的情况下, 既为学生打好坚实的专业知识基础, 又为学生毕业后的工作做必要的专业技能培养, “水工钢结构课程设计”是一个很好的途径。课程设计不仅要求学生深刻地理解、掌握、巩固所学钢闸门的基础理论知识, 并且要求学生对所学的知识能融会贯通, 使学生得到工程设计能力的初步培养和训练, 为后续毕业设计及毕业后能快速适应工作打下良好的基础。因此, 如何合理有效地安排课程设计显得至关重要。

“水工钢结构课程设计”是“水工钢结构”教学中一个重要的环节。目前, 西北农林科技大学水利水电工程专业在“水工钢结构”课程结束后, 安排为期一周的课程设计, 要求学生上交一份计算书及一张平面钢闸门的结构施工总图 (A1纸) 。课程设计的目的是运用钢结构的连接计算方法和钢梁等基本构件的设计方法, 结合水利水电工程专业的特点, 紧密联系工程实际, 进行平面钢闸门的设计与计算, 巩固相关理论教学效果, 加强实践能力训练, 系统全面地了解钢结构的整体设计思路、方法和步骤以及运用《钢结构设计规范》 (GB 50017-2003) [5]、行业标准《水利水电工程钢闸门设计规范》 (SL74-2013) [6]和《大型低合金钢铸件》 (JBT 6402-2006) 等规范标准的能力, 进行编写设计计算书、手工绘图等方面的训练。

在一周的课程设计中, 时间短、任务重, 学生普遍反映平面钢闸门结构施工总图的绘制比较吃力, 因为绘制过程中需要有良好的空间想象能力, 而且大多数学生尚未在现场接触过平面钢闸门。这就要求在课程设计前, 安排学生进行平面钢闸门实际工程的参观、认识与学习, 从而让学生充分理解主梁、次梁、横向连接系、纵向连接系、主轮、侧轮、反轮等细部构造, 并了解其连接方式、支撑体系的特点。在课堂教学中, 授课教师还可通过幻灯片介绍国内外一些典型的水工钢闸门工程实例, 以增进学生对构造连接方面的直观认识。在教学实习过程中, 使学生对平面钢闸门的构件类型、截面形式等进一步熟悉, 有机会还可让学生在工程现场绘制各类构件的节点及截面详图, 大大有助于进一步提高学生的兴趣, 提高教学效果。

(三) 教材与参考书较少

教材是供教学用的资料, 是一门课程的核心教学材料, 参考书是教材必要的辅助材料。目前, 土木工程钢结构的教材与参考书琳琅满目, 国内高校广泛使用的教材有:刘声扬主编、武汉理工大学出版社于2010出版的《钢结构———原理与设计》, 戴国欣主编、武汉理工大学出版社于2012出版的《钢结构》 (第四版) [7], 优秀的参考书如姚谏、夏志斌编写的《钢结构———原理与设计》等[8], 以上教材与参考书注重理论与实践相结合, 在保持经典理论基础上, 突出工程应用能力的培养, 条理清晰, 深入浅出。经过几版修订, 其中错误之处非常少, 且紧密结合最新《钢结构设计规范》 (GB50017-2003) 编写, 在国内各高校中使用甚广。

相比之下, “水工钢结构”教材及参考资料相对较少, 这些教材及参考资料对国内水工钢结构事业的发展起到了巨大的推动作用, 对大学生的培养起到了积极作用。目前国内使用的“水工钢结构”教材普遍依据《水利水电工程钢闸门设计规范》 (SL74-95) 和《钢结构设计规范》 (GB50017—2003) 编写, 个别参数的取值甚至取自《水利水电工程钢闸门设计规范》 (SDJ13-78) 和《钢结构设计规范》 (GBJ17-88) , 且个别教材的内容存在不少错误之处, 影响了教材质量, 影响了学生的学习兴趣、热情与积极性。水工钢结构的参考资料目前较少, 且大多资料出版于上世纪八九十年代, 知识的更新相对比较滞后。

目前, 《水利水电工程钢闸门设计规范》 (SL74-2013) 已于2013年11月26日正式实施, 这就要求“水工钢结构”教材及参考书籍的编写与再版依据最新规范, 再版时对于教材中的错误之处应予以勘误与修订。

二、“水工钢结构”课程教学改革的设想

(一) 适当增加授课学时

“水工钢结构”课堂教学是学生获取知识的重要途径, 现今课时少, 而教学内容多, 这就要求教师要精选授课内容, 抓住钢结构设计主线, 凝练知识点。但若学生课后学习主动性不足, 不利用课余时间拓展相关知识点, 学生的专业知识的广度与深度势必受到不同程度的影响。对于水工钢结构课程来说, 32课时完成效果不佳, 造成学生对该门课的印象不深, 客观上形成了钢结构不重要的观念, 这与目前钢结构的蓬勃发展与市场需求相背离。目前, 国内外许多实际工程采用了各种高效钢材, 各类新型结构形式亦相继出现, 如弦支穹顶、索穹顶、张拉整体、树状柱钢闸门等, 在教学内容不断更新的情况下, 要求授课教师不断丰富相关知识、拓展知识面, 抓住钢结构发展的方向和趋势。教师可利用2个学时的时间介绍主要新型结构形式的受力特点与适用范围, 开阔学生的眼界, 启发学生的思维, 培养学生的学习兴趣。稳定是钢结构设计的重点, 在课时少的局面下, 稳定部分的内容无法深入展开, 造成学生在该方面专业知识的不足。为此, 应增加“水工钢结构”课时, 进一步提高学生专业知识的广度与深度。

(二) 注重多种教学方法与手段的结合运用

板书是传统教学中一个重要的环节, 在钢结构构件和结构的受力分析、公式的推导上有不可替代的优势。但鉴于目前水工钢结构课时偏少, 大量的公式推导、绘图势必影响课程的整体教学进度, 导致教学信息量的下降。随着高效钢材、新型结构大量涌现, 其中有些结构形式很难看到实物, 通过内容丰富的多媒体课件, 可将这些实际工程图片通过屏幕投影活生生地呈现给学生, 带给学生形象、直观的感觉和视觉上的刺激, 增加学生对这些结构形式的感性认识、提高学生的学习兴趣。多媒体教学还可节约教学学时、增加知识量。教学过程中要引导学生从被动地接受知识转化为主动自觉地求知, 努力培养学生独立思考、分析和解决问题的能力。教师可通过实际工程实例, 提出所需解决的问题, 引发学生的讨论, 使学生既能在主动思考中学到专业知识, 又能对实际工程问题有初步的了解与判断。

(三) 完善课程设计

水工钢结构课程设计是结合水工钢结构学习而配置的综合性课题, 通过训练, 使学生能够把所学钢结构的设计方法进行综合运用, 提高工程实践能力。目前, 水工钢结构课程设计仍局限于平面钢闸门, 且平面钢闸门的结构分析仍采用手算的平面体系设计法, 尽管该法具有简单易行的特点, 但对于大型平面钢闸门而言, 该法不精确, 偏于保守。这与现实情况已不相适应, 题目形式、类型亟须改革。目前, 弧形钢闸门在水工结构中应用极为广泛, 课程设计可增加弧形钢闸门的结构设计;为了提升学生的专业技能, 可增加水工钢结构的空间结构有限元分析与计算, 让学生尽早地接触ANSYS、ADINA、ABAQUS等有限元软件, 为毕业后的工作及读研深造打下良好的基础。

(四) 全面推广计算机的应用

随着计算机的应用与发展, 水工结构的设计在各设计院已全面应用计算机进行设计、绘制施工图。作为水利水电工程专业的学生, 必须具备一定的力学分析软件的操作能力, 并可利用大二学过的VB、C++或Matlab软件编制小型计算程序, 以解决实际工程问题。例如, 在平面钢闸门的设计当中, 面板与主梁的连接计算需要经过若干次试算, 手算耗时费力, 如果将该计算过程进行编程计算, 将会大大地减少手算工作量, 且可进一步巩固、提高学生的编程能力。在平面钢闸门的力学计算当中, 可要求学生分别应用平面体系设计法和三维有限元计算法分别对闸门进行计算与分析, 对比二者计算结果, 使学生能更深入理解两种算法的区别与联系;要求学生能熟练使用AUTOCAD软件绘制结构施工图, 不仅能节省时间、巩固学生的CAD绘图能力, 而且能为毕业设计的快速开展及毕业后尽快投入工作打下坚实的基础。

中国的钢结构事业正处于蓬勃发展阶段, 由于自身众多优点, 钢结构广泛应用于大跨度空间结构、钢桥、钢厂房、钢闸门和塔桅结构等。但常年以来缺乏相关技术人才, 急需大批具备钢结构设计与施工能力的技术人员, 因而“水工钢结构”的教学效果显得尤为重要。笔者结合几年来水工钢结构的教学与工程实践, 提出了课程教学中存在的问题及解决办法, 并对新形势下水工钢结构课程教学提出几点改革设想, 希望对水工钢结构及其课程设计的教学有所裨益。

参考文献

[1]刘声扬, 王汝恒.钢结构——原理与设计[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2010.

[2]陈俊岭, 焦燏烽.“钢结构课程设计”教学方法探讨[M].高等建筑教育, 2012, (5) .

[3]姚惠芹, 彭朝福.“水工钢结构”课程教学探讨[J].中国电力教育, 2011, (4) .

[4]侯天顺, 杨秀娟, 张宽地.土力学课堂教学若干问题的反思[J].黑龙江教育:高教研究与评估, 2012, (9) .

[5]中华人民共和国建设部.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2003.

[6]中华人民共和国水利部.SL74-2013水利水电工程钢闸门设计规范[S].北京:中国水利水电出版社, 2013.

[7]戴国欣.钢结构:第4版[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2012.

水工钢结构 篇5

课程编号：07176

课程名称：水工钢筋混凝土结构课程设计

总学时：2周学分：2

先修课程：“工程制图与计算机绘图”、“建筑材料”、“材料力学”、“结构力学”、“水工钢筋混凝土结构”等。

内容简介：

《水工钢筋混凝土结构》课程设计是水利水电工程专业的一门专业必修实践课。其主要内容包括：完成某钢筋混凝土矩形（或U形）渡槽槽身结构及支撑结构（刚架）设计，也可选择其他典型建筑物如梁板结构、水闸工作桥等进行设计。通过完成本课程设计，可培养学生综合利用所学专业知识进行结构设计的能力，提高学生的设计技能，同时进一步加强学生实践解决实际问题的能力，使学生具有利用力学知识和结构设计知识分析问题和解决问题的初步能力以及计算、编写及整理结构设计计算书、绘制结构施工图的初步能力。

使用的教材及主要参考书目录

1.水工钢筋混凝土结构课程设计指导书.自编教材.2.河海大学、大连理工大学、西安理工大学、清华大学合编.水工钢筋混凝土结构学（第4版）.北京：中国水利水电出版社，2009年.3.中华人民共和国行业标准,水工混凝土结构设计规范（SL 191-2008），北京：中国水利水电出版社，2009

论水工建筑混凝土结构的施工技术 篇6

摘要：随着建筑行业的发展，水利工程项目作为国家的基础设施建设，在我国现阶段水利工程项目的建设及发展呈现蒸蒸日上的态势，是发展中的重点工程项目。水工建筑产业是我国发展的基础产业，水工建筑主要是由混凝土组成。本文对水利工程中混凝结构的施工技术进行了探讨及施工质量如何掌控，具有明确指向性的提出了我国水利工程建筑混凝土结构的施工要点。

关键词：水利工程；混凝土；施工要点；配合比

水利工程项目施工过程之中混凝土占有不可撼动的重要地位，是出现频率最高且数量最多的环节，混凝土的施工质量对于整个水利工程项目的安全性能，使用周期，成本控制，后期维护运行都有着密切的关系。但是，在混凝土的施工过程之中，因为所使用的原材料的质量或者是材料的比例配合的不当，或是因为施工操作中施工技艺的使用不当等原因的干扰，造成了历时较久的水利工程项目中存在一些混凝土质量出现问题的情况，例如：露筋、蜂窝、麻面、渗水、裂缝等问题。故此，对于水工项目建设中混凝土施工技术需要高度重视，对各个工序实行严格的质量管控，确保混凝土施工能够达到工程项目的施工标准。

一、水利工程项目混凝土施工的特性及发展情况

现阶段拟建的水利工程项目同已经落成的项目相比较，不管是在规模上还是在形式上都有了相应的提高及改进。水利工程项目的发展前景是大容量、新型结构及新型材料的应用，在发展的过程之中，水利工程建筑有着以下的特性：

（一）受到自然环境的制约，地质情况、地形地貌、水文特征等等对于工程的选择有着一定的要求，建筑项目的施工条件及枢纽布局等都有着重要的影响。

（二）在工作的条件相对复杂的情况，例如挡水建筑物要承受比较大的压力，因为渗流作用而出现渗压力对水利工程建筑的稳定性及强度产生影响，在泄水建筑物泄水的情况下，则对坡岸及河床有极为强烈的冲刷。

（三）施工具有一定的难度，在河流之中建设的水利工程项目，要预先做好节流工作，地上水及地下水对于混凝土施工的工程都有着一定的影响。

二、水利工程中混凝土施工常见的问题

（一）混凝土结构出现裂缝

混凝土结构的稳定性存在隐患，产生的问题是混凝土的硬度不够或者结构上出现裂缝。使混凝土整体上出现部分的下沉，最終造成混凝土结构稳定性差的情况，使整个水利工程项目受到影响。

（二）混凝土截面的尺寸存在偏差

对于混凝土工程施工项目的图纸分析不够透彻，导致实际施工中出现偏差。建筑施工人员在测量上的失误也是导致最终出现偏差的重要原因之一。因为混凝土的强度及稳定性差的原因，造成混凝土面板变形，出现横截面的尺寸存在偏差。

（三）混凝土外观存在质量问题

此类问题所指的就是混凝土的表面存在气泡。此外，还存在混凝土表面的颜色不一的情况，使混凝土外观的美观性存在问题。而且有的还会存在一些孔洞，例如混凝土的模板缝隙过大、混凝土配比存在偏差，导致混凝土出现蜂窝的现象。

三、混凝土结构施工的要点

（一）原材料的选择

1、水泥

水利工程混凝土施工中最重要的之一就是水泥，目前使用的水泥品种有常见的硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及中热硅酸盐水泥等等。在水工混凝土项目中使用的骨料为碱活性时，需要选用可以控制水泥熟料含碱量的中热硅酸盐水泥或者是低热矿渣硅酸盐水泥，并且需要保证混凝土集合材料中的总碱含量达到设计的要求及有关的规范要求。在正式的进行混凝土施工之前，需要对所选用的水泥产品进行抽检，按照其标号进行进场检查，例如水泥的相容性及稳定等，以保证水泥的质量达标。在进场之后对水泥进行妥当的安放，避免其因雨水或是潮气导致水泥的性质发生改变，进而影响混凝土施工的整体质量。

2、砂

水利工程中的细骨料是由砂来承担的，需要按照有关的规定选取适当数量的样品进行检查，施工项目中所使用的砂需要满足以下要求：（1）砂料的质地要坚硬、清洁度好、级配达标、泥沙含有量需要小于百分之零点六；（2）水利工程混凝土中所使用的砂料的细度模数要控制在2.4至2.8之间，并且需要与实际的工程相结合，选取最适合的工程用料，进行合理的配比；（3）在砂料中存在活性骨料时，需要对其的稳定性能进行专门的试验。

3、粗骨料

水利工程混凝土施工中对碎石料的要求需要达到以下标准：（1）使用的碎石径不可大于钢筋净间距的三分之二，同时不大于构件横断面最小边长的四分之一。针对少筋或者是无筋的水工结构，所选用的粗骨料的粒径需要较大，但是素混泥土板施工阶段所选取的碎石料粒径需要小于板厚的一半。（2）对各级级配骨料的粒径进行准确的测定，利用孔筛进行检测，对投入到施工中的骨料进行严格的掌控。（3）对于不同级别的碎石骨料需要进行分开的存储，切忌不可出现混杂的现象，并直接投入到工程使用之中。

4、外加剂

在水利工程项目之中外加剂的应用十分的广泛，可以说是的在混凝土结构中其有着不可或缺的地位。适量的添加混凝土外加剂，可以明显的提升混凝土拌合物和易的性能，对混凝土的凝结时间进行有效调整，提升了混凝土结构的耐久性及强度，对于提升混凝土的材料性能及结构性能有着十分突出的作用。

（二）混凝土施工工序的管理

1、模板的安装

在已经处理好的基层或是素混泥土的垫层上，对存在的浮土进行清理才可以按照要求进行严格的安装作业。树立好的模板需要同基层紧密贴合，并且牢固。

2、拌制及运输

混凝土的拌制工序需要按照严格的比例进行投料，各种外加剂及减水剂称重之后要进行封袋工作。若遇到雨天或是施工现场的含水量出现明显的变化时，需要进行多次的混合料含水情况的检测，并根据实际情况作出相应的调整。进行现场混凝土的拌制时，一般情况会将称重后的原材料汇聚在料斗之中进行搅拌。混凝土用料的准确性可以保证混凝土的质量，是重要的环节之一，需要下料这一工序进行严格的监控。

混凝土搅拌好之后运输的时间需要控制在混凝土初凝的实际之内，并且预留好浇筑的时间。在运输的途中要保证混合料的稳定性，防止严重漏浆、离析及分离的情况发生。

3、振捣

在混凝土实行振捣的过程之中，需要及时对集料振捣的深度进行监控，重点检查的项目还包括检查集料底部是够出现夹层等。水利工程混凝土施工要求振捣密实，不可出现漏振或是多振的情况，特别是要避免内模漏振及模板跑浆的情况，浇筑振捣工序完成之后需要及时覆盖，避免水分的蒸发。需要在混凝土养护至一定的强度后方可将模板拆除。

4、养护

养护工作是水利工程混凝土施工中用时最长的一道工艺，实际的养护用时同浇筑混凝土结构的自然条件及水泥品种有着联系。一般情况下，混凝土的养护工作需要在混凝土浇筑完毕之后的12小时到24时进行，并且根据实际的养护情况持续3至4周左右。绝大部分的水工混凝土结构养护都是通过洒水的方式进行自然的养护。

结语

水利工程建设中混凝土施工是极为重要的一个阶段，也是完成水工结构功能性及使用价值的前提。水利工程项目混凝土施工的好坏直接影响着整个水利工程项目的质量，总工程的用时长短很大程度上受到混凝土施工的影响。故此，在水工建筑混凝土施工过程中要进行严格的管控，提升混凝土施工质量的管理及控制，进而提升水利工程项目的整体质量。

参考文献：

[1]孟健，葛洪生，林岩.关于水工建筑中化学灌浆技术的应用研究[J].科技促进发展（应用版）.2011（12）.

[2]霍翠宝.浅析水利工程混凝土施工技术及其工程应用[J].科技资讯.2011（16）.

[3]吕明治.浅谈工民建及水工建筑混凝土的质量施工[J].科技促进发展（应用版）.2011（04）.

[4]周善荣，葛杰，祁李华.山区重力坝混凝土防渗墙施工浅析[J].中国水运（下半月）.2011.

水工金属结构防腐分析 篇7

一、水工金属结构腐蚀原因及机理

水工金属结构所处的环境恶劣, 容易造成其结构的腐蚀, 根据金属腐蚀定义, 大体分为化学腐蚀、电化学腐蚀、物理腐蚀和大气腐蚀。下面对其不同腐蚀类型的原因和机理进行分析

1.1化学腐蚀与物理腐蚀

化学腐蚀主要是根据化学的多相反应机理, 金属表面直接与氧气、水、酸等物质接触导致分子间相互作用产生腐蚀现象。其反应过程中, 在一定的条件下, 非电解质中的氧化剂能够直接和金属表面的原子相互作用, 进而产生腐蚀产物。例如钢铁在高温下发生氧化或与汽油等非电解质溶液中发生腐蚀, 这些都属于化学腐蚀。物理腐蚀是指金属结构单纯的物理溶解, 对金属结构造成破坏的现象。1.2电化学腐蚀

电化学腐蚀是指在电解质溶液里, 金属表面的每个部位都有不同的电位, 从而产生腐蚀电池。在腐蚀电池中, 带负电位的结构为电池阳极, 带正电位的结构为电池阴极。阳极的金属发生反应溶解, 溶解出金属离子在溶液中将放出电子流消耗阴极结构, 整个反应过程中伴随这电流的产生。水工金属构件中一部分是由钢铁组成的, 除了具有铁物质外, 还包含石墨、渗碳体等其他金属与杂质, 这些物质的腐蚀电位比铁要高, 这样铁就在电池中充当阳极, 杂质充当阴极。金属构件中铁与杂质接触紧密, 在含有弱酸、弱碱、盐溶解中时正好形成原电池, 具备具有还原性的阳极、氧化性的阴极, 溶液作为连接两级的通路, 腐蚀更加剧烈。此外, 外界环境, 例如溶液温度、酸碱度、水质污染、流速等都影响着电化学腐蚀程度。

1.3大气腐蚀

大气腐蚀也成湿蚀, 是指金属构件在潮湿的自然环境下发生的腐蚀, 这种腐蚀多发生在启闭机、升船机等裸露的金属结构上。大气腐蚀以其腐蚀程度不同分为两种不同形式, 分别是全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀是金属构件与大气介质均匀的接触并受到腐蚀损坏, 逐渐的金属结构变小, 颜色发生变化。局部腐蚀是金属构件部分发生损坏, 分为点蚀、孔蚀、皮下腐蚀等。一般来说, 局部腐蚀的危害要大于全部腐蚀, 因为全部腐蚀是构件均匀的受到损坏, 其损坏程度较小, 使用寿命较长。但是局部腐蚀因腐蚀穿孔会影响构件的使用效果, 进而报废。大气腐蚀是不可避免的, 主要是大气中的湿度、粉尘、有害气体、氧气等与金属发生化学反应或电化学反应引起的腐蚀。大气腐蚀与电化学腐蚀不同在于金属表面存在很薄的液层, 受到阻力较小, 加上空气中的氧气供给充足, 所以阴极反应主要是氧的去极化作用, 阳极金属溶解的较为缓慢。随着离子浓度的增加, 氧透过薄薄的水膜使阳极发生钝化作用, 阻碍腐蚀的进一步进行, 因此, 这类腐蚀速度较慢, 破环程度较小。[1]

2. 水工金属结构防腐措施分析

2.1涂料防腐

涂料防腐是较为常见的金属构件防腐措施, 涂料主要是环氧类、树脂类、氯化橡胶类等高性能物质, 这些物质涂在水工金属结构表面能够起到将水或其他腐蚀物质进行隔离的效果, 进而达到防腐的目的。防腐涂料的图层系统组成包括与基体金属附着良好的底漆和耐水性较好的面漆构成, 中间材料性质要选择增加底漆与面漆粘合力的耐腐蚀涂料。各层涂料的性质要求连续无孔, 不透水, 粘附力较大, 隔离效果强, 弹性和硬度适中, 性质稳定, 对酸碱溶液具有强的隔离效果。此外, 涂料防腐要求特殊, 同一图层的涂料性质要相近, 尽量相似相溶, 面漆的硬度要高于底漆, 涂漆后的金属表面要光滑、平整。涂料防腐方法在水工金属防腐中应用较为广泛, 其优点在于防腐效果较好, 工序简单、方便, 成本较低, 应用范围较广, 对金属具有较好的保护作用。[2]

2.2喷漆保护

喷漆保护是利用氧气、乙炔火焰作为热源, 通过一定的施工工艺和设备将锌或铝等金属材料进行熔融, 进而压缩成空气将其吹成雾状均匀的喷涂在水工金属结构上, 形成一层较薄且致密的锌或铝保护层。喷漆保护法对金属构件来说具有双重保护功能:首先, 锌和铝的性质稳定, 一般不与空气中或水中的物质发生化学反应, 锌或铝喷涂在金属结构表面, 能够有效的将水和空降与金属构件隔离, 进而达到防腐的作用。其次, 锌或铝喷涂在金属表面, 由于金属正极性较强, 电位较高, 而锌或铝的电位较低, 当存在电解质时, 锌或铝保护层成为阳极而失去电子, 产生电流被最先腐蚀, 金属结构变为阴极, 受到锌层的保护。喷漆保护的效果较好, 保护期限长, 一般可达到20年, 但这种防腐措施成本较高, 工艺较为复杂, 对设备要求较高。但综合喷漆保护的实际应用状况, 其保护时间较长, 耐腐蚀效果较好, 不用每年进行维护, 可以节省人力和物力, 从长远角度以及经济效益和社会效益来看, 喷漆保护还是非常实用的。目前, 也有对喷漆保护进行改进, 在锌或铝材料中加入一定量的稀土, 能够增加原来材料的物理性能, 提高其防腐效果。[3]

2.3电化学法保护

电化学法防腐措施包括两种:第一, 外加电流保护法。外加电流就是将需要保护的金属结构作为阴极, 使用不溶性的电极作为辅助阳极, 将两种物质放在电解质溶液中, 外加直流电源。电源通电之后, 电子将被迫流向金属结构而使大量负电荷聚集在金属结构表面, 当电源电压较大时, 因为金属腐蚀组成的原电池不能输送电流而对金属起到保护作用。这种保护措施难于管理, 而且需要外加电源进行维持, 成本较高, 但是保护效果较好。第二, 阴极保护法。这种方法主要是牺牲阳极, 保护阴极。一般采用电化学比较活泼的镁、铝等作为阳极, 其电位为负, 与被保护的金属结构连接组成原电池, 由于镁、铝等还原性强而逐渐被腐蚀, 金属结构作为阴极而被保护。在实际应用中, 该方法管理方便, 成本较低, 不需要外加电源和复杂的工艺, 因此使用较为广泛。其缺点在于寿命相对较短, 大约10年。

2.4联合保护

联合保护法是采用涂层与牺牲阳极进行保护的方法, 主要针对单一方法效果不好的情况。通过牺牲阳极和涂层喷漆方法联合应用, 使得防腐效果大大提高, 延长保护时间。主要方法是将阳极与阴极表面进行喷图锌或铝等金属, 减少阳极的消耗, 延长阳极使用时间。锌涂层能够增加原电池电阻, 改善电流遮蔽现象, 是电流分布更均匀稳定, 对金属结构进行全面保护。当锌或铝涂层表面被破坏后, 破损处不会出现腐蚀、生锈以及体积膨胀现象, 延长金属结构保护层的使用寿命。联合保护法综合了两种单一保护法的优点, 增强了保护效果, 成本较低, 应用前景更广。

3. 结语

综上所述, 水工金属结构由于其使用环境, 其腐蚀问题是普遍存在的, 严重影响水利工程的建筑安全。因此, 研究导致金属结构腐蚀原因, 提出防腐效果好, 保护时间长、成本低的防腐措施非常重要。

摘要：水工金属结构是水利工程的基础组成, 是水利建设的重要构架, 水工金属结构的质量直接关系水利工程的安全运行, 因此, 做好水工金属防腐工作非常重要。本文作者通过分析水工金属腐蚀原因, 提出水工金属结构防腐措施。

关键词：水工,金属结构,防腐

参考文献

[1]张朝温, 薛德训, 赵双喜.水工金属结构的腐蚀与防护[J]华北水利水电学院学报, 2012, 04.16-19

[2]李风, 姜威, 张洪玉.水工金属结构热喷涂锌钊防腐工艺实践分析[J].黑龙江水利科技, 2014, 36 (2) :188.

水工金属结构防腐技术 篇8

水工金属结构主要包括各种闸门、阀门及各类闸门的启闭机械、拦污栅及清污机械、压力钢管、升船机等。水工金属结构经常浸没在水中, 受气候变化、日光照射、干湿交替、高速水流冲击或水生物等的侵蚀, 易产生腐蚀, 从而降低金属结构的承载能力, 严重威胁到水利工程的安全。防腐质量也是影响水工金属结构设计寿命的重要因素, 因此, 制定水工金属结构的防腐措施, 是延长其使用寿命, 保证其正常运转的重要任务。

2 金属结构防腐处理方法

2.1 喷涂锌 (铝) 保护

喷锌 (铝) 是利用氧———乙炔焰作为热源, 通过相应的施工工艺和专用设备将锌 (铝) 丝熔融后用压缩空气将熔化的金属锌 (铝) 吹成雾状, 均匀地喷涂到经过合格预处理的金属表面上, 形成一层薄而致密的锌 (铝) 涂层, 该涂层对金属具有如下双重保护作用: (1) 锌 (铝) 涂层能够将钢铁与水和空气隔开, 从而达到防腐的目的; (2) 锌 (铝) 被喷在正极性较强的金属表面上, 由于锌 (铝) 的电极电位比较低, 在有电解质存在时, 锌 (铝) 涂层成为阳极而失去电子, 产生电流优先被腐蚀, 金属基体变为阴极, 受到锌 (铝) 层保护从而达到金属结构防腐的目的[1]。喷涂锌 (铝) 保护防腐时间可长达20年, 是一种有效的防腐方法。此外, 在锌线或者铝线中加入一定量的稀土, 可以使锌和铝的物理性能得到进一步改善, 防腐效果将更佳[2]。

传统观点认为喷涂锌 (铝) 保护费用高, 建设单位难以接受, 不利于推广。但是从实际应用情况来看, 喷涂锌 (铝) 保护法耐水性好, 耐腐蚀性强, 使用寿命长, 不用每年进行定期维修, 节约了大量的人力和物力, 还减少了维修、停运和拆装时间, 从经济效益和社会效益上看都是十分显著的[3]。热喷涂金属防腐措施, 在葛洲坝电站得到了普遍应用, 保护面积超过20万m2, 该防腐措施不仅节约了日常维护工作量, 还提高了金属结构的完好率和使用率, 产生了经济效益和社会效益[4]。

2.2 涂料保护

涂料保护是将涂料涂在金属结构表面形成涂层, 形成的涂层必须满足:连续无孔、不透气、不透水, 有较大的附着力, 有适当的硬度和弹性, 有隔离作用, 稳定, 以及其它特殊要求如耐酸和缓蚀等特性[5]。

涂料保护法也是一种有效的防腐方法, 具有施工简便, 投资低, 使用范围广等优点。特别是近年来, 各种高效优质涂料广泛地生产与使用, 以及简便的施工工艺, 使得涂料保护法的应用范围得到进一步扩大。例如, 水性无机富锌涂料结合了热喷锌、铝与有机富锌涂料的优点, 它以水为溶剂和稀释剂, 无污染, 无着火危险, 符合环保的规定, 是目前最具发展前途的环保型涂料[6]。其对金属结构的防腐作用主要有:屏蔽作用、电化学防护、涂膜自修复和钝化作用[7]。

2.3 电化学法保护

2.3.1 外加电流法

外加电流法是把要保护的金属结构作为阴极, 另外用不溶性电极作为辅助阳极, 两者都放在电解质溶液里, 接上外加直流电源。通电后, 大量电子被强制流向被保护的金属结构, 使金属结构表面产生负电荷 (电子) 的积累, 只要外加足够强的电压, 金属腐蚀而产生的原电池电流就不能被输送, 因而防止了金属结构的腐蚀。该方法管理复杂, 需要外部电源持续的电源供给, 维护费用高, 但防腐周期长[8]。

2.3.2 牺牲阳极保护阴极法

牺牲阳极的阴极保护法主要工作原理是采用电化学上比钢更活泼, 即电位更负的镁、铝、锌合金等作为阳极, 与被保护金属相连构成原电池, 还原性较强的镁、铝、锌合金作为阳极 (原电池的负极) 被逐渐腐蚀消耗;金属结构作为阴极 (原电池的正极) 而得到保护, 达到减缓或停止腐蚀的目的, 所以称此种方法为“牺牲阳极”保护方法[9]。该方法优点是施工管理方便、费用低、不需外加电流, 弊端是保护年限短, 只有10年左右。

2.4 涂层—牺牲阳极联合保护

在工程应用中, 有时采用单一的保护方法防腐效果可能不太理想, 需要采用联合保护方法。将牺牲阳极保护阴极法与喷涂锌 (铝) 保护法联合使用, 防腐效果将得到进一步提高。在金属结构表面再增加涂层的作用如下: (1) 因为电能只消耗在裸露的金属表面上, 减少阳极的消耗, 延长阳极块的使用寿命; (2) 锌 (铝) 涂层表面的电阻增大, 将大大改善电流遮蔽现象, 使保护电位分布更加均匀, 从而使金属结构各个角落的保护效果得到进一步提高; (3) 即使锌 (铝) 涂层出现损坏, 破损处也不会出现腐蚀、生锈、体积膨胀等问题, 不会把涂层鼓掉, 因而涂层———牺牲阳极联合保护法大大延长了涂层的寿命。

综上所述, 涂层———牺牲阳极联合保护法综合了两种保护方法的优点, 使防腐效果更好, 也更经济[9]。

3 结语

水工金属结构水下部分腐蚀是普遍存在的问题, 采用何种防腐措施或方法进行处理, 要依据金属结构各个部分所处的环境, 本着节约等效的原则, 对其采用相应的防腐措施或采取多种保护措施的联合, 进一步开拓防腐蚀的途径和提高防腐蚀的效果[10]。

参考文献

[1]陆致琛.我国水工金属结构防腐方法简介[J].广西水利水电, 2002 (2) :54~57.

[2]杨志勇.水利闸门金属结构防腐处理分析[J].黑龙江科技信息, 2013 (1) :235.

[3]李凤, 姜威, 张洪玉.水工金属结构热喷涂锌铝防腐工艺实践分析[J].黑龙江水利科技, 2008, 36 (2) :188.

[4]周厚贵.几种水工金属结构防腐措施[J].湖北水力发电, 1992 (1) :13~14.

[5]王建新, 王莹.丹江口水工建筑物金属结构防腐[J].人民长江, 2002, 33 (4) :34~36.

[6]张文渊.水工金属结构水性无机富锌涂料防腐处理[J].金属腐蚀控制, 2003, 17 (3) :28~30.

[7]刘磊, 陈亮, 汪在芹, 等.水工金属结构水性无机富锌涂料研究进展[J].人民长江, 2013, 44 (20) :61~65.

[8]黄歆.水电站金属结构设备的腐蚀检测与维护[J].科协论坛, 2012 (8) :39~40.

[9]王芷芳.涂层-牺牲阳极联合保护在水工金属结构防腐中的应用[J].海河水利, 1998 (6) :21~22, 44.

水工泄水结构的抗磨防蚀设计分析 篇9

关键词：水工泄水结构,抗磨防蚀,结构体形,设计分析

引言

目前, 已经建成使用的泄水建筑物, 经过一定时间的使用, 都会受到不同程度的磨损和空蚀, 因此, 水工泄水结构抗磨防蚀的设计研究, 具有非常重要的现实意义。

1 冲蚀机理

含沙高速水流对于水工泄水结构的冲蚀破坏一般分为空蚀、冲击、磨损和流激振动破坏四种。

1.1 空蚀

空化是指液体在恒温的影响下, 采用静、动力减压到一定程度产生空泡, 里面充满一定的气体, 并发育成长。当液体流过局部低气压区的时候, 也会因为气压低于一定的临界值而发生空化。经过空化的液体, 再流经气压较高的区域, 空化的气泡会发生爆破, 产生极大的压力, 对附近的结构表面产生极大的冲击, 甚至造成破坏, 这便是空蚀。对于混凝土的空蚀破坏, 是由于气泡破坏产生的冲击力将骨料在混凝土中脱离, 特别是抗拔能力较差的大骨料, 因此, 混凝土结构对于骨料的黏着力更应该重视。

1.2 冲击

关于冲击的作用, 是指含沙高速水流中颗粒的跳动和滚动对于结构表面的破坏作用, 冲击力的大小与水中颗粒的运动形式、颗粒含量多少以及水流的速度等有关。

1.3 磨损

关于磨损破坏, 是含沙高速水流中的固体成分在结构的表面产生滚动、跳动和滑动等作用而产生结果摩擦损坏的。对于磨损而言, 属于水沙二相流的问题, 水中颗粒摩擦和冲击产生的能力, 部分或全部传递给壁面材料, 在材料的表面转换成变形能, 从而造成材料的磨损。磨损的程度与固体的颗粒含量、大小、硬度、形状和作用时间等因素有关, 特别是水流冲角的大小, 冲角小时, 主要是微切削破坏;冲角大时, 主要是大粒径跳滚磨损破坏形式。

1.4 流激振动破坏

由于水流的高速流动, 产生强烈的振动, 在结构表面产生振动压强, 从而产生激振力, 有可能导致边界的结构振动, 如果混凝土结构的抗拉强度过小, 通过长期的振动, 有可能造成疲劳破坏。水工泄水结构的流激振动与其自身的结构、壁压振动以及相互作用有关。为减少其自身的结构振动, 需要减少脉动壁压, 并且增强结构的抗振能力。主要方法是, 对其结构本身进行优化设计, 改善其自振频率, 有效地避开其振动能谱曲线上的主频率, 或者将其控制在允许的范围之中, 从而解决流激振动的影响。

2 影响抗磨防蚀能力的因素

2.1 抗冲蚀材料

对于水工泄水结构的抗磨防蚀设计, 抗冲蚀材料的性能也是其中的一项重要指标。其中材料的硬度对于其抗磨防蚀性能至关重要, 若材料的韧性良好则可以吸收一定的冲击能量, 从而减少其因疲劳破坏而产生断裂破坏。常见的抗磨防蚀材料有混凝土类、砂浆类、护面板材类和抗冲蚀涂层等。混凝土类包括钢纤维混凝土、高标号混凝土以及微纤维多元复合混凝土等, 砂浆类包括钢纤维砂浆、硅粉砂浆和聚合物砂浆等, 护面板材类包括钢板、高铝陶瓷和铸石板等, 抗冲蚀涂层包括聚脲弹性体材料、双组分合成橡胶等。而对于抗冲蚀材料的使用, 要针对含沙水流对于结构破坏作用的复杂性, 并结合相应水流的具体情况, 进行全方面的分析和设计, 选用最合理的材料。

2.2 结构外形

一个合理的结构外形对于水工泄水结构的抗磨防蚀性能有着至关重要的作用, 并且鉴于结构的一次性, 结构一旦成形, 对于其抗磨防蚀性能很难在技术上再加以改善, 并且费用也会进一步提高, 因此应该在结构建设之前就对结构外形进行缜密的设计。分水导墙等薄壁结构, 对于结构的作用性以及水流流速的防御要求很高而且费用会占很大比例, 要通过水弹性模型试验来研究水流的脉动壁压作用, 进行合理的结构外形设计, 确保在动态的影响情况下, 对结构的共振进行合理的控制, 从而来解决流激振动破坏的影响。而为了防止空蚀对泄水结构的破坏, 要对结构的边界轮廓形状进行改进, 从而使泄水运行过程中各个部位的水流空化数大于其初生的空化数。另外, 在泄水结构选择和水力设计过程中, 应该注意沿程动水压强的分布, 限制测压管水头出现负压的范围和绝对值, 从而间接地控制水流空化数。从而控制合理的过流边壁体形, 对含沙高速水流的冲磨和空蚀形成进行有效控制。

2.3 掺气减蚀抗磨

水流的空化是造成结构表面产生空蚀破坏的主要原因, 研究表面, 人工掺气能够帮助边壁材料有效抵抗含沙高速水流的磨蚀, 这一技术在国内外的一系列工程中已经合理运用, 并且取得了一定的效果。

2.4 施工技术

如前所述, 保持水工泄水结构的壁面平整可以减少空蚀的影响, 不同性能的抗冲磨材料也会对施工技术产生相应的要求, 否则建筑结构很难达到预期效果, 而对于施工工艺, 在施工过程中重视度不够, 会使建筑工程留有一些质量的隐患。因此, 对于施工技术应该在施工过程中进行重点的控制。

3 水工泄水结构的抗磨防蚀设计分析

3.1 方案的确定

对于结构方案的确定要根据不同的预期情况进行选择确定。首先是根据水流的具体情况选择抗磨防蚀方案, 抗磨防蚀方案涉及的方面较广, 影响因素也很多, 因此要根据具体的工程情况, 进行具体分析, 从而确定出最适合本工程的方案。研究表明, 不同的含沙水流的含沙量、水流流速以及颗粒的质量比等情况对泄水结构的磨蚀情况影响不同, 大多数的磨损空蚀情况, 都是由于水头过高、流速过大或者水流空化数过低等情况而产生的, 必须着重重视, 通过优化工程结构来进行控制。

还要合理地选择泄水结构的外形, 在水流流速和泥沙含量较低的时候, 主要通过泄水结构的外形进行抵抗控制, 有的时候抗磨蚀材料的作用都达不到控制作用。特别是对于一些局部流态复杂的地方, 合理的外形对抗磨防蚀有着至关重要的影响。还要注重对于掺气抗磨减蚀技术的应用, 对于流速较高并且水头也很高的结构部位, 对于水流边界进行掺气处理是费用和技术上的主要控制措施。对于整体结构外形的确定, 坚决杜绝墨守成规的搬用规范, 杜绝以材料独自制定方案, 要结合本工程的具体情况和经济效益等综合情况, 进行预期效果的实施建设。

3.2 设计指标的确定

根据相应的规范公式进行抗冲磨混凝土厚度的估算, 但要考虑工程正常运行的需要, 充分分析其存在的隐患和效益损失, 进行及时的维修, 并且在具体的工程实践中进行相应的调整, 如果有明显的不合理情况要及时重新选择设计方案。设计指标的控制, 主要是对于混凝土抗压强度和抗冲磨防空蚀性能的研究, 这两项指标的影响因素很多, 主要包括水灰比、骨料种类和骨料配合比等, 还有混凝土的抗冲磨性能和耐久性的结构指标, 往往会伴随着其他的破坏形式, 如碳化、渗透以及冻融等。因此, 既要注意对于结构的强度指标的控制, 也要注意其耐久性相关指标的观测控制。

4 结束语

造成水工泄水结构的磨蚀破坏的因素很多, 应该根据含沙水流的流速、含沙量以及其他相关因素的影响进行相应的控制, 大型的结构设计可以通过一定的模型试验来确定, 来提高结构的强度和抗磨蚀破坏情况, 保证结构的正常使用。

参考文献

[1]王世夏.水工设计的理论和方法[M].北京:中国水利水电出版社, 2000.

对水工混凝土结构的浅析 篇10

国外混凝土坝研究主要进展:由于综合国力和整体科技水平上的差距, 从国际上看, 欧美、日本各国的水利水电开发程度在世纪已经达到很高的水平, 在高坝设计与施工方面曾取得很大的进展。当前, 在发达国家, 高坝大库的兴建已不多见, 混凝土坝已不再是他们的重点研究方向。然而, 拱坝、重力坝、碾压混凝土坝这几种高混凝土坝常用坝型以及胶凝砾石坝都是我国从国外引进的。涉及固体力学、混凝土力学、岩石力学、土力学的动静力本构关系和数值计算方法的原创性成果大多源于欧美国家。美国、瑞士和日本等国家近年来开展了对大坝抗震安全评价的研究。

目前, 发展中国家的坝工建设正方兴未艾, 这些国家所取得的成就和经验教训值得我国重视, 国际上已提出了碾压混凝土坝可以建到任何高度的设想, 巴基斯坦待建的Basha坝向300m级特高碾压混凝土坝提出的挑战也值得我国关注。

2 混凝土坝产生裂缝的危害

2.1 裂缝影响结构的整体性。当结构出现贯穿

性裂缝以后, 要恢复结构的整体性是很困难的。裂缝开展得很宽将预示着结构临近破坏, 并且可能伴随着混凝土剥落。剪切裂缝多产生于靠近支座或大的集中荷载附近, 早期的温度裂缝直接影响到钢筋混凝土构件的完整性。当裂缝影响了剪应力的传递时它会影响到结构的安全。大多数裂缝并不会危及结构的安全, 但随着时间的推移它们可能发展, 并引起严重的后果。

2.2 裂缝导致结构使用功能上不正常。对堆石

坝混凝土面板而言, 由外部环境产生的早期温度裂缝往往贯穿整个截面厚度, 这样会引起渗漏。对挡水建筑物来说, 裂缝渗漏水会严重影响建筑物的使用功能, 即使水量的损失本身并不严重, 但裂缝的存在往往会限制蓄水位。

2.3 裂缝会影响结构的耐久性。所有现行的标

准和规范都把限制裂缝的宽度作为一项耐久性指标。横向裂缝通常是指垂直于受拉钢筋方向的裂缝一般由外荷载引起。为了结构耐久性的要求和结构的美观, 规范中对裂缝宽度均作了限制。在较宽的裂缝处, 如果有水和氧气侵入, 钢筋首先发生个别点的侵蚀, 继而逐渐形成“环蚀”;同时向缝两侧扩展, 形成锈蚀面。这种钢筋局部断面削弱发展比普通性锈蚀要快, 特别是预应力混凝土结构, 局部锈蚀具有很高的危害性。因为单根钢丝断面小, 高应力及高强钢材的变形性能较差, 很可能发生突然断裂。因钢筋全面锈蚀引起混凝土结构的顺筋向开裂对结构的危害性更大, 是目前影响结构耐久性的主要危险, 具有一定厚度且密实的保护层, 对防止混凝土顺筋向开裂至关重要。钢筋表面生锈时, 其体积要膨胀, 在膨胀压力作用下混凝土保护层会因挤压而剥落, 如果没有了保护层, 钢筋更容易锈蚀, 这对耐久性很不利的。

3 混凝土坝温控防裂办法

混凝土坝的开裂是非常普遍的现象, 一直以来有“无坝不裂”的说法。造成这种说法的根本原因之一, 是人们只重视早期表面保护而忽视后期表面保护。近年来, 我国学者全面总结了混凝土坝的设计、施工和科研的经验和成果, 提出了“全面温控, 长期保温, 结束无坝不裂的历史”的构想, 反映了我国在混凝土坝防裂限裂的应用基础理论研究和工程技术上的长足进步。

3.1 从20世纪50年代我国的学者和水利工作

者开始对混凝土坝温控防裂进行研究, 全面系统地开拓和发展了现代水工混凝土建筑物施工温控理论方法和技术。近期鉴定通过的混凝土高坝施工温度控制决策支持系统, 集中体现了我国在混凝土坝温控防裂仿真计算的理论、方法、软件方面的世界领先水平以及水工结构与现代计算机技术的高层次的交叉与融合。该系统实用性强, 可根据混凝土高坝实际施工进度、浇筑工艺和温控措施及接缝灌浆等真实情况, 利用实际数据进行实时仿真分析及时反映全坝实际温度场和应力场状况, 预测未来温度与应力的变化, 掌握其变化规律, 为现场施工温控决策提供技术支持可在同一可视化仿真分析平台上对现场的混凝土热学参数、各项温控指标和措施进行反演分析计算同时也可应用于混凝土高坝的设计和运行管理。

3.2 我国近几十年来减水剂和粉煤灰的应用使

得坝工混凝土的绝热温升已有所降低采用氧化镁含量为3.5%~5%中热硅酸盐水泥, 使混凝土自生体积变形为膨胀变形, 以补偿温降收缩变形, 提高了混凝土抗裂性混凝土掺钢纤维与面板堆石坝混凝土面板混凝土掺合成纤维, 均提高混凝土抗裂性提出考虑因素全面、物理意义明确的水工混凝土材料抗裂指数计算公式采用自动化拌和楼和大型平仓振捣机混凝土施工质量亦有较大改进预冷骨料、水管冷却等技术已趋成熟, 基础温差的控制基本符合设计要求, 防止了基础贯穿裂缝发生。

3.3 温控防裂上的一个新措施是在混凝土大坝

表面采用外贴保温板和喷涂泡沫保温材料的方法进行坝面的保温, 已用于三峡的三期工程、汾河二库、石门子和龙首碾压混凝土拱坝等工程。三峡三期工程在上下游表面采取3~5m厚聚苯乙烯板长期保护, 并实行了全面严格的温度控制, 浇筑了500万立方米混凝土, 未发现裂缝。研究成果和工程实践表明了永久保温措施在运行期的重要作用其绝非仅在施工期才需要。永久保温板和保温防渗板已有研制。另外一个新的混凝土防裂措施是利用微膨胀混凝土的膨胀特性抵消混凝土温度收缩带来的拉应力, 起到防止混凝土开裂的效果, 减少温控措施, 从而加快了施工速度。

3.4 研究表明拱坝设计中采用的设计荷载、计

算条件、基岩地质构造及材料特性与实际情况存在差别, 抗裂安全系数取值偏低, 对碾压混凝土温控的认识有偏差, 这些是混凝土拱坝竣工后出现各种事故的根本原因。在结构和温控设计中使用有限元仿真分析使计算结果尽可能接近真实状态, 在做好基础温差等常规温度控制的基础上, 重视运行期保温对上下游坝面依工程的重要性和坝型及部位的不同进行分区保温, 施工区可选择长期或短期保温, 运行期可选择永久保温或永久保温防掺, 有望使混凝土拱坝不再开裂。

4 混凝土坝防裂科学建议

4.1 加强水工混凝土结构与材料学科的自主性

创新性的基础理论研究。在混凝土材料破坏机理和本构关系的研究中, 注重试验基础, 在计算方法的研究中注重有利于方法向软件化的发展。

4.2 抓住多个世界级混凝土大坝在我国兴建的

机遇, 针对工程关键技术问题, 加大具有自主知识实用型应用技术的研发。

4.3 对特高坝建设经验不多, 现有规范和标准不

能完全满足近期发展的需要, 有必要针对特高坝的建设审核其适用性。

4.4 在高层次上实现水工结构和混凝土材料学

科与其他学科的交叉、融合, 在有选择地合理引进现代计算机网络、先进的勘测、试验和监测技术的同时, 鼓励自主研发, 逐步实现水工结构和建设管理相结合的智能化、可视化和网络信息化, 具备超大型科学计算的能力。

4.5 结合国家主管部门和建设单位的需求和经

验, 充分调动科研院所的应用创新和高等院校在基础理论研究上的各自优势, 针对具体工程加速科研步伐, 实现学科在整体上达到世界先进水平的目标。

4.6 开发新品种混凝土掺和料, 并开展多元掺

和料混凝土试验研究研发新品种多功能复合外加剂, 并加强外加剂分子设计理论及应用技术研究。

4.7 加强混凝土耐久性微观机理与量化研究,

开展多因素复杂环境侵蚀条件下混凝土抗侵蚀仿真研究混凝土老化状态诊断技术、混凝土耐久性定量评估方法与结构寿命的预报研究, 以及混凝土耐久性专家系统的研究。

4.8 开展聚梭酸高效减水剂、减缩剂、轻烧氧化

镁膨胀剂复合掺混凝土抗裂性试验研究进一步开展掺钢纤维与合成纤维混凝土抗裂性能试验研究。开展病坝、老混凝土坝安全评估、检测技术、评判准则、补强加固技术等研究与应用。进一步开展高抗冲磨材料、水下修补材料与结构补强加固材料的研发与应用。加强水工混凝土建筑物用高分子材料研发与应用工作。加快研究成果纳人规范及推广应用的进程。

责任编辑:温雪梅

摘要：近年来, 我国筑坝水平有突飞猛进的提高, 很多水工建筑物的规模已跃居世界第一位, 一些被世界坝工权威、专家定为“难以克服”的技术难题也已被相继征服, 我国已成为世界坝工建设的中心。在水工混凝土结构中, 无论是施工期或是运行期, 都会发现结构存在或多或少的宽窄不一的各种裂缝。至于裂缝的危害及其后果, 主要是引起渗漏和钢筋锈蚀, 以及影响结构的整体性和耐久性。因此, 一旦结构出现危害性的裂缝 (通常指贯穿性裂缝) 后, 必须进行修补以防渗漏。然而, 当结构出现贯穿性裂缝后, 靠修补是很难恢复结构整体性的, 只是不得已而采取的补救措施。所以, 在设计或施工阶段就应该着手安排在原受力结构表面设置一层柔性防渗防护层, 使之成为受力结构和防渗结构相结合的新型结构, 实现水工混凝土结构裂缝的危害得以控制。

水工钢结构 篇11

电厂水工结构工程耐久性的意义

工程结构的耐久性问题是指：在设计确定的环境作用以及维修、使用条件下，结构工程整体以及相关构件在预计使用年限内保证其安全性以及适用性水平的能力。在工程结构的使用过程当中，容易影响耐久性水平，造成耐久性破坏的主要因素包括混凝土碳化、混凝土冻融、钢筋锈蚀、以及化学侵蚀等多个方面，必须引起高度重视。

特别是针对水工结构工程而言，工程建设中有关结构耐久性的设计问题是非常重要的，若缺乏对耐久性设计的考量，则可能导致水工结构工程在未达到使用年限前就无法正常使用，由此所可能产生的后果是非常严重的。出现问题后，针对结构所进行的维修、加固、改造不但费时费力，也会给社会带来非常不良的影响。因此，结构设计中，除了需要关注对结构变形，结构强度的计算外，还需要体现耐久性设计的重要价值。

电厂水工结构耐久性的现状分析

从电厂水工结构的角度上来说，主要的工程建筑物包括净化水建筑物，冷却塔，取水建筑物（构筑物），输水管沟，水泵房，废污水处理建筑物（构筑物）等。这些建筑物结构基本为半地下或地下，一般与水体或地下水保持直接接触的关系。混凝土作为电厂水工结构中最为常见，同时价值作为突出的材料之一，虽然其自身耐久性水平较高，但由于工作环境条件非常恶劣，因此在腐蚀介质，水化学因素的影响下，结构构件可能长期处于干湿交替的环境下，耐久性性能劣化速度快。而混凝土性能的劣化会进一步导致水工结构中钢筋发生锈蚀或其他质量问题，破坏整体结构，大幅度降低混凝土强度，一方面对结构的安全性造成不良影响，另一方面也缩短了这些电厂水工结构建筑物的使用寿命。特别是对于处于腐蚀性液体中的水工结构而言，混凝土构件可能会受到周边环境中各种化学离子的侵蚀（包括硫酸盐离子、镁离子、以及氯离子等在内），对其性能产生巨大的破坏。

混凝土耐久性设计要点分析

正如前文中所提到的，混凝土作为构成电廠水工结构的主要原料，其耐久性水平将直接对整个水工结构的安全性与长效性产生影响。然而在当前有关电厂水工结构混凝土耐久性设计工作的开展过程当中，主要采取的是28d强度设计方案，同时根据所处环境特点，对混凝土的主要耐久性指标进行分析（包括混凝土的抗冻等级以及抗渗等级等在内），正确处理混凝土设计指标与原材料性能之间的对应关系，但缺乏对裂缝与与耐久性对应关系，以及混凝土配合比强度指标与耐久性之间对应关系的考量，因此造成电厂水工结构中混凝土强度普遍高于设计标准，胶凝材料使用量高的问题，频繁出现结构开裂现象，对结构耐久性有非常不良的影响。因此，从优化混凝土结构耐久性设计的角度上来说，需要关注以下几个方面的问题：

（1）从设计指标角度上来看，考虑到混凝土所使用于水工环境下的特殊性，可以根据所处地区的气候条件，承受荷载作用力的开始时间，以及水工建筑结构的具体形式等，通过60d或90d龄期对抗压强度进行优化。针对工程后期施工中容易出现的温度裂缝问题，可以通过改进混凝土强度龄期标准，提高粉煤灰掺入量，降低单位用水量、胶凝材料使用量、以及水泥材料使用量的方式，减少温度裂缝。

（2）从原材料的选择上来看，为了提高电厂水工结构中混凝土的性能水平，必须结合实际情况，适当掺入优质的外加剂与掺合料。对于水工结构混凝土而言，常用的掺合料为F#粉煤灰，通过掺入需水量比<100%粉煤灰的方式，能够在降低混凝土拌合阶段单位用水量的同时，起到降低混凝土早期干燥收缩的目的。同时，在拌合阶段所使用的引气剂中，除了需要考虑引气剂的含气量意外，还需要考虑气泡大小，气泡结构，以及气泡稳定性对混凝土性能的影响。即便是对于无特殊抗冻要求的水工结构混凝土而言，也可在拌合阶段通过加入引气剂的方式，达到提高混凝土可泵性与和易性水平的目的。

结束语

前文分析中已经证实的是：耐久性设计对于电厂水工结构工程的结构稳定、可靠有着非常重要的意义。当前，港口工程，公路工程，铁路工程等行业均将耐久性设计纳入结构设计的关键范畴当中，为电厂水工结构耐久性设计起到了很好的示范作用。我国经济体系中，电力行业的基础地位是非常稳定的，水工结构的可靠性以及使用寿命值得引起各方人员的高度重视。因此，在水工结构工程设计规范中，建议进一步突出耐久性设计的重要地位，尽可能的明确耐久性设计相关的问题，从而为电厂水工结构整体质量水平的完善提供保障。

水工金属结构系统可靠度发展研究 篇12

关键词：水工,金属结构,系统可靠度

自从1984年我国颁布以结构可靠度理论为基础的《建筑结构设计统一标准》以来, 在20多年间, 我国的可靠度理论发展迅速, 也取得了很多的成果, 但只是限于单一构件的可靠度分析。对系统的可靠度分析王正中等人虽然也有研究, 但只是简单的看成串并联模型, 其精确度也值得考量[1]。而在近10多年来, 可靠性研究似乎进展不大, 也一直停留在10年前的水平。系统可靠性的研究对水工金属结构十分重要, 其迫切性和重要性不言而喻[2]。

其迫切性体现在:水工金属结构作为一个体系, 有多种失效模式, 只是单纯的考虑某一构件的失效状况所得出的结论是很难对整个水工金属结构的失效状况作出合理预测的, 而且在闸门的寿命预测和疲劳计算等方面的研究也表明, 只有在闸门系统可靠度研究取得有效成果的前提下, 这些方面的研究才可能取得实质性的突破, 所以加快研究水工金属结构的系统可靠度刻不容缓。

其重要性体现在:水工金属可靠度的研究十分复杂, 虽然该方面的课题提出已久, 但只是限于简单结构作简单简化, 工程意义并不十分实用, 且有利于工程实践的成果也不多。多数研究只是针对闸门某一构件, 如主梁, 边梁, 面板等。而对系统来说, 必须考虑构件间的联系以及构件对系统的影响, 多种失效模式的组合等才能得出更合理的结论。

水工金属系统可靠性研究的意义:使设计更具全面, 合理, 统一的理论依据, 减小人为因素引起的误差;使设计在经济上找到最合适的平衡点, 既满足工程需要, 同时又最经济;能加快闸门其他方面的研究, 同时也能推动整个水工金属行业向前迈进一大步。

文章就目前水工金属结构系统可靠性的几种理论作简要分析, 并对今后水工金属结构系统可靠度发展方向做适当展望。

1 串联模型

将水工金属结构每个部件看成串联的模型, 结构中任一构件失效, 则整个结构会失效。其计算方法也较为简单, 即总可靠度为各个单元可靠度的乘积。串联模型适用于所有的静定结构的失效分析以及由脆性材料做成的超静定结构的失效分析, 但是水工金属结构既不是由脆性材料做成的, 也不是简单的串联结构, 所以只具有一定的理论意义, 工程意义并不大。

2 并联模型

将水工金属结构每个部件看成并联的模型, 若构件中有一个或一个以上的构件失效, 剩余的构件或失效的延性构件, 仍能维持整体结构的功能。其失效概率为各个构件失效概率的乘积。并联模型适用于所有超静定结构的失效分析, 但水工系统十分复杂, 也并不是简单的并联模型, 也只是具有一定的理论意义, 可为工程作一定的参考依据。

3 串-并联模型

该模型为前面两种模型的综合, 是对串联, 并联模型的很好补充。由于水工结构系统的复杂性, 整体的失效形式并不限于一种, 可能是几种失效形式的组合。串-并联模型具有很好的理论意义, 该模型的提出也十分切合工程实际问题, 只是水工系统的复杂性使得无法确定计算模式, 工程实践无法有效展开, 只能确定水工系统的可靠度范围。

4 失效树分析法

水工金属结构失效有多种原因, 每种失效又有多种失效模式, 失效树分析法就是在整体系统可靠度分析中将这些原因和模式统一考虑, 建立起整体系统分析模型[3]。根据失效原因, 目前有主次图、因果图、层次分析法和失效树分析法等几种主流的建立失效模型分析的方法。

失效树分析法的关键是确定系统失效原因的各种组合方式或发生概率, 计算系统失效概率, 并采取相应措施, 提高系统可靠性, 相应逻辑框图则称为失效树。

该方法工程意义十分显著, 理论上只要知道构件的可靠度, 就能求得系统的可靠度。但实际上确定底事件的概率并不容易, 其次也比较依赖专家经验, 缺乏足够的理论支撑。

5 研究展望

可靠度是横梁结构的一个简便而又重要的指标。但就目前而言, 可靠度的研究依然集中于构件, 对结构系统可靠度的研究虽有进展但远未达到工程需要的应用阶段。结构系统可靠度能更好地反应结构完成预定功能的概率情况, 所以必须加强水工金属结构系统可靠度的研究。其研究方向可以参考如下几个方面。

参考其他行业的可靠度研究情况, 从中借助适当的方法开展闸门钢结构研究, 以及加快修订钢闸门结构可靠度方面的规范, 并逐渐以可靠度设计方法取代传统的容许应力法, 加快可靠度设计方法在水工金属方面的推广与实践。

加强对水工金属结构中各种参数的统计分析, 以便合理的确定影响结构可靠性的基本变量的统计参数与概率分布类型, 从根本上解决水工金属结构可靠度分析缺乏基本参数的问题。

串-并联模型具有相当的理论意义, 只是在实践工程中难于施展。但可以结合有限元分析方法, 以及通过软件的二次开发将复杂串-并联系统参数化, 找出系统与构件之间存在的内在关联, 数字化, 并在在计算机上做精确的模拟计算, 那么水工金属结构的系统可靠度研究可能会出现较大的突破。

可靠度的模糊化。使用失效树分析对事件进行定量评估, 把失效分析与专家经验考虑在内, 虽然带有一定的经验成分, 但分析结果也更为接近真实情况。

水工金属结构研究之所以缓慢, 主要是因为其复杂性。比如对闸门性能其他方面的研究, 都与系统可靠度研究相辅相成, 在系统可靠度研究遇到瓶颈时, 加快其他方面的研究, 或许能起到意想不到的效果。

参考文献

[1]李典庆, 常晓林.水工钢闸门可靠度分析研究进展[J].长江科学院院报, 2007.

[2]王蛟, 杨斌.水工钢闸门系统可靠度研究综述[J].水运工程, 2013.