混凝土结构及其在港口、航道工程中的应用

1、混凝土结构及其在港口、航道工程中的应用摘要：当今社会混凝土结构的应用范围日益扩大，无论从地上或地下，乃至海洋，工 程构筑物很多用混凝土建造，本文研究了混凝土结构及其在港口、航道工程中的应 用，简单介绍了混凝土的分类和特性，着重介绍了钢筋混凝土特性，分析总结了混凝 土结构的特点及分类，结合实习内容，列举实际工程，说明了混凝土结构在港口、航 道工程中的应用。关键词：混凝土结构；港口：航道：应用1 混凝土混凝土是用水泥、水、细骨料（如砂子）、粗骨料（如卵石、碎石） 等原料按一定比例经搅拌后人模浇筑，并经养护硬化后做成的人工石料。 水泥和水在凝结硬化过程中形成水泥胶块，把细骨料和粗骨料粘结在一 起。细骨料和粗骨料以及水泥胶块中的结晶体组成弹性骨架承受外力。弹性骨架使混凝土具有弹性变形的特点，同时水泥胶块中的凝胶体又使混凝 土具有塑性变形的性质。11.1混凝土的分类混凝土按照不同的分类方式可分为多种类型，下面简单介绍几种分类方 法：（1）按胶凝材料分为无机胶凝材料混凝土，无机胶凝材料混凝土包括石灰硅质胶凝材料混凝土 硅酸盐水泥系混凝土、钙铝水泥系混凝土、石膏混凝土、镁质水泥混凝土、硫 磺混凝土、

2、水玻璃氟硅酸钠混凝土、金属混凝土等。有机胶凝材料混凝土。有机胶凝材料混凝土主要有沥青混凝土和聚合物水 泥混凝土、树脂混凝土、聚合物浸渍混凝土等。（2）按表观密度分为混凝土按照表观密度的大小可分为：重混凝土、普通混凝土、轻质混凝 土。这三种混凝土不同之处就是骨料的不同。（3）按定额分为普通混凝土。普通混凝土分为：普通半干硬性混凝土，普通泵送混凝土和 水下灌注混凝土，他们每个又分为：碎石混凝土和卵石混凝土；抗冻混凝土。抗冻混凝土分为：抗冻半干硬性混凝土，抗冻泵送混凝土，他 们每个又分为：碎石混凝土和卵石混凝土。（4）按使用功能分为结构混凝土、保温混凝土、装饰混凝土、防水混凝土、耐火混凝土、水工 混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土等。（5）按施工工艺分为离心混凝土、真空混凝土、灌浆混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、挤压 混凝土、泵送混凝土等。（6）按拌合物分为干硬性混凝土、半干硬性混凝土、塑性混凝土、流动性混凝土、高流动性 混凝土、流态混凝土等。(7) 按掺和料分为粉煤灰混凝土、硅灰混凝土、矿渣混凝土、纤维混凝土等。1.2混凝土的性质(1) 强度混凝土硬化后的最重要的力学性能，是指混

3、凝土抵抗压、拉、弯、剪等应 力的能力。水灰比、水泥品种和用量、集料的品种和用量以及搅拌、成型、养 护，都直接影响混凝土的强度。混凝土按标准抗压强度(以边长为150mm的立 方体为标准试件，在标准养护条件下养护28天，按照标准试验方法测得的具有 95%保证率的立方体抗压强度)划分的强度等级，称为标号，分为C10、C15、 C20、C25等。混凝土的抗拉强度仅为其抗压强度的1/13 1/8。提高混凝土 抗拉、抗压强度的比值是混凝土改性的重要方面。(2) 变形混凝土在荷载或温湿度作用下会产生变形，主要包括弹性变形、塑性变 形、收缩和温度变形等。混凝土在短期荷载作用下的弹性变形主要用弹性模量 表示。在长期荷载作用下，应力不变，应变持续增加的现象为徐变，应变不 变，应力持续减少的现象为松弛。由于水泥水化、水泥石的碳化和失水等原因 产生的体积变形，称为收缩。混凝土的变形分为两类，一类是在荷载作用下的 受力变形，如单调短期加载的变形、荷载长期作用下的变形以及多次重复加载 的变形；另一类与受力无关，称为体积变形，如混凝土收缩以及温度变化引起 的变形。(3 )和易性混凝土拌合物最重要的性能。它综合表示拌

4、合物的稠度、流动性、可塑 性、抗分层离析泌水的性能及易抹面性等。测定和表示拌合物和易性的方法和 指标很多，中国主要采用截锥坍落筒测定的混凝土现场坍落度(毫米)及用维勃 仪测定的维勃时间(秒)，作为稠度的主要指标。在一般情况下，混凝土具有良好的耐候性。但在寒冷地区，特别是在水位 变化的工程部位以及在饱水状态下受到频繁的冻融交替作用时，混凝土易于损 坏。为此对混凝土要有一定的抗冻性要求。用于不透水的工程时，要求混凝土 具有良好的抗渗性和耐蚀性。抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性为混凝土耐久性。2钢筋混凝土钢筋混凝土是指通过在混凝土中加入钢筋钢筋网、钢板或纤维而构成 的一种组合材料与之共同工作来改善混凝土力学性质的一种组合材料。2.1钢筋与混凝土之间的黏结力钢筋与混凝土两种材料能结合在一起共同工作，除了两者具有较接近的线膨 胀系数外，两者之间的粘结是这两种材料能组成复合构建共同受力的基本前 提。一般来说，外力很少直接作用在钢筋上，钢筋所承受的李通常都要通过周 围的混凝土来传递。这就要依靠钢筋与混凝土之间的粘结力，阻止钢筋与混凝 土之间的相对滑动。钢筋与混凝土之间的粘结强度如果遭到破坏，就会使构件 变形

5、增加、裂缝剧烈开展甚至提前破坏。再重复荷载作用下，特别是强烈地震 作用下，很多结构的会毁坏都是粘结破坏及锚定失效引起的。【3】2.2钢筋混凝土的特性混凝土是水泥（通常硅酸盐水泥）与骨料的混合物。当加入一定量水分的 时候，水泥水化形成微观不透明晶格结构从而包裹和结合骨料成为整体结构。 通常混凝土结构拥有较强的抗压强度（大约3,000磅/平方英寸,35 MPa）。 但是混凝土的抗拉强度较低，通常只有抗压强度的十分之一左右，任何显著的 拉弯作用都会使其微观晶格结构开裂和分离从而导致结构的破坏。而绝大多数 结构构件内部都有受拉应力作用的需求，故未加钢筋的混凝土极少被单独使用于工程。相较混凝土而言，钢筋抗拉强度非常高，一般在200MPa以上，故通常人 们在混凝土中加入钢筋等加劲材料与之共同工作，由钢筋承担其中的拉力，混 凝土承担压应力部分。例如在图2简支梁受弯构件中，当施加荷载P时，梁截 面上部受压，下部收拉。此时配置在梁底部的钢筋承担拉力(4)，而上部阴影区 所示混凝土(2)承受压力(3)。在一些小截面构件里，除了承受拉力之外，钢筋同 样可用于承受压力，这通常发生在柱子之中。钢筋混凝土构件截面

6、可以根据工 程需要制成不同的形状和大小。【4】3钢筋混凝土结构的特点及其分类3.1钢筋混凝土结构的特点钢筋混凝土结构的最大特点是能充分利用钢筋抗拉强度高和混凝土抗压强 度高的力学性能，从而提高了钢筋混凝土结构的承载力。钢筋和混凝土这两种 材料的物理学性能很不相同，但您呢过结合在一起工作，其主要原因为是： 由于钢筋和混凝土之间有良好的粘结力，能牢固的粘结城整体，当构件承受外 荷载时，钢筋和相邻混凝土能协调变形而共同工作，两者不致相对滑动；钢 筋与混凝土的温度线膨胀系数接近相等，钢为1.2x10-5，混凝土为(1.0-1.5 ) X10-5 ,除了火灾等特殊情况外，当温度变化时，这两种材料不致产生箱底的温 度变形而破坏让它们之间的结合。凝土结构除了以上特点外，还具有下列优点。混凝土所用的砂、石一般可就地取材，还可利工业材料（如矿渣、粉煤 等），制成人造骨料，用于混凝土中（2）耐火、耐久性钢筋被混凝土包裹着不易锈蚀，维修费用少。由于混凝土是不良导热体， 火灾时，混凝土起隔热作用，使钢筋不致很快达到软化温度而导致结构的整体 破坏。（3）可模性、整体性好由于新拌和而来结硬的混凝土是可塑的，根据需

7、要，可按照不同模板尺寸 和式样浇筑成设计所要求得形式。混凝土结硬后，其整体性及刚度好。（4）保养费省钢筋混凝土结构较少需要维修，不像钢结构和木结构那样需要经常维修缺点。（5）可模性好钢筋混凝土可根据设计需要浇制成各种形状和尺寸的机构，尤其适合建造外 形复杂的大体积结构及空间薄壁结构和空心楼板等。这一特点是砖石、木等结 构不能代替的。但是事物总是一分为二，钢筋混凝土结构也存在一些缺点。（1）自重大限制了在跨度结构高层建筑结构中的使用。（2）抗裂性能差由于混凝土抗拉强度低，在正常使用时，往往带裂缝工作，对一些不允许 出现裂缝或对裂缝宽度有严格限制要求的结构，建造时，工程造价将有所增 加。（3）费工，费模板，现场施工周期长，且受季节性影响。针对钢筋混凝土上结构的缺点，可采用轻质，高强材料及预应力混凝土上 来减轻结构自重及改善结构的抗裂性能。在施工方面，采用重复使用的钢模板 或工具式以及采用顶升或提升板等施工技术。（4）修补和加固工作比较困难。【4】3.2钢筋混凝土结构的分类钢筋混凝土结构按照不同的分类形式可以分为多种。（1）按结构的构造外形可分为杆件系统和非杆件系统。杆件系统如梁、板、 柱、

8、墙等。非杆件系统如空间薄壁架构、厚基础和大体积混凝土结构等。（2）按结构受力状态可分为受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件。（3）按结构的制造方法可分为整体式、装配式以及装配整体式三种。整体式结 构是在现场架立模板、绑扎钢筋，然后浇筑混凝土而成的结构。装配式结构是 在工厂（或预制场）预先制成各种构件。然后运往工地进行装配而成。装配整 体式构件是在结构内有一部分为预制装配式构件，另一部分为现浇的混凝土。（4）按照初始应力状态可分为普通钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构。预应 力混凝土结构是在结构承受荷载之前，预先对混凝土施加压力，造成人为的压 应力状态，使产生的压应力可全部和部分的抵消荷载引起的拉应力。44混凝土结构在港口、航道工程中的应用混凝土结构在当今社会有广泛的应用，大部分建筑物都是用混凝土来 建成的，混凝土结构已被广泛应用到港口、航道工程中。4.1混凝土结构在港口工程中的应用港口工程建设已离不开混凝土结构，从港口前沿的防波提、码头建设、 到后方堆场建设以及路面都会用到混凝土结构。认识实习中，印象最深的是高 桩码头，下面结合高桩码头工程实例，简要阐述钢筋混凝土结构在港口工程中 的应

9、用。V71(1)钢筋混凝土桩如图3所示高桩码头简图钢筋混凝土桩按施工发放可分为预应力桩和水下浇筑桩两种。港口工程中 也应用钢筋混凝土灌注桩，其施工设备简单造价低。钢筋混凝土桩一般采用预 应力混凝土方桩和预应力混凝土管桩，非预应力钢筋混凝土桩可在内河中小型 码头使用。桩身混凝土强度等级应用于预应力桩者不低于C40，预应力混凝土 桩的主筋应采用H、B和IV级钢筋，并优先采用变形钢筋，配筋率不小于 1%。(2) 桩帽如图2所示桩帽一般采用现浇筑混凝土，为保证桩帽与桩之间的整体连接，桩的全部 外伸钢筋应埋入桩帽内，用混凝土来浇筑在一起。(3) 横梁如图1所示横梁是高桩码头的主要受力构件，一般情况下，下横梁采用预制混凝土， 上横梁采用现浇混凝土，横梁的宽度由计算确定，并应考虑纵梁或板的搁置长 度等构造要求，现浇混凝土横梁尚应考虑打桩偏位的影响。总的来说，高桩码头就是一个钢筋混凝土结构的集合体。【4】4.2混凝土结构在航道工程中的应用航道是指在内河、湖泊、港湾等水域内供船舶安全航行的通道，由可通航 水域、助航设施和水域条件组成。航道建设主要是通过工程措施来提升或维护 航道水深，主要措施有丁坝，顺坝，潜坝，锁坝，护滩、护岸、护底或坝群 等，跟水利建设类似。5而这些坝体的建设达都用到钢筋混凝土结构。5致谢感谢老师带领我们顺利完成实习任务，感谢各接待部门对我们的热情款 待，特别感谢校友们带给我们的便捷。我们一定要加倍努力学习，为祖国的港 口事业、为建设美丽的现代化港口贡献自己的一份力量。参考文献1 宋玉普，王清湘，王立成.水工钢筋混凝土结构（2010年3月第一版）.中国水 利水建出版社出版社，2010年2 http:/3 吴相豪，刘文白.港口工程钢筋混凝土结构（2005年10月第一版）.大连海事 大学出版

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