水利工程论文-水工混凝土“78规范”与“96规范”安全度对比.doc

水利工程论文-水工混凝土“78规范”与“96规范”安全度对比摘要：该文从规范采用的设计准则和混凝土强度保证率入手，分别对SDJ2078和SL/T96两个水工钢筋混凝土结构设计规范有效版本的安全度进行了分析，并以轴心受压杆件和受弯杆件为例，量化了两本规范的安全度对比情况以及对工程量的影响程度。关键词：水工混凝土设计规范安全度对比1问题的提出在南水北调中线总干渠水工设计中，先后采用了水工钢筋混凝土结构设计规范SDJ2078（简称“78规范”）和水工钢筋混凝土结构设计规范SL/T19196（简称“96规范”），目前这两本规范都为有效版本。但在实际工作中发现，以前用“78规范”设计的工程，现在用“96规范”复核,一些指标不满足要求；相反按“96规范”设计的工程，再用“78规范”复核，一些指标也不满足要求。因此在设计人员的思想上产生了混乱，人们迫切需要弄清两本规范的安全度对比情况和对工程量的影响程度。然而，两本规范的设计理论不同，不能直接进行比较。为此，笔者结合实际工作，采用从材料强度、荷载取值、计算公式等方面逐项累计的方式，进行了两本规范的安全度对比。2混凝土强度对比在“78规范”中，混凝土标号试件为边长200mm立方体，其强度保证率为90。在“96规范”中，混凝土强度等级试件为边长150mm的立方体，其强度保证率为95。试件尺寸由200mm立方体改为150mm立方体的尺寸效应影响系数为0.95，即“96规范”的混凝土强度等级乘0.95折算为“78规范”混凝土标号。另外，“96规范”的混凝土强度等级保证率由95换算为90，须乘系数A：A=（11.270fcu）/(11.645fcu)fcu混凝土立方体（边长150mm）抗压强度的变异系数。为了便于说明问题，将“78规范”的混凝土标号R200、R250、R300、R400对应于“96规范”的混凝土强度等级C20、C25、C30、C40，并以“78规范”为基础进行比较。经过单位换算并计入试件尺寸效应和保证率影响系数后，“78规范”和“96规范”的混凝土强度对比见表1。3设计理论及工况参数对比3.1“78规范”设计理论“78规范”采用极限状态设计原则，以综合安全系数表达式进行设计。强度计算和抗裂验算设计表达式如下：KMqMP（强度计算状态）KfMsMf（抗裂验算状态）式中：K为强度安全系数；Mq为使用期内构件截面可能出现的最大内力；MP为相应截面在破坏时所能承担的最大内力；Kf为抗裂安全系数；Ms为基本荷载作用下构件截面可能出现的最大内力；Mf为该截面即将开裂时所能承担的内力。3.2“96规范”设计理论“96规范”采用概率极限状态设计原则，以分项系数表达式进行设计。强度计算和抗裂验算设计表达式如下：d0（GSGKQSQK）R(强度计算状态)0(LGKLQK)ctftk(抗裂验算状态)式中：0为结构重要性系数，对于安全等级为、级的建筑物分别取1.1，1.0，0.9；d为结构系数，取1.2；为设计状况系数，对于持久、短暂、偶然状况分别取1.0，0.95，0.9；G为永久荷载分项系数，取1.05；Q为可变荷载分项系数；SGK为永久荷载标准值的作用效应；SQK为可变荷载标准值的作用效应；R为相应截面在破坏时所能承担的最大内力；LGK永久荷载标准值作用下结构受拉边缘的拉应力效应；LQK为可变荷载标准值作用下结构受拉边缘的拉应力效应；为可变荷载标准值的长期组合系数；ct为混凝土拉应力限制系数，长期组合取0.7；ftk为混凝土轴心抗拉强度标准值。3.3荷载组合及参数对比对于强度计算状态，按照水工建筑物荷载设计规范（DL50771997）规定，持久设计状况和短暂设计状况均采用基本荷载组合，偶然设计状况采用偶然组合。因此可以认为，在强度计算中，“96规范”的持久设计状况和短暂设计状况均对应于“78规范”的基本荷载组合；“96规范”的偶然设计状况对应于“78规范”的特殊组合。对于抗裂验算状态，按照水利水电工程结构可靠度设计统一标准（GB5019994）规定，一般应按持久设计状况的长期组合和短期组合设计。因此可以认为，在抗裂验算中，“96规范”持久设计状况的长期组合和短期组合均对应于“78规范”的基本荷载组合。对于荷载分项系数，按照DL50771997的规定，自重永久荷载分项系数一般采用1.05，静水压力可变荷载分项系数采用1.0。当进行抗裂验算时，荷载分项系数均采用1.0。在“78规范”中，荷载安全系数未单独列出，包含在了综合安全系数K中。4构件安全度对比为了定量比较“78规范”和“96规范”的安全度，下面以渡槽为例，就构件在基本荷载组合下的强度和抗裂安全度进行比较。在渡槽工程中，自重和槽内静水压力是主要荷载，风荷载、人群荷载等其它可变荷载均为次要荷载。因此就安全度对比而言，可仅考虑主要荷载，不计次要荷载。根据南水北调中线渡槽设计情况，考虑自重永久荷载占总荷载的1/3，静水压力可变荷载占总荷载的2/3。4.1轴心受压构件承载能力安全度对比“78规范”表达式：KNRa“96规范”表达式：1.20N（1.051/31.02/3）fc按上述表达式，钢筋混凝土轴心受压构件基本荷载组合情况下的承载能力安全度对比（表2）。4.2受弯构件承载能力安全度对比以矩形截面为例，在不计受压钢筋情况下：“78规范”表达式：KMRWbx1(h0x1/2)“96规范”表达式：1.20M（1.051/31.02/3）fcbx2(h0x2/2)根据力的平衡条件,有RWbx1=fcbx2，x2=1.42x1，则“96规范”表达式改写为：1.220Mfcbx2(h00.71x1)由此可以看出，受弯构件的安全度不仅与截面尺寸及混凝土强度有关，而且还与混凝土受压区高度有关。综合考虑上述因素后,矩形截面受弯构件承载能力安全度对比（表3）。4.3受弯构件抗裂安全度对比根据南水北调中线总干渠的设计运用原则和DL50771997