【正文】 ............ 57 5 第一章 前言 11 用途 本手冊采用強度設(shè)計法為水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計提供指南。 12 適用性 本手冊適用于所有 HQUSACE/OCE 構(gòu)件、重要的輔助防御區(qū)、區(qū)域、實驗室以及有土建工程任務(wù)的野外作業(yè)活動。 13 參考文獻(xiàn) a. EM 111012101，結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作應(yīng)力。 b. EM 111022902, 水道，涵洞，以及管道 c. CW03210, 混凝土配筋用的鋼筋，焊接鋼筋網(wǎng)和附屬設(shè)備的土建工程施工準(zhǔn)則規(guī)范。 d. 美國混凝土協(xié)會，“鋼筋混凝土建筑規(guī)范及條文說明，” ACI 318， Box 19150， Redford Station, Detroit, MI 48219。 e. 美國混凝土協(xié)會，“環(huán)境工程混凝土結(jié)構(gòu)，” ACI 350R， Box 19150, Redford Station, Detroit, MI 48219。 f. 美國試驗材料協(xié)會，“混凝土配筋用的變形的和光面鋼坯鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，” ASTM A 61589， 1916 Race St., Philadelphia, PA 19103。 g. 美國焊接協(xié)會，“結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范 鋼筋，” AWS , 550 NW Le Jeune RD., . Box 351040, Miami, FL 33135。 h. Liu, Tony C, 1980 (Jul)?！八や摻罨炷两Y(jié)構(gòu)的強度設(shè)計，報告 1： 初步強度設(shè)計準(zhǔn)則，”技術(shù)報告 SL804，美國陸軍工程師 團水道試驗站， 3909 Halls Ferry Road, Vicksburg, NS 39180。 6 i. Liu, Tony C., 和 Gleason, Scott. 1981（ Sep）。“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計，報告 2：用于設(shè)計和分析受彎曲和軸向組合荷載作用的鋼筋混凝土水工結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計輔助工具” , 技術(shù)報告 SL804，美國陸軍工程師團水道試驗站，3909 Halls Ferry Road, Vicksburg, NS 39180。 j. Liu, Tony C, 1981 (Sep)?！八?工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計，報告 3： T 型墻設(shè)計” , 技術(shù)報告 SL804，美國陸軍工程師團水道試驗站， 3909 Halls Ferry Road, Vicksburg, NS 39180。 14 背景 a. 水工鋼筋混凝土水工結(jié)構(gòu)物是受下列一種或多種影響的結(jié)構(gòu)：浸沒，波浪作用，射流，化學(xué)污染的空氣，以及惡劣的氣候條件。常用的水工結(jié)構(gòu)物有消力池底板和墻，混凝土襯砌的水道，部分廠房，溢洪道閘墩，混凝土噴射墻及導(dǎo)水墻，擋水墻，最高水位和波浪作用以下的進(jìn)水口和出水口結(jié)構(gòu)，閘墻，導(dǎo)水墻及護(hù)墻，以及與水接觸易受影響 的擋土墻。 b. 總體來說，由工程師團采用 EM 111012101 的工作應(yīng)力法設(shè)計的現(xiàn)在的鋼筋混凝土水工結(jié)構(gòu)物一直保持的非常好。陸軍工程師團在 1981 年開始采用強度設(shè)計法（ Liu 1980,1981 及 Liu 和 Gleason 1981）以與工業(yè)，大學(xué)和其它工程技術(shù)機構(gòu)保持協(xié)調(diào)。頒布日期為 1981 年 9 月 15 日的 ETL 11102265，“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強度設(shè)計準(zhǔn)則，”是陸軍工程師團發(fā)布的第一份采用強度設(shè)計法為水工結(jié)構(gòu)提供指南的文件。該 ETL 規(guī)范有關(guān)應(yīng)用多荷載系數(shù)的勞動密集性，以及某些荷載系數(shù)組合條件 生成的設(shè)計比如果采用工作應(yīng)力法的設(shè)計更保守這一事實最終導(dǎo)致出臺了 1988 年 3 月 10 日的 ETL 11102312，“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強度設(shè)計準(zhǔn)則”。 c. 在 ETL 11102312 中修正荷載系數(shù)的目的是確保最終設(shè)計如同采用工作應(yīng)力法一樣安全。此外還引進(jìn)了單荷載系數(shù)概念。該 ETL 指南最初在荷載系數(shù)、混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系和 60 級鋼筋屈服強度方面不同于 ACI 318“鋼筋混凝土建筑規(guī)范”的條文規(guī)定和說明。 ETL 11102312 指南旨在使設(shè)計同于采用工作應(yīng)力法產(chǎn)生的設(shè)計。 d. 陸軍工程師團更早的強 度設(shè)計法與 ACI 指南有區(qū)別，因為 ACI 318 規(guī)范 7 未包括水工結(jié)構(gòu)適用性需要的規(guī)定。強度和穩(wěn)定性是必須的，但適用性是按照撓曲、開裂和耐久性要求同等考慮的水工結(jié)構(gòu)的重要性已促使陸軍工程師團小心而慎重地朝著專用強度設(shè)計法的方向發(fā)展。 e. 本手冊用一種類似于 ACI 350R89 的方法修改并補充了 ETL 11102312中的指南。采納 ACI 318 規(guī)范中給出的混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系和 60 級鋼筋的屈服強度。同樣，荷載系數(shù)與 ACI 318 的更相似，并考慮到水工結(jié)構(gòu)適用性的需要對其修改了水力系數(shù) Hf。 f. 與 ETL 11102312 一樣，本手冊允許在恒載和活載中使用單荷載系數(shù)。另外，當(dāng)作用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的荷載包括來自土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析的反作用力時需要采用單荷載系數(shù)法。 15 一般規(guī)定 水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)目前的 ACI 318規(guī)范中的強度設(shè)計法進(jìn)行設(shè)計，其它下述規(guī)定除外。采用的符號與 ACI 318 規(guī)范和注釋中所用的符號一樣，本文有限定的除外。 16 范圍 a 本手冊寫的十分詳細(xì)，為設(shè)計師不僅提供設(shè)計程序，還提供應(yīng)用實例。此外，給出的綜合彎曲和軸向荷載公式的推導(dǎo)是為增強設(shè)計師的信心和了解。 b 第 2 章介紹了細(xì)部設(shè) 計的一般規(guī)定。第 3 章介紹了強度和適用性要求，包括荷載系數(shù)和彎曲鋼筋的限定。第 4 章中給出了受彎曲和 /或軸向荷載作用的構(gòu)件的設(shè)計公式（包括雙向彎曲）。第 5 章介紹了剪切設(shè)計指南，包括對彎曲構(gòu)件和專用直線性構(gòu)件的規(guī)定。附錄中包括符號，公式推導(dǎo)和實例。實例演示：荷載系數(shù)應(yīng)用，受彎曲和軸向組合荷載作用的構(gòu)件設(shè)計，剪切設(shè)計，互相作用特性曲線的展開，以及受雙向彎曲作用的構(gòu)件設(shè)計。 17 計算機程序 用于設(shè)計和分析水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計算機程序復(fù)本隨時可得到，并可從工程技術(shù)計算機程序庫（美國陸軍工程師團水道試驗站， 3909 Halls Ferry Road, 8 Vicksburg, Missisippi, 391806199。）中獲取。對于考慮彎曲和軸向組合荷載的設(shè)計，只要遵照本手冊給出的荷載系數(shù)和配筋比指南，與 ACI 318 規(guī)范相一致的任何程序都是允許的。 18 廢除 基于 ETR 11102312 的陸軍工程師團 CSTR 計算機程序庫（ X0066）由CASTR 計算機程序（ X0067）所替代。 CASTER 程序是基于這本新的工程師手冊。 9 第二章 配筋的細(xì)部設(shè)計 21 概述 本章介紹了在各種水工結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件中配置和鋪設(shè)鋼 筋的指南。 22 質(zhì)量 這一類級的鋼筋限定在 ASTM A 615（鋼坯）， 60 級。應(yīng)避免采用 40 級鋼筋，因為它的可用性是有限的，而且基于 40 級鋼筋采用本文所含程序的設(shè)計過于保守。符合 ACI 318 規(guī)范的其它類級的鋼筋在得到更高一級部門同意的情況下也可專用。 23 錨固、鋼筋錨固和接頭 錨固、鋼筋錨固和接頭要求應(yīng)符合 ACI 318 規(guī)范和以下提出的要求。因為錨固長度依據(jù)一些系數(shù)而定，如混凝土強度及鋼筋位置，功能，尺寸，類型，間距和護(hù)層，所以設(shè)計師必須在合同圖紙上標(biāo)明鋼筋錨固所需的埋入長度。同樣的理由，圖紙應(yīng) 示出接頭長度和特殊要求，如接頭的搭接等。應(yīng)認(rèn)真編輯施工技術(shù)規(guī)范以確保它們與圖紙上示出的鋼筋細(xì)部設(shè)計相吻合。 24 吊鉤與彎鉤 吊鉤與彎鉤應(yīng)符合 ACI 318 規(guī)范。 25 鋼筋間距 a 最小。 平行鋼筋之間的凈距不得小于鋼筋額定直徑的 1 1/2 倍，也不得小于粗骨料最大直徑的 11/2 倍。 14 號和 18 號鋼筋的間距分別不得大于 6 英寸和 8 英寸。當(dāng)鋪設(shè)兩層或更多層平行鋼筋時，層與層之間的凈距不得小于 6 英 10 寸。在水平層中，上層鋼筋應(yīng)直接鋪設(shè)在下層鋼筋上。在垂直層中，應(yīng)采用同一取向。在施工大體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時，層鋼 筋的中心間距盡可能應(yīng)設(shè)為 12 英寸以方便施工。 b 最大。 一次鋼筋和二次鋼筋的最大中心間距不得超過 18 英寸。 26 鋼筋的混凝土保護(hù) 鋼筋的最小護(hù)層應(yīng)按下面各混凝土截面所示的尺寸。尺寸標(biāo)明了從鋼筋邊緣到混凝土表面的凈距。 混凝土截面 鋼筋的最小凈護(hù)層，英寸 與基礎(chǔ)連接的不成形表面 4 受空蝕或磨耗侵蝕影響的成形或修平表面 6 成形和修平表面，如消力池墻，斜槽式溢洪道底板，和斜式水道襯砌底板： 厚度等于或大于 24 英寸 4 厚度大于 12 英寸，小于 24 英寸 3 厚度等于或小于 12 英寸 符 合 ACI 318 規(guī)范 注：任何情況下護(hù)層不得小于骨料最大額定粒徑的 倍，或 最大鋼筋直徑的 倍。 27 搭接 a 概述。 鋼筋應(yīng)按要求搭接，并應(yīng)在合同圖紙上標(biāo)出搭接位置。應(yīng)避免在最大拉應(yīng)力點處搭接。當(dāng)必須進(jìn)行這樣的接頭時，接頭應(yīng)錯接。鋼筋接頭可搭接或?qū)印? b 互搭接頭。大于 11 號的鋼筋不得搭接。受拉接頭應(yīng)縱向錯接以便任一截面處在規(guī)定的搭接長度內(nèi)接頭的鋼筋僅為一半。如果錯接接頭不切實際，則應(yīng)遵循 ACI 318 規(guī)范的適用規(guī)定。 c 對接接頭。 （ 1）概述。 大于 11 號的鋼筋應(yīng)對接。除非經(jīng)細(xì)部設(shè) 計明確證明是正確的 11 或是經(jīng)濟的， 11 號或小于 11 號的鋼筋不得對接。由于大于 11 號的鋼筋的對接成本高，特別是 18 號鋼筋，所以應(yīng)認(rèn)真考慮采用小號鋼筋的備選方案。應(yīng)按照下面段落中的規(guī)定用鋁熱焊法或經(jīng)同意的機械對接法完成對接接頭。通常，由于焊接鋼筋有內(nèi)在的不定因素，所以不允許弧焊接頭。然而，如果必須弧焊，應(yīng)執(zhí)行 AWS ，結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范 鋼筋。對接頭的受拉強度應(yīng)達(dá)到鋼筋規(guī)定屈服強度（ fy）的 125%。對大于 11 號的鋼筋，其受拉接頭應(yīng)縱向錯接至少 5 英尺，錯接長度相當(dāng)于 11 號或更小號鋼筋規(guī)定的搭接長度，以便任一截面處 鋼筋搭接不超過一半。小于 14 號鋼筋的受拉接頭應(yīng)縱向錯接，相當(dāng)于規(guī)定的搭接長度。 14 號和 18 號鋼筋應(yīng)縱向錯接至少 5 英尺，以便任一斷面處的鋼筋搭接不超過一半。 （ 2）鋁熱焊。鋁熱焊應(yīng)只限于符合 ASTM A 615 規(guī)范的鋼筋（鋼坯），基于桶樣分析硫磺含量不超過 %。鋁熱焊法應(yīng)符合指導(dǎo)性規(guī)范 CW03210 的規(guī)定。 （ 3）機械對接。機械對接應(yīng)依據(jù)指導(dǎo)性規(guī)范 CW03210 的規(guī)定采用經(jīng)批準(zhǔn)的散熱的螺紋聯(lián)接，模鍛套管，或其它有利的形式完成。設(shè)計人員應(yīng)了解機械接頭有滑動的可能性，并應(yīng)堅持本指導(dǎo)性規(guī)范中規(guī)定的試驗條款 應(yīng)包括在合同文件中并應(yīng)在施工中應(yīng)用。 28 溫度和收縮鋼筋 a 在設(shè)計受溫度與收縮應(yīng)力影響的結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，鋼筋面積應(yīng)為毛截面面積的 倍，每個面的一半，最大面積等于每面 12 英寸的 9 號鋼筋。一般來說，薄截面的溫度與收縮鋼筋不小于每面 12 英寸的 4 號鋼筋。 b 如果鋼筋必須用來分散應(yīng)力和溫度與收縮的話，經(jīng)驗和 /或分析可顯示大于 28a 段中注明的鋼筋量的必要性。 c 總而言之，當(dāng)在分析中考慮過約束力時就沒有必要在一次受拉鋼筋的平面和方向上增加溫度與收縮鋼筋。然而，一次鋼筋不得少于上述確定的收縮與溫度所需的鋼筋 。 12 第三章 強度及適用性 31 總則 a. 非水工結(jié)構(gòu)與水工結(jié)構(gòu) 。所有鋼筋混凝土水工結(jié)構(gòu)必須滿足強度和適用性的雙重要求。在強度設(shè)計法中，用適當(dāng)荷載系數(shù)乘以工作荷載，對水工結(jié)構(gòu)要乘一個附加水力因數(shù)， Hf。該水力因數(shù)適用于一般的荷載系數(shù)公式。然后用該增加的荷載求得所需的水工結(jié)構(gòu)的額定強度。采用水力因數(shù)替代完成附加的適用性分析。 b. 單個和修正的 ACI318 荷載系數(shù)法 。兩種方法都適合于確定計算力矩、剪力和推力，以用于采用強度設(shè)計法時的水工結(jié)構(gòu)設(shè)計。它們是單荷載系數(shù)法和以略有修改的 ACI 318 建筑規(guī)范為基 礎(chǔ)的一種方法。在此對這兩種方法做一介紹。 c. 穩(wěn)定性要求 。除滿足強度和適用性要求外，許多水工結(jié)構(gòu)還必須滿足各種荷載和基礎(chǔ)條件下的穩(wěn)定性要求。 d. 非水工結(jié)構(gòu) 。不能歸入水工類的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按本指南設(shè)計，除非不采用水力因數(shù)。 32 穩(wěn)定性分析 a. 未計算荷載 。必須按照 EM 2101 水工結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析用未計算荷載對水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。然后用未計算荷載和最終的反作用力來確定結(jié)構(gòu)臨界截面處的未計算力矩、剪切和推力。然后用適當(dāng)?shù)妮d荷系數(shù)，合適時用水力因數(shù)，乘以未計算力矩、剪力和推力，以確定用于 形成截面特征所需的額定強度。 b. 土與結(jié)構(gòu)相互作用的荷載系數(shù) 。當(dāng)作用在被分析的結(jié)構(gòu)分量上的荷載包括來自土與結(jié)構(gòu)相互作用（ SSI）穩(wěn)定性分析的反作用力時，如墻基礎(chǔ)，必須采用單荷載系數(shù)法。為簡化和方便應(yīng)用，單荷載系數(shù)法應(yīng)普遍用于這類結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)件?；?ACI 318 建筑規(guī)范的荷載系數(shù)法可用于結(jié)構(gòu)的一些非 SSI 的相關(guān)構(gòu)件，但必須謹(jǐn)慎使用以保證荷載組合不會產(chǎn)生不安全后果。 13 33 強度要求 a. 一般規(guī)定 。根據(jù)下列規(guī)定，鋼筋混凝土水工結(jié)構(gòu)和水工結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)達(dá)到所需的強度， Uh, 以承受恒載和活載。應(yīng) 采用水力因數(shù)確定所有軸向荷載組合、力矩和剪