中国水利水电第十六工程局有限公司 福建福州 350003
摘要：风冷骨料仓作为骨料预冷的重要载体，是实现大坝浇筑中混凝土温度控制的重要结构物。本文阐述了风冷骨料仓在大坝建设中的重要性，并详细讲解了骨料仓的结构设计。通过分析和探讨，进一步优化结构设计，以达到利用更少的资源实现利益的最大化。
关键词：风冷骨料仓 比选 结构 形式 设计
一、概况
水泥水化热作用使大坝混凝土产生较大的温度应力，如果工程施工中不采取适当的温度控制措施，混凝土大坝块体将会产生裂缝，影响工程质量，甚至危害大坝安全。为此，近30~40年俩，各国在大型混泥土大坝施工中，为保证工程质量，加快混凝土浇筑速度，已逐步发张成一套有效的温度控制技术措施。如减少水泥水化热量、坝体分缝分块、降低混凝土浇筑温度以及坝体的后期冷却和坝面的保护等措施。
控制混凝土浇筑温度是温度控制的重要措施之一。在夏季施工中，目前采用最广泛的是预冷骨料为主并采用冰屑代替大部分拌和用水的方法来降低混凝土出机口的温度。加冰拌和虽然简单易行，但降温效果有限，因此要实现较大幅度的降温主要依靠骨料预冷。
目前采用较为广泛的骨料预冷技术主要以风冷骨料为主，风冷骨料仓作为骨料风冷的载体，其结构的实用性和安全性在风冷骨料技术的实施中起着举足轻重的作用。因此设计好骨料仓的结构，不仅关系到大坝的施工质量也关系到项目的安全生产。
二、结构方案比选
1、工程条件
以丰满大坝重建工程为例，夏季混凝土的浇筑强度为500立方米/时，考虑骨料从初始温度降低至目标温度的时间大约为2.5小时，要求风冷骨料仓的有效制冷容积应达到1250立方米。骨料四级配，分别为特大石、大石、中石、小石，这就要求骨料仓至少要设计4个独立的料仓。综合考虑骨料体量的大小，将料仓分为8个独立的仓，每个级配各站两个仓。 根据进风和回风的高度差为4.5米，以及现场场地的限制条件，确定料仓的平面和立面尺寸，如下图所示。
图一 图二
2.1经济合理性比较
在项目建设中，经济的合理性是力求花费最少的人力物力已满足使用功能的要求，从而达到价值的最大化。通过对两种方案的各种材料成本和人工成本进行比较，选择出相对较为经济的方案。这两种方案的经济比较见下表：
通过方案的经济合理性比较，方案二材料成本明显低于方案一的材料成本，而方案一的人工机械成本也比方案二要高，综合从总成本上来看，方案二的经济性要优于方案一。
2.2施工安装比较
方案二采用拼装的方法，可以提前预制好各标准构件，然后再到现场进行拼装，相比较方案一的整体钢筋混凝土结构在施工的进度上有一定的优势。
由于风冷骨料仓是大坝施工的配套结构物，其属于临时性的构筑物。在工程施工结束后，还面临着要拆除的问题。方案一的结构形式不仅在建设上存在着一定的难度，在后期的拆除作用中也是具有一定的困难。而方案二的上部结构形式本身就是拼装而成，后期拆除时只要拆除连接件，分块的钢网格板还可以保留。这样不仅为方便了施工，同时今后的项目如有需要也可以重复利用，起到了节约资源的效果。
三、结构设计
3、下部钢筋混凝土结构设计要点
在结构的设计时要首先考虑设计一个方案，使得它可以适应施的要求。在从力学的角度考虑它的布局，合理分配柱网按照开间跨度距离来进行具体的布置。减少承受的压力利用连续粱的特点使受力均匀，让各个跨梁的横截面相一致使得建筑的整体结构刚度得到提高。
建筑中细微的裂缝是允许的，针对于裂缝的问题主要采取的也是一些分压的办法．利用承受压力改变使得受力均匀在结构材料的设计过程中都是通过预先的测试进行的，通过预先给混凝土施加压力让混凝土本身受到外部的压力使得拉力被抵消，这样就可以避免混凝土出现裂缝了，原理是通过加强混凝土的抗压能力使其强度得到加强。
设计钢筋混凝土结构时必须要考虑到延性这一关键又特殊的环节。它能够起到对于一些损坏建筑物的结构或者是地震这一类严重伤害的预防作用，能够对这些意外情况进行有效地控制，所以必须把铜筋混凝土结构的延性做好。
2、上部型钢结构设计要点
2.1结构布置
结构的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑，一般的说要刚度均匀，力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线，否则应考虑结构的扭转。
2.2预估截面
结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接h型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20～1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。柱截面按长细比预估，根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,可选择钢管或h型钢截面等。对应不同的结构，规范中对截面的构造要求有很大的不同。如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题。在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。
2.3结构分析
目前钢结构实际设计中,结构分析通常为线弹性分析,条件允许时考虑p－Δ，p－δ。新近的一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能。这为更精确的分析结构提供了条件。并不是所有的结构都需要使用软件，典型结构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和变形。简单结构通过手算进行分析，复杂结构才需要建模运行程序并做详细的结构分析。
2.4构件设计
构件的设计首先是材料的选择。比较常用的是q235(类似a3)和q345(类似16mn)。通常主结构使用单一钢种以便于工程管理。经济考虑，也可以选择不同强度钢材的组合截面。 当强度起控制作用时，可选择q345；稳定控制时，宜使用q235。
当前的结构软件，都提供截面验算的后处理功能。应用软件在做构件(主要是柱)的截面验算时，当预估的截面不满足时，加大截面应该分两种情况区别对待。若是强度不满足，通常加大组成截面的板件厚度，其中，抗弯不满足加大翼缘厚度，抗剪不满足加大腹板厚度。若是变形超限，通常不应加大板件厚度，而应考虑加大截面的高度，否则，会很不经济。
2.5节点设计
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。连接的不同对结构影响甚大，比如，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产生较大转动，不符合结构分析中的假定。会导致实际工程变形大于计算数据等的不利结果。
四、结语
由于风冷骨料技术在国内目前还属于较新的技术，其应用不仅增加了骨料表面的含水量而且在风冷后，骨料表面基本干燥，所拌混凝土的塌落度稳定，质量较好。因此风冷骨料仓的设计和建设也应该进一步的加强，以满足水利水电建设过程中新技术的应用和发展。本文从风冷骨料的技术优势开始，阐述的骨料仓结构设计的必要性和重要性，并详细介绍了骨料仓在结构选型和结构设计上的要点。希望能为今后骨料仓的结构设计提供一定的帮助，也希望能为今后的水利水电建设项目做出一定的贡献，使得项目建设在资源和进度上都有一定的节约和进步。
参考文献:
[1]《混凝土结构基本原理》上、下册，第四版，天津大学、同济大学、东南大学主编，清华大学主审。北京：中国建筑工业出版社，2008
[2]混凝土结构设计规范(GB 50010—2002).北京：中国建筑工业出版社，2002
[3]范家骥. 钢筋混凝土结构(上册).北京：中国建筑工业出版社，1999
[4]陈绍蕃、顾强编，《钢结构》(下)[M]..北京：中国建筑工业出版社.2003
[5]水利水电工程施工组织设计手册 第4卷：辅助企业，水利电力部水利水电建设总局组织编写，水利水电出版社，1991-8-1
论文作者:江,艳
论文发表刊物:《防护工程》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/6
标签：骨料论文; 结构论文; 截面论文; 混凝土论文; 方案论文; 大坝论文; 构件论文; 《防护工程》2017年第28期论文;