广东东莞523000
摘要：水工混凝土结构主要是用于资源防护和生态建设过程中，水工建筑的质量在很大程度上会受到水工混凝土结构设计水平的影响，若将水工建筑比喻成一间房屋，那么水工混凝土结构就是整个房屋的基本框架，起到承受整个房屋重量的作用，因此只有保证水工混凝土结构设计能够满足人类使用要求，才能确保建筑能够在安全状态下使用运行。本文将从水工混凝土材料出发，对其结构优化问题进行研究分析。
关键词：水工；混凝土结构；优化设计；问题
一、引言
改革开放以来，我国社会经济飞速发展，使得建筑行业也取得了巨大的进步，其中水利建筑工程的应用也逐渐朝着越来越广泛的应用范围发展，且行业实力呈现出持续上升的趋势。水工混凝土作为水工建筑的主要建筑材料，它的结构优化设计是整个水工建筑工程施工的重要环节，水工混凝土结构设计质量对整个水工建筑施工的质量有着非常重要的影响。但是，从目前我国整体水工建筑质量来讲，水工混凝土结构优化设计仍存在着许多问题，正是这些问题降低了我国水工建筑工程的整体安全性和可靠性，制约着我国水工建筑行业的进一步发展。因此，为了保证水工建筑工程的安全性和可靠性，相关工作部门一定要重视对水工混凝土的结构设计，确保水工混凝土结构能够具有良好的耐久性，长久的发挥其工作效应，全面提升我国水工建筑工程的安全性能。
二、水工混凝土结构的主要材料
水工建筑，见字见义，“水工”二字就表明了整体建筑主要是在有水的环境下进行建造和使用运行的，这就直接决定了建造水工建筑的材料必须是一种防水材料或者是具有较高耐水、抗渗性能的材料。从目前我国整体的水工建筑工程施工状况来看，一般情况下，大多数的水工建筑工程建设材料都是使用混凝土。混凝土，顾名思义，就是由多种材料混合而成的物质，而单单一个“凝”字就表明了整个混凝土的材料性质，具有非常强的粘合性，它的原材料主要是包括水泥、砂、碎石以及根据使用要求而掺加的外加剂和细矿物掺合料。在原材料中，水泥是一种水硬性胶凝材料，在水中可以凝结硬化，增强并保持混凝土的强度，所以，混凝土的硬度和粘合性主要来源于水泥。砂和碎石主要是根据合适的混凝土配合比来保证适宜的空隙率，使水工混凝土具有较高的耐水性和优异抗渗性。而外加剂和细矿物掺合料主要是用来提高水工混凝土的整体强度和工作性能。
三、从原材料设计上优化水工混凝土质量
在进行水工建筑工程施工过程中，要想使得水工混凝土结构能够满足建筑施工要求，首先要做的就是从水工混凝土原材料出发，只有从一开始的组成材料入手，先使混凝土材料满足建筑施工工程的相关要求，才能够保证水工混凝土结构满足建筑工程的需求。基于这种情况，就必须在水工混凝土原材料选择时对水工混凝土施工材料进行严格的检测，严格保证只有当制备的水工混凝土各项指标都达到水工建筑工程规范标准时，才能使用这种混凝土，进行水工工程的施工。另一方面，水泥混凝土主要组成原材料之一，在水化过程中将产生氢氧化钙，氢氧化钙与碎石中的石灰石反应将产生严重超标的有害物质，从而导致水工混凝土的整体强度和使用性能降低，对水泥胶体与骨料的粘结性产生不利的影响。因此在选择碎石种类时要严格把关，尽量选择石灰石含量较少的碎石。除此之外，在进行水工混凝土原材料的拌合过程中，水工混凝土的配合比设计尤为重要。所以，在施工过程中相关工作人员要严格根据实际的施工情况进行计算、设计，并且根据砂石的含水量对拌合用水量进行及时的调整，从而进一步提高水工混凝土结构施工工程质量水平。
四、水工混凝土结构设计优化
1、优化水工混凝土结构设计极限
水工混凝土结构极限主要有正常使用和承载能力两种主要的极限状态，其中正常使用的极限状态主要是与设计的混凝土材料强度有关，要想使水工混凝土结构的正常使用极限达到最高水平，就要从一开始的原材料设计入手，通过严格的配合比计算设计，严格把控拌合用水量，使水工混凝土的强度达到一个理想值。而水工混凝土结构的承载力极限主要是指在受到远小于混凝土强度的外力作用下发生破坏的极限值，这与水工混凝土结构的疲劳寿命有关，在长期荷载作用下，水工混凝土结构发生严重的形变，从而导致水工混凝土的承受能力下降。由于水工混凝土结构长期作用于有水环境中，受到水的冲刷作用，所以，水工混凝土结构的承载能力极限是在结构优化设计中考虑的主要问题。在水工建筑建设施工前，必须从实际问题出发，将水工混凝土受到的实际受压破坏荷载作为主要的设计极限依据，对水工混凝土结构的最低应力极限值进行有效的设定，使水工混凝土结构在实际应用过程中能够保证所受的最大拉应力低于设定的最低应力极限值，进而能够在一定程度上降低水工混凝土结构在长期荷载作用下产生疲劳断裂的几率。
2、优化结构设计，有效控制裂缝
裂缝是混凝土结构产生断裂的主要原因，所以，在进行水工混凝土结构设计优化过程中，合理有效的控制裂缝的产生是非常重要的一个设计环节。在实际的水工工程施工过程中，要想准确的获取该水工建筑能允许出现的最大裂缝宽度，必须要综合考虑水工混凝土结构在应用过程中所承受的荷载性质、水压力的大小以及所处环境的潮湿程度等因素。一般情况下，水工建筑的安全等级不同、所对应的耐久性指标也有所不同，因此，不同水工建筑所能允许出现的最大裂缝宽度也存在着一定的差异。就我国目前的建筑施工工程来看，主要是针对标准弯拉构件进行合理有效的裂缝控制，但是，在实际施工过程中，不同的杆件设计对应着不同的抗弯强度，所以，要如何合理有效的选择水工混凝土结构中的杆件类型，是解决裂缝控制的关键问题。在进行水工混凝土结构设计时，根据结构杆件断面的作用力变形程度，结合钢筋的抗弯强度，对水工混凝土结构进行一个合理设计，使水工混凝土结构在使用过程中，让钢筋承受主要的拉应力，而混凝土部分承受压应力，进而减少结构中裂缝的产生与扩展。
3、充分考虑温度与湿度对结构的影响
水工混凝土结构中存在的裂缝会受到外界环境中温度与湿度的影响，在一定的环境下产生伸缩现象，但是从我国目前的水工建筑的现状来看，大多数的水工工程建筑都没有重视这一问题，这是我国在水工混凝土结构设计中的一大弊端。在进行水工混凝土结构优化设计过程中，必须将建筑本身所处环境的温度与湿度及其相应的应力变化考虑进去，进行合理的计算，给出最优的结构设计方案。
五、结语
综上所述，随着我国社会与经济的发展，水工工程建筑行业也取得了很大的进步，但是，水工混凝土作为水工工程建筑的主要建筑材料，它的结构优化设计仍存在着许多问题。相关工作人员在进行水工混凝土结构优化设计时，一定要从水工混凝土施工工程的实际应用情况出发，先对水工混凝土进行严格的配合比设计计算，保证水工混凝土材料的强度、耐水性、工作性、体积稳定性以及抗渗性能够满足具体建筑施工的要求。其次，要根据具体情况，重点考虑水工混凝土结构的承受能力极限、裂缝控制和温度、湿度的影响，保证施工的合理性和科学性，提高整体的施工质量水平。
参考文献：
[1]巴桑旺堆.水工混凝土结构裂缝成因及处理浅析[J].中国新技术新产品.2016(06)
[2]胡少伟.复杂水工混凝土结构服役性态诊断技术与实践——获2016年度国家技术发明二等奖[J].水利水运工程学报.2017(01)
[3]邹战军.水工混凝土结构设计若干问题探讨[J].黑龙江水利科技.2014(03)
[4]孟杰.水工建筑混凝土结构设计与施工质量监理控制探析[J].山西水利.2016(11)
[5]梁建鹏,杨玉峰.水工混凝土结构腐蚀检测与评估方法[J].江西水利科技.2016(05)