无粘结预应力技术在圆形混凝土筒仓中及应用.doc

无粘结预应力技术在圆形混凝土筒仓中的应用王 晶(贵阳铝镁设计研究院，贵州 贵阳 550004)摘 要：论述了无粘结预应力技术应用于大直径、大容量圆形钢筋混凝土筒仓的结构设计及施工工艺中的技术要点。工程实践证明，在保证钢筋混凝土构筑物耐久性、整体性、抗震性等方面该技术优于传统技术，特别是在防止混凝土裂缝和变形及减小仓壁厚度等方面得到良好效果。关键词：无粘结预应力；混凝土筒仓；设计及施工中图分类号：TU378.1；TU378.7；TU249.3 文献标识码：B0 概 述无粘结预应力成套技术已日趋成熟，应用于桥梁及工业与民用建筑中的混凝土结构及特殊结构中。它充分发挥了技术先进、工艺简单、施工迅速的特点，也解决了有粘结预应力施工因灌浆工艺的不完善，缠丝施工中由于钢丝布置过密导致灌浆与混凝土两层皮，而引起预应力钢筋锈蚀从而导致的安全隐患。作者研究了将无粘结预应力技术应用于大容量、大直径钢筋混凝土筒仓设计和施工中的有关问题：圆形筒仓的仓壁在贮料压力作用下产生环向拉力，这将使仓壁产生裂缝，而采用无粘结预应力技术的钢筋混凝土筒仓，充分利用了混凝土的抗压强度和高强钢丝、钢铰线抗拉强度高的特点，对仓壁施加预应力，用高强度钢材来承担仓壁的环拉力，防止仓壁开裂。达到减小仓壁厚度，节省大量混凝土和钢材的目的。1 无粘结预应力圆形混凝土筒仓结构设计1.1 基本设计规定无粘结预应力混凝土筒仓应进行承载能力极限状态的计算、正常使用极限状态的验算和施工阶段的验算。1.2 筒仓内力计算荷载取值、贮料压力的计算公式参见钢筋混凝土筒仓设计规范(GBJ77-85)第三章。荷载组合按建筑结构荷载规范采用。预应力钢筋的张拉控制应力值con应按现行混凝土结构设计规范(GBJ10-89)第3.4.2条采用。无粘结预应力钢筋采用碳素钢丝或钢绞线，con=0.70fptk.fptk用作预应力钢筋的钢绞线、碳素钢丝的抗拉强度标准值。1.3 筒仓仓壁的设计计算(1)有效预应力的计算无粘结预应力的有效预应力pe按下列公式计算式中con无粘结预应力筋张拉控制应力(N/mm2)；li第i项预应力损失值(N/mm2)有效预应力值是指扣除预应力损失后，预应力筋建立的应力。预应力损失值主要有下列五项：(a)张拉端锚具变形和无粘结预应力筋内缩l1；(b)无粘结预应力筋的摩擦l2；(c)无粘结预应力筋的应力松驰l4；(d)混凝土的收缩和徐变l5；(e)采用分批张拉时，张拉后批无粘结预应力筋所产生的混凝土弹性压缩损失l3.无粘结预应力筋的总损失值不应小于80 N/mm2，即.(2)无粘结预应力筋数量估算(a)无粘结预应力筋截面面积可按下式估算：Ap=Npe/con-l.tot式中Ap仓壁单位高度上无粘结预应力筋的总截面面积；con无粘结预应力筋的张拉控制应力；l,tot无粘结预应力筋总损失的估算值；针对贮仓设计，按轴心受拉构件考虑，取l.tot=0.35con；Npe无粘结预应力筋的有效预应力(可取筒仓竖壁单位高度的环向拉力标准值)。(b)无粘结预应力筋的数量估算：将筒仓沿竖壁分为若干区段，仓壁内的无粘结预应力筋采用成束配置，每束由多根预应力筋组成。按内力情况下密上疏分段布置预应力筋束，区段内单位高度上所需预应力筋的束数 n=Ap/nlA式中A每束中单根无粘结预应力筋的截面面积；nl每束中无粘结预应力筋的根数(3)筒仓仓壁计算(a)使用阶段：承载能力极限状态下的承载力计算；正常使用极限状态下的抗裂验算。(b)施工阶段：构件的承载力验算；构件锚固区的局部受压验算；曲线筋的伸长值计算。(4)经过充分研讨，解决的4个关键问题：(a)大包角张拉的预应力损失计算。无粘结预应力混凝土结构技术规程中关于锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损失值l1的计算公式，适用范围是曲线对应的园心角60，但在圆形结构中为节省锚具所采用的张拉包角通常为90、120和180.作者经过理论分析和计算推导出大于60时的适用公式：对曲线预应力筋，由于反向摩擦作用，锚固损失在张拉端最大，沿预应力筋逐步减少，直至消失。为简化计算，在进行曲线预应力筋锚固损失的计算时作如下基本假定孔道摩擦损失的指数曲线简化为直线，即孔道摩擦损失公式简化为l2=con(kx+)式中k考虑孔边(每米)局部偏差对摩擦影响的系数，k=0.004；x从张拉端至计算截面的孔道长度(m)；预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数，钢丝束=0.10，钢绞线=0.12；从张拉端至设计截面曲线孔道轴线的切线的夹角(rad).又假定正反摩擦损失斜率相等，根据预应力筋在锚固损失影响区段的总变形与预应力筋内缩值(a)相协调的原理，求出锚固损失，即a=/Es移项得：aEs=式中锚固损失的应力图形面积；Es预应力筋的弹性模量图1所示为一种简单的预应力筋锚固损失计算简图：锚固损失的应力图形面积等于ABC面积，即=mLfLf=mLf2移项得 Lf=(aEs/m)1/2张拉端锚固损失 l1=2mLf式中 m 孔边摩擦损失斜率；m=con(kL+)/L这样可根据m求出影响区段长度Lf和l1.(b)l1和摩擦损失l2的迭加问题。对直线预应力筋，l1和l2沿长度方向是均匀的，在任意一截面均为其代数图1 计算简图和；对曲线预应力筋，l1和l2都是呈线性变化的，且最大值不在同一截面，故l1+l2应综合考虑其不利截面。(c)有效预应力值的确定。在预应力筒仓设计中，预加应力视为作用在结构上永久荷载，贮料为可变荷载，两者对筒壁产生相反的荷载效应，根据使用上对裂缝控制等级的要求不同，选用与之相适应的料位时的物料侧压力所产生的拉应力值为作为有效预压应力值。(d)施工阶段验算中，结构的重要性系数0的取值。在施工阶段，作用于构件截面上的施工荷载为预压应力，但该荷截为作用在结构上的永久荷截，并非临时作用，故0=1.0.不能降低，这和结构设计规范中施工阶段验算0=0.9是不同概念。上述问题的解决，保证了工程设计的顺利实施。1.4 构造措施圆形筒仓根据仓直径的大小一般沿仓周壁均匀布置4个或6个扶壁式锚固肋，每圈分别由两束(三束)预应力筋组成，预应力筋的包角为180(120)，锚固在对应的锚固肋内。每组预应力筋对称布置在同一水平圆环内，上下相邻圈之预应力筋束相错90(60)锚固于锚固肋上，以减小预应力损失的不均匀性，使环向预压应力更均匀。在预应力筋两端使其沿圆弧切线方向伸出，即端部有一直线段。为使预应力效果更好，一般将无粘结预应力筋束布置靠筒壁外侧，并以水平架立筋加以固定。预应力筋的平面布置方式见图2.图2 预应力筋平面布置2 无粘结预应力施工工艺2.1 无粘结筋的铺设无粘结预应力筋的铺设要求位置准确，线形圆滑直顺，同时要求在预应力筋进入承压板前要有30 cm直线段。为此按设计曲线每隔1 m设定位架立筋一道。2.2 预应力张拉(1)张拉流程剥掉预应力筋的塑料保护套安装锚环及夹片安装千斤顶张拉至初始应力(量测伸长值)张拉至超张应力(量测伸长值)顶住锚固。(2)张拉方式a.直角张拉：在筒仓仓壁四周均匀设置若干个锚固肋，无粘结预应力筋在扶壁侧面张拉并锚固。b.变角张拉：使用变角张拉技术，在仓壁内侧预留槽口，使张拉都在筒仓内侧进行，取消扶壁，使整个筒仓结构造型新颖美观。c.长度超过25 m的预应力筋宜采用两端张拉和锚固。长度超过50 m时宜采用分段张拉和锚固。(3)张拉顺序为使预应力筋张拉时仓壁受力合理，预应力损失较小以及施工方便等，仓壁张拉以自上而下分批均匀张拉为序。同一束应先张拉仓壁内侧的预应力筋，后张拉外侧的预应力筋。(4)张拉程序0con1.05con(持荷3 min)con锚固或0con1.03con(持荷3 min)锚固。2.3 应力与伸长值预应力张拉采用应力控制，伸长值进行校核。预应力张拉控制力应符合设计要求，如需提高张拉控制应力值时，不应大于预应力筋的强度值的75%.预应力筋伸长值的控制为：实际伸长值与理论伸长值的偏差在+10%-(-5)%范围内。3 讨 论1大容量、大直径混凝土筒仓的预应力设计施工中，为了减小仓壁的厚度，对仓壁施加预应力乃是必由之路。如广西平果铝工程10000 t氧化铝贮仓设计方案的制定，该贮仓内径20 m，高36 m.仓壁采用无粘结预应力混凝土结构，直角张拉。这座国内有色工业系统容量最大的氧化铝贮仓于1997年10月建成通过验收，至今使用正常。由于设计应用了先进的无粘结预应力技术，使用高强低松弛钢绞线作预应力钢筋，因而与普通钢筋混凝土筒仓相比，筒壁的厚度显著减小，筒壁的配筋也有减少，而且抗裂性能好。业主单位证明：“该仓的总造价为280万元，比预算投资320万元减少40万元，节约投资达12.5%，经济效益良好”。在湖北丹江铝工程中，我们又设计了一座内径21 m，贮量6500 t的钢筋混凝土圆形筒仓，同样运用了无粘结预应力技术和高强钢绞线(1860N/mm2)，并采用了变角张拉的先进施工工艺。整个设计技术先进，从根本上改善了筒仓的抗裂性能。这座国内有色工业系统最大直径的钢筋混凝土圆形筒仓，于1999年5月建成并通过验收，至今使用情况正常。业主单位证明：“该仓与普通钢筋混凝土筒仓相比，减少混凝土用量270 m3，减少钢材用量16 t，合计节省投资30万元，占筒仓预算227万元的13.2%，且不增加工期，经济效益明显”。上述两例所说的经济效益良好(明显)，是指的直接经济效益，即工程建设期间的经济效益；如果考虑间接经济效益，即筒仓使用期间的经济效益，由于无粘结预应力筒仓抗裂性能好，能做到不出现裂纹，提高了结构耐久性，其间接经济效益将更为可观。2如将无粘结预应力混凝土仓与钢仓作比较，前者的优越性也是明显的：其一，预应力仓比钢仓能节约投资25%左右；其二，使用期间，预应力混凝土仓几乎不需要维修，钢仓则需要定期维护，费用不小。3总之，随着生产工艺水平的提高，大容量、大直径的贮仓、贮槽以及水池的应用会越来越多；在这些特种结构中，原来采用普通钢筋混凝土只能控制裂缝开展宽度，现在采用无粘结预应力钢筋混凝土能做到不出现裂缝，这是一大进步，这是质的变化。采用无粘结预应力混凝土技术，可有效的改善结构使用性能，提高耐久性和耐腐蚀性，且能节约材料，便于施工，值得在有色金属，水泥，煤炭等行业和市政工程的建设中推广应用。参考文献：1 GBJ77-85，钢筋混凝土筒仓设计规范S.2 GBJ10-89，混凝土结构设计规范S.3 GBJ9-87，建筑结构荷载规范S.4 JGJ/T92-93，无粘结预应力混凝土结构技术规程S.5 杨宗放，方先和.现代预应力混凝工施工M.北京：中国建筑工业出版社，1993.The Application of the Prestressing-Without-BondTechnique to the R.C.Cylindrical SiloWANG Jing(Guiyang Aluminium Magnesium Design Institute,Guiyang 550004,China)Abstract：When the prestressing-without-bond technique is applied to a largediameter and large-volume R.C.cylindrical silo,the silo wall is prestressed to hold the circumferential tension with high-strength steel.This paper gives an outline of this technique in design and construction.Engineering practice demonstrates its advantages over the traditional technique.The prestressing-without-bond technique makes R.C structure highly durable,integrated and aseismatic,and especially it helps to prevent the silo wall form cracking and deforming,and reduce the thickness of the silo wall.Key words:prestressing-without-bond;R.C.cylindrical silo;design and construction拜托Amazon上买两双鞋，一条腰带第一双是Clarks的，价格$74.89，我穿10码的选黑色的 我不知道是选10D（M）还是10 2E 。http:/www.amazon.com/Clarks-Mens-Axl-Slip-On-Black/dp/B0039PTJT6/ref=sr_1_6?s=shoes&ie=UTF8&qid=1360070031&sr=1-6第二双是Reebok的篮球鞋，价格$29.97，给我侄子买的，选黑红色那款，号码选9D（M）。http:/www.amazon.com/Reebok-Zig-Pro-Future-Basketball/dp/B004N7AUNS/ref=sr_1_5?s=shoes&ie=UTF8&qid=1360056446&sr=1-5腰带是Original Erik Blaire SlideBelt 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