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6.8 预应力混凝土筒仓仓壁


6.8.1  圆形混凝土筒仓仓壁的预应力设计应符合薄壁壳体结构的受力特性。预应力筋的配置可采用无粘结后张拉预应力、有粘结后张拉预应力及缓粘结预应力。

6.8.2  混凝土筒仓仓壁预应力筋及非预应力筋的配置应符合下列规定:

    1  预应力筋应按预应力张拉、偏心及非偏心进出料、温湿度变化、混凝土的收缩徐变、仓壁开孔、风荷载、设备荷载的影响、全预应力、有限预应力或部分预应力的作用配置;

    2  与预应力筋相匹配的环向及竖向非预应力钢筋,其最小配筋率均不应小于0.4%,间距不应大于300mm。

6.8.3  仓壁有粘结预应力筋的孔道灌浆应符合下列规定:

    1  预应力的孔道灌浆宜釆用压力灌浆或真空辅助灌浆;

    2  预应力的孔道灌浆宜釆用强度等级不低于42.5级普通硅酸盐水泥或复合水泥拌制的水泥浆,其水灰比不应大于0.42,拌制后3h的泌水率不宜大于2.0%,且不应大于3.0%;泌水应在24h内全部被水泥浆吸收;

    3  需要改善浆体的和易性减少泌水和收缩时,可适量掺入对混凝土、对钢材无害的掺合料;

    4  锚固区应釆用后浇微膨胀混凝土或无收缩砂浆。

6.8.4  预应力筋的选择应符合下列规定:

    1  预应力筋的强度除应符合本标准附录E的规定外,宜釆用高强度低松弛的钢绞线或消除了应力的钢丝束;

    2  钢绞线的性能还应符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》GB/T 5224的规定;

    3  钢绞线制作的无粘结预应力筋的质量应符合现行行业标准《无粘结预应力钢绞线》JG 161及《无粘结预应力筋专用防腐油脂》JG/T 430的规定;

    4  釆用钢绞线制作的缓粘结预应力筋的质量(涂层材料、厚度及粘结时间等)应符合本标准第6.8.8条第3款的要求。

6.8.5  预应力混凝土锚固区的后浇混凝土、砂浆及有粘结后张拉预应力混凝土孔道的灌浆,严禁使用含有氯离子及对预应力筋、锚具及其包层或涂料有腐蚀作用的外加剂。

6.8.6  预应力混凝土仓壁的厚度、保护层应符合下列规定:

    1  仓壁的厚度不应小于350mm;

    2  预应力筋的保护层不应小于50mm;

    3  后张拉有粘结预应力筋的保护层应由其孔道壁外边缘算起;

    4  后张拉无粘结预应力筋的保护层应由预应力筋的外边缘算起;

    5  预应力筋的位置宜设置在距仓壁外侧1/3壁厚处,并应符合本标准图6.8.17-3的要求。

6.8.7  预应力筋釆用的钢丝(钢丝束)或钢绞线不应有曲率突变局部硬弯的弯折点,当出现时应切断。每根预应力钢丝(束)或钢绞线应是通长的,严禁使用有接头的预应力筋。

6.8.8  无粘结预应力筋专用防腐涂料层和外包层的质量除应符合其专用技术标准外,其性能还应符合下列规定:

    1  无粘结预应力筋应符合下列规定:

        1)在—20℃~+70℃范围内,低温不脆化,高温化学稳定;

        2)必须符合韧性、抗破损性的要求;

        3)对周围材料(混凝土、钢材)应符合无侵蚀作用、防水性、不吸湿、防腐油脂润滑性及摩阻力小的要求。

    2  外包材料应釆用挤塑型高密度聚乙烯树脂,不应釆用聚氯乙烯。

    3  缓粘结钢绞线预应力筋及粘结剂应符合现行行业标准《缓粘结预应力钢绞线》JG/T 369和《缓粘结预应力钢绞线专用粘合剂》JG/T 370的有关规定。

6.8.9  有粘结预应力筋的长度超过25m时,宜两端张拉,超过50m时,宜分段张拉和锚固。当有工程经验时,无粘结预应力筋的分段长度可适当增加。

6.8.10  筒仓仓壁预应力筋的预留孔道应符合下列规定:

    1  预留孔道宜釆用金属波纹管或塑料波纹管。其规格和性能应符合现行行业标准《预应力混凝土用金属波纹管》JG 225及《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》JT/T 529的规定;

    2  预留孔道的内径应比预应力钢丝束或钢绞线的外径及需穿过孔道连接器的外径大10mm~15mm;

    3  预应力筋的孔道面积宜采用预应力筋净面积的3.5倍~4.0倍;

    4  在预应力筋张拉的两端(张拉端、锚固端)及预应力筋长度的中部,应设置灌浆孔或排气孔。当釆用压力灌浆时,其孔距不宜大于30m。

6.8.11  无粘结预应力筋应符合下列规定:

    1  混凝土浇筑前,无粘结预应力筋、预应力筋套管应严格固定,固定点的水平距离不宜大于1.0m,确保在混凝土振捣时不位移、不变形;

    2  预应力筋张拉时,混凝土强度等级应达到设计值的100%;

    3  张拉控制应力σcon不宜大于0.75fptk,且不应大于0.80fptk小于0.40fptk

    4  扣除第一批预应力损失后的混凝土压应力不应大于0.60fck

    5  同一水平的整圈预应力筋应同步张拉;

    6  预应力筋应自下而上在一定范围内隔圈张拉;隔圈张拉后,应自上而下补齐隔圈张拉时未张拉的预应力筋;

    7  仓壁预应力筋张拉时,应符合仓底板、仓顶结构及与仓壁连接构件连续性要求,釆用合理的施工顺序及其相应的技术措施。

6.8.12  预应力筋张拉应符合下列规定:

    1  预应力筋应釆用张拉应力和张拉伸长变形值校核的双控制;其实测张拉伸长值与计算值的误差应控制在±6.0%以内;张拉初应力宜采用张拉控制应力的10%~20%;

    2  单根穿入孔道的钢绞线应在正式张拉前调整钢绞线的初始应力,确保钢绞线受力均匀;

    3  有粘结预应力筋应使用符合吨位要求的穿心式千斤顶进行整束张拉;集束配置的无粘结预应力筋可釆用前卡型千斤顶单根张拉。

6.8.13  筒仓预应力筋的锚具应符合下列规定:

    1  锚具应根据预应力筋的规格型号配套选用;对钢绞线预应力筋,张拉端宜釆用夹片式锚具,固定端可釆用挤压式锚具;其性能应符合现行国家标准《预应力混凝土用锚具、夹具和连接器》GB/T 14370的规定;

    2  锚垫板及螺旋筋应根据锚具型号配套使用,且应进行锚固区局部承载力验算;集束配置的无粘结预应力筋宜釆用钢板锚垫板;当釆用配套群锚锚具时,钢板锚垫板的孔位应与所选锚具一一对应。

6.8.14  无粘结预应力筋的锚具应符合下列规定:

    1  无粘结预应力筋的锚具效率系数应大于或等于0.95,极限拉力作用的总应变应大于或等于2.0%;

    2  锚具的疲劳性能应通过200万次循环试验;

    3  夹片锚具(图6.8.14)的组件应具有符合其化学成分及机械性能的产品质量证明书,其凸出或凹进混凝土表面的构造预应力筋的全长、锚具及其连接的其他部位的外包材料,均应符合连续、封闭及防水的要求。

6.8.15  预应力筋张拉完毕后应及时釆取可靠的防腐及防火措施对锚固区进行保护。对夹片式锚具,可先切除外露无粘结预应力筋的多余长度,在锚具及承压板外表面应涂以防水涂料。

6.8.16  圆形筒仓预应力筋的各种预应力损失值应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定。釆用分批张拉时,应计入后批张拉对先批张拉的影响。可将先批张拉控制预应力值σcon增加0.05fptk或将aE乘以σpc

    注:aE为预应力筋弹性模量与混凝土弹性模量之比,σpc为混凝土的法向压应力。

6.8.17  圆形筒仓预应力筋的布置应符合下列规定:

    1  圆形筒仓预应力筋的平面布置(图6.8.17-1)可釆用每一圆周水平截面二束(段)~四束(段)预应力筋;

    2  锚固点的数量及预应力筋的平面包角应根据筒仓直径的大小确定,包角不宜小于180°或120°,锚固点宜采用3个~8个;

    3  壁柱或壁龛式(无壁柱)锚固点(图6.8.17-1、图6.8.17-4)可按60°分角布置,并应符合图6.8.17-1~图6.8.17-5的要求;

    4  预应力束(筋)的竖向间距不宜小于150mm,也不宜大于3.0倍壁厚或1.0m;有粘结预应力束(筋)的间距不宜小于4.0倍孔道直径(图6.8.17-3);

    5  壁柱或壁龛式锚固点预应力筋的封头应采用等强度微膨胀细石混凝土。

6.8.18  壁柱、无壁柱(壁龛)预应力筋的锚固应符合下列规定:

    1  壁柱、无壁柱(壁龛)预应力筋的锚具应符合锚固点的布置、张拉设备及预应力筋交叉空间尺寸的要求;

    2  壁柱、无壁柱(壁龛)应配置相应的间接钢筋和附加构造钢筋;

    3  锚固端应验算抗裂及局部承压;

    4  同一水平面上的预应力筋锚固点的上下距离不应小于70mm;

    5  锚固点预应力筋的直线段应根据锚具要求确定,且不应小于400mm。

6.8.19  预应力筋(钢丝)在张拉过程中发生滑脱或断裂时,应减低张拉应力,并应符合下列规定:

    1  预应力筋(钢丝)滑脱及断裂的数量不得超过同一截面预应力筋的2.0%;

    2  一根钢丝束的断裂钢丝不应超过一根。

6.8.20  后张预应力在圆形筒仓仓壁上的非预应力筋的配置应符合下列规定:

    1  筒仓仓壁非预应力筋的配置应符合非预应力筒仓仓壁配筋的构造要求;

    2  仓壁非预应力筋的配置应按预应力筋张拉后在仓壁上生成的次应力验算确定;

    3  预应力筋张拉后在仓壁竖向π/2β范围内产生的次弯矩My、次剪力Vy(图6.8.20)应按下列公式进行计算:

        式中:r——圆形筒仓的半径;

            F——预应力筋张拉锚固后作用于仓壁环向(圆周)单位弧长上的径向均布压力[图6.8.20(a)];

            D——预应力筋内侧圆的直径;

            Np——预应力筋张拉锚固后仓壁横截面上的法向拉力;

            μc一一混凝土的泊松比;

            t——壁厚。

        注:函数ψ(β·y)、θ(β·y)的计算数值见本标准附录E;

6.8.21  圆形预应力筒仓仓壁不含钢筋保护层的壁厚,除应符合非预应力筒仓的要求外,还应符合下式的计算结果:

    式中:t——不含钢筋保护层的壁厚;

        dn——筒仓内径;

        ph——贮料作用在单位仓壁上的水平压力;

        σpo——预应力筋的平均初始预应力(扣除混凝土预压前的损失);

        σpe——预应力筋的有效预应力;

        fc——预应力作用点处混凝土抗压强度。

6.8.22  圆形筒仓在仓壁高度范围内配置预应力筋时,应按预应力对洞口周边的仓壁及有关构件的影响配置构造加强筋,其配置范围不宜小于1.5倍的仓壁厚度。

6.8.23  预应力筒仓的设计文件中,应明确预应力施工单位的专业承包资质不应低于专业承包二级的要求。

条文说明

6.8.1  圆形筒仓的仓壁属轴对称薄壁筒壳,其特征是:仓壁的材料必须是匀质的,沿同一半径圆周的壁厚必须是相等的。在符合上述条件的要求下,筒仓才能达到仓壁最薄、容积最大的充分优化的结构形式。对这种结构施加预应力,必然与普通梁板构件的预应力有不同的要求。为此,本标准对筒仓预应力设计作了较多的规定。

    预应力混凝土筒仓在20世纪80年代在煤炭行业的筒仓设计中就已釆用。但当时的筒仓容积并不大,预应力技术也不高。在筒仓上釆用钢丝缠绕非常困难,釆用预应力粗钢筋在筒仓上施工受设备及其他条件的限制也有不便,甚至釆用热张法预加应力,还要在预应力筋的外部再喷涂一层保护层。因此这种预应力混凝土筒仓设计没有得到推广。近年来,煤炭、电力及建材等行业建造了很多大容量的预应力混凝土筒仓。原规范在总结各行业预应力混凝土筒仓设计施工经验的基础上制订了本节规定。本次修订新增了缓粘结预应力的设计规定。

    预应力的发展过程是先有先张法,后有后张法。后张法则是先有有粘结预应力,后发展到无粘结预应力及缓粘结预应力。从发展过程看,有粘结预应力在预留孔道、二次灌浆、孔道堵塞及灌浆质量检测上对施工技术要求较高,一旦有问题不易处理。对无粘结预应力,不存在预留孔道、二次灌浆等问题,防锈防腐隔离层使得预应力筋不与混凝土粘结,使张拉摩擦损失减小,因此后张无粘结预应力适用于包角大的预应力混凝土筒仓结构。设计可减少壁柱数量和张拉次数。目前在筒仓设计中这两种方法都在釆用,大多釆用无粘结预应力,选用哪种方法本条不做强制规定。

    入仓贮料温度大于100℃,采用无粘结预应力筋不能满足要求时,可选择其他预应力筋。其钢筋的强度及预应力的损失值均应考虑温度影响进行调整。

6.8.3  掺和料除应符合本条规定外,还应满足本标准第6.1.1条的规定。

6.8.5  氯离子对钢筋及预应力筋的腐蚀极其严重,故应禁止使用。本条为强制性条文,必须严格执行。

6.8.6  圆形筒仓属薄壁筒壳,仓壁在环向理论上可认为是中心受力,但实际上还是外侧受力较大,为此预应力筋应偏外侧布置。

6.8.7  预应力钢丝束或钢绞线都属于高强钢,出现死弯时,在张拉过程中肯定断裂,对于这种钢筋必须剔除;接头后的预应力筋也很难保证连接质量,设计时必须明示,严格限定不应采用有接头的预应力筋。预应力筋一旦断裂,将会造成严重的工程事故及不可挽回的生命、财产的损失。本条为强制性条文,必须严格执行。

    本条中:“死弯”是预应力行业内人员常用的俗语,简洁明了也好理解,但不是标准术语,本标准为此做了修改,但很难完全准确地替代“死弯”这一俗语。对本条修改的规定如不理解,可参考本条说明,以免误导。

6.8.8  筒仓设计时能否采用后张无粘结预应力,选择好预应力筋的外涂料是重要条件之一。为减少混凝土弹性压缩引起的预应力损失,预应力筋张拉时应错开一定的间距自下而上地隔根张拉;设计者应在设计文件中明确标明釆用涂料的技术要求。

6.8.17  多年来,筒仓预应力多用于单仓。随着工艺设计要求的变化,单仓设计已逐渐不能满足要求,为此本条给出了排仓和群仓的预应力布置方式。同时新增了图6.8.17-3(b),给出了预应力筋在仓壁厚度范围内的布置要求。

    筒仓预应力也可做成无壁柱的布置形式,无壁柱的筒仓外观整齐,但施工时须釆用埋入式的接头,锚具应釆用游动锚具、壁龛预留槽(图6.8.17-4)。变角千斤顶由锚板、工作夹片、限位板、偏转器、过度块、延长筒等组成。偏转器组成的偏转角或圆弧的中心角为40°,半径为500mm,施工时可以向仓壁的内侧或外侧偏转,在仓壁的内外侧均可施加预应力。

6.8.19  无论釆用哪种预应力,圆形筒仓预应力的作用,与其他平面构件预应力的作用是不同的。例如:普通梁板、大跨度的桥梁、斜拉桥的预拉钢索等,都是由直线预应力筋(索)产生的预压力直接抵消构件受拉区的拉应力。其张拉方式多以构件两端作为张拉、锚固点。而圆形筒仓虽然可沿圆周同一水平面分段设置张拉、锚固点,但同一水平环向(筒壳的纬向)的张拉必须同时进行,每一锚固、张拉点的预张力的作用方向是相反的,其作用相当于无极张拉,即沿着筒仓圆周任意一点进行的整体张拉。预张力在筒仓圆周产生的均布向心分力,使筒仓直径缩小、圆周收缩,从而减小贮料压力对仓壁的膨胀作用效应。筒仓贮料压力的膨胀,不但在水平环向,同时在相应的竖向也会膨胀(图6.8.20)。因此:沿其圆周的竖向产生变向弯曲并向远端循环波及、扩散,从而影响筒仓不同区段的内、外侧竖向非预应力筋的配置及验算。为使次应力值沿仓壁高度一定的区段内保持不变,就要调整二次施加的预应力筋的张拉力形成的次应力,这就必须经过试算进行调整预应力筋的张拉力及其间距。

6.8.20  筒仓仓壁在预应力作用下,其受力状况如同弹性地基梁,预应力可在仓壁上沿其高度方向在环向产生附加弯矩和剪力,这将会影响筒仓非预应力筋的配置及预应力筋的布放间距。为使筒仓仓壁在施加预应力时受力均匀,预应力筋的布置,应在施工前按本条规定进行试算。本次修订对原规范中图6.8.20的差错进行了修改;预应力筋施加于仓壁圆周上的径向压力F(图6.8.20)必须是沿圆周均匀分布。否则所施加的预应力不但对仓壁起不到预期的效果,反而可能对仓壁造成损害,甚至使仓壁失去薄壁筒壳的受力特性,以致崩裂、倒塌。

6.8.21  为使设计者在筒仓仓壁预应力设计之前确定仓壁厚度,本条参考国外规范,给出了验算公式。设计时还须根据其他设计条件进行调整。

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钢筋混凝土筒仓设计标准 GB50077-2017
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