无粘结预应力技术在特型构筑物中的应用

周于最    姚江波

摘要  水文以工程应用实例，对无粘结预应力技术的设计、施工的要点进行了探讨分析；该技术的应用，既能有效地控制裂缝的产生，又有可观的经济效果。

关键词  无粘结预应力；钢饺线；边缘干扰力；设计；施工工艺。

1  工程概况

在广州造纸有限公司的扩建工程中，需设计一容量为2000m’的成浆池，其外形尺寸详见图1。成浆池商25．6m，上部直径为11．o m，下部直径为6．5m，该种造型及容量的成浆池在国内还为数不多。

2  方案比选

2. 1  普通砼结构

在国内，同类型的特殊构筑物，如水采取提高砼强度、加大池壁厚度和提高配筋率等措施，来满足裂缝的控制要求。但该成浆池造型独特，容量大，若采用普通砼结构，壁厚最大处需850mm，最小处要200mm，才能满足抗裂要求。这既增加了结构木身的自重，又不经济。

2．2  无粘结预应力砼结构

无粕结预应力砼结构，是在池壁范围内沿环向施加预应力，以满足其在巨大的浆液水平压力的作用下的强度及变形的要求。由于充分利用高强度钢材和砼，从而能大量地节省钢材减小构件的截面，减轻结构自重。

2．5  钢结构

在国外，同类型的成浆池大多采用不锈钢做为池壁材料，该方案施工安装简便，重量轻。但造价高，不经济。 通过方案比较，结合我国的国情，决定采用无粘结预应力砼技术的设计施工方案。

3  成浆池池壁的内力分析

本工程由于造型的特殊性，其被形顶益及倒锥形部分边缘干扰力影响大，用无矩理论计算就不能很好地反映结构的实际受力情况。因此，我们首先用无矩理论计算出薄膜内力，然后把根据锥体与边缘构件(环梁)连接处的企形连续条件建立变形协调方程，解出边缘干扰力，最后将边缘干扰力引起的附加内力与薄膜力迭加得到锥体的最终内力。

3．1  池壁内力印环向配筋

成浆池浆液密度为10．5kN／m 3，根据工艺要求，池壁底部设—搅拌泵使池内浆液不断循环，其受力特点为浆液对池壁产生很大的环向拉力。本工程选用无粘结钢铰线作为池壁的环向筋，来有效地抵抗浆液对池壁产生的环向拉力及抑制池壁裂缝的产生。池壁砼为C30，壁厚倒锥部分为300mm，其余部分为250mm。各高度区段内每米环拉力值和配筋值详见图l。

3．2  环梁的设置

由于成浆池结构造型，特别是其倒锥壳部分的作用，使得成浆池的边缘干扰力影响较大。因此，在各应力集中处设置了环向预应力梁，详见图1。第一道环梁（上环梁）位于24.40m标高处，中心直径44.25m；第二道环梁（中环梁）位于6.9m标高处，中心直径为11.25m；第三道环梁（下环梁）位于2.20m标高处，中心直径为6.75m。环梁内拉力分别为：523kN,2328kN,1985kN,配筋分别为：4-2j15,6-4j15,4-4j15。

4  构造处理

4.1  钢绞线设置

(1)为了方便施工，本工程采用同一种钢绞线，不同的间距及不同的钢筋束来满足木同位置的强度及变形。

(2)池壁配筋采用双层水平环向与垂直向普通构造钢筋，用以承受筒壁局部不均匀荷载所产生的内力，控制砼收缩及温度引起的开裂。而预应力钢绞线尽量设置在池壁外侧，以利于池壁受力，保护层厚度50mm。

(3)每根钢绞线包角l80，且上下相邻钢绞线束锚端错位90。锚固在池壁相对的2根壁柱上，每圈2束。

 4．2  张拉节点的设计

张拉端节点的设计应具有足够的强度以承受张拉剪力的作用，并尽量减少预应力损失，保持有效预应力值，如图2所示。设计时采取了使用较厚的承压板和设置钢筋网片等措施，以增强砼的局部承压能力，减少张拉端的局部变形；并使张拉面与端部钢绞线束垂直，保持预应力束末端环形形切线的延长线上o

预应力筋采用jl5的低松弛钢绞线其强度标准值为l860N/mm2，张拉控制应力值6con=0.7fptk，每根钢绞线的张拉力为l82.3kN，计算得预应力总损失为28%，满足了有效预应力的设计要求。

4，3  洞口加固

池壁开孔处的钢绞线束按喇叭状扩大，在紧靠洞口处上下绕过并适量加配垂直构造钢筋，以使洞口部分载有效地传到洞口上下的钢绞线束中。

5  无粘结预应力的施工

由于无粘结预应力筋和砼永远不发生粘结作用，因此，施工中无需留孔道，在浇筑砼前，无粘结筋象普通钢筋—样铺放，施工十分方便。

(1)钢绞钱的定位是分项工程施工的第一部分，它的质量好坏直接影响下一道工序。—般情况下，它是靠与池壁中普通钢筋骨架绑扎定位的，隔一定高度，用水准仪校正位置，以确保钢绞线水平。

(2)待砼达到设计强度后张拉预应力筋，每圈张拉时，采用4台千斤顶同步张拉o

(3)环梁采取应力递增循环张拉法，即对同一群锚上的多根钢绞线张拉，拉力逐根递增，循环补足，这种方法较显著地克服了同一群锚上多根钢绞线伸长值不均匀的问题。

(4)张拉完毕，钢绞线分散折回，再用C30细石砼封闭o

 6  技术经济分析

砼与预应力砼设计方案的经济指标对比详见表l。

采用无粘结预应力砼结构，池壁减薄270mm，节省砼288m3，钢筋28.lt，减轻自重9031kN。基础可省砼62m3，折价约3.2万元。节省投资25．7万元。

7  小结

本工程采用无粘结预应力技术设计，充分发挥了高强砼、钢绞线的特性，有效地控制了裂缝的产生。在计算中采用边缘干扰有矩理论分析计算，并用边缘构件(环梁)来抵抗边缘干扰力的影响，加强了结构的整体住。与普通钢筋硷结构方案进行技术、经济对比分析，该工程获得了可观的经济效益，节省投资约25．7万元。