無黏結預應力混凝土圓形筒倉預應力設計

1、2012年第7期(總第273期)Number7in2012(TomlNo273)混凝土Concrete實用技術PRACTICALTECHN0L0GYdoi：103969~issn1002—3550201207036無黏結預應力混凝土圓形筒倉預應力設計劉銀利，袁龍飛(西安建筑科技大學建筑設計研究院，陜西西安710055)摘要：結合JGJ922004(無黏結預應力混凝土設計規(guī)程》和GB500772003(鋼筋混凝土筒倉設計規(guī)范》及其他相關規(guī)

2、范、設計手冊等，從預應力設計方案、預應力和非預應力鋼筋的估算、實際有效預應力的計算、預應力構件承載力計算和抗裂驗算、扶壁柱設計及相關構造措施等方面，對無黏結預應力混凝土圓形筒倉的預應力設計思路，做了一些歸納總結，并在此基礎上從設計角度出發(fā)，提出了一套適用于該類結構的預應力設計方法，為無黏結預應力混凝土圓形筒倉的預應力設計提供參考。關鍵詞：筒倉結構；無黏結；預應力設計；扶壁柱中圖分類號：TU528571文獻標志碼：A文章編號：1002—3

3、550(2012)07—0l14一O3Reflectionsontheproblemsofexisting“codefordesignofreinforcedconcretesilos’’LIUYin—li，YUANLongfei(SchoolofCivilEngineering，Xi’allUniversityofArchitectureandTechnology，Xi’an710055，China)Abstract：Byrefere

4、ncetoprestressedconcretedesigncodeandreinforcedconcretedesigncodeandotherrelevantspecificantions，designman—ualsThispaperhasmadesomeinductionsummarytothenon—cakingprestressedconcretecircularsilo’Spre—stresseddesignmentali

5、tyThesumma—rycontentmainlyhasthepre—stresseddesignproposal，theprestressedandthenon—prestressedrinforcementestimate，theactualefectivepre—stressedcomputation，theprestressedcomponentsupportingcapacitycomputationandtheanticr

6、ackcheckingcalculation，HoldstheengagedcolumndesignandrelatedstructuremeasureBecauseofprovidingthereferenceforthenon—cakingprestressedconcretecircularsilopre—stresseddesign，simultaneouslythisarticlefromdesignangleembarkin

7、g，proposedapre—stresseddesignmethodwhichissuitableforthiskindofstructureKeywords：silostructure；non—caking；prestresseddesign；holdstheengagedcolumn0引言筒倉結構作為貯存散料的構筑物，因其自身的優(yōu)點而在許多行業(yè)中得到了廣泛的應用。近年來，隨著生產(chǎn)需求的不斷提高，筒倉結構朝著大型化的趨勢發(fā)展ll_z

8、l，而我國的大型筒倉大部分采用鋼筋混凝土結構，在貯料荷載作用下，倉壁和漏斗壁的環(huán)向拉力較大，為滿足正常使用階段的抗裂驗算、減小壁厚及降低配筋率的要求，而引入預應力技術。預應力混凝土筒倉為后張預應力混凝土結構，主要分為有黏結預應力和無黏結預應力混凝土結構兩種。有黏結預應力方案，對要求采用較均勻配筋的筒倉，則會因預留管道過多而大量增加留管、定位、穿束、張拉和灌漿等工序的工作量，因而大多數(shù)筒倉都采用無黏結預應力混凝土結構。本研究針對無黏結預應

9、力混凝土簡倉，對其預應力設計思路做了一些歸納總結，并在此基礎上提出了一套適用于該類結構的預應力設計方法。1預應力設計方案及布置位置為了使倉壁、漏斗壁產(chǎn)生較均勻的的預壓力，建議采用單根預應力筋排列和單根張拉的配筋方案。按照GB500772003《鋼筋混凝土筒倉設計規(guī)范》(簡稱《筒規(guī)》)[3]，應根據(jù)筒倉的直徑大小確定預應力鋼筋的平面包角及錨固點數(shù)，包角不宜小于180?；?20。，錨固可采用4個或6個錨固壁柱或壁龕。錨固壁柱收稿日期：201

10、201—161l4在筒倉壁上對稱設置，預應力筋由兩個半圓組成一環(huán)，對稱布置，上下交叉錯開錨固于壁柱上，使張拉時筒倉壁上建立的環(huán)向預應力更為均勻。預應力鋼筋的布置位置對筒倉壁混凝土外表面的環(huán)向壓力影響較大，因此，為了使筒倉壁沿厚度方向建立較好的環(huán)向壓力，盡量將預應力鋼筋布置在靠近筒倉壁外表面的位置，但是應滿足預應力鋼筋的最小保護層厚度。2預應力初步設計21預應力和非預應力鋼筋的估算對筒倉結構進行無預應力標準組合下整體受力分析，可計算出倉壁

11、、漏斗壁的環(huán)向拉力標準組合值，用于預應力設計。由于倉壁和漏斗壁上的環(huán)向拉力主要是由貯料荷載產(chǎn)生，而貯料荷載大小沿簡倉壁高度不斷變化，大體趨勢呈三角形分布，因而要根據(jù)環(huán)向拉力的大小先將倉壁和漏斗壁沿豎壁分段，然后根據(jù)各段最大環(huán)向拉力的標準組合值，分段設計倉壁和漏斗壁預應力筋。根據(jù)JGJ922004((無黏結預應力混凝土設計規(guī)程》【4】，無黏結預應力筋截面面積可按式(1)估算：A生(1)％l一tot式中：?！獰o黏結預應力鋼筋的截面面積；‘

12、圖2扶壁柱布置方式(4)扶壁柱個數(shù)多，預應力鋼筋的分段越多，導致工程量、施工難度和費用增加，因此，扶壁柱的數(shù)量應根據(jù)工程具體情況綜合考慮確定。(5)扶壁柱作為預應力鋼筋的錨固肋，承受較大的局壓力，應滿足錨具下混凝土局部受壓、抗裂要求，扶壁柱的尺寸也應滿足預應力筋錨固、施工等要求。(6)外扶壁柱施工簡單，技術成熟，應用范圍廣；內(nèi)扶柱壁作為預應力鋼筋的錨固肋，會導致預應力鋼筋曲率變化大，而在錨固端會產(chǎn)生較大的局部彎矩和剪力，同時由于筒倉內(nèi)裝

13、有散料，內(nèi)扶壁柱會經(jīng)常受到?jīng)_擊荷載作用，可能會造成預應力鋼筋錨固端破壞，不利于結構長期安全運行。設計時應根據(jù)實際情況選用。32扶壁柱尺寸的確定(1)外扶壁柱的尺寸可參考下式確定目，尺寸參數(shù)見圖3所示。圖3扶壁柱的尺寸示意圖Z=r。tan2(10)預應力筋張拉錨固中心位于扶壁厚度中心，則：譬=r、／而(11)同時應滿足錨固要求，則：hf≥50(12)22式中：rl——筒倉壁外半徑，m；rD——預應力鋼筋環(huán)半徑，m；——夾角(度)見圖4，一

14、般可取0=5010。；f——在與豎直線夾角為0處開始沿圓環(huán)切線方向引出到外扶壁張拉錨固的直線段長度，m；^廣—扶壁厚度，m；——錨板的寬度，mm。當按式(11)計算的不滿足式(12)的要求時，可采取增大0的方法，也可采取垂直于預應力鋼筋截面形心外移扶壁錨固支撐面的方法。(2)內(nèi)扶壁的尺寸可參考下式確定，尺寸參數(shù)見圖4所示。l~(rprpE)sin02(13)l16圖4扶壁柱的尺寸示意圖預應力筋張拉錨固中心位于扶壁厚度中心，則：Lr2一[

15、rpcosO：r~(1cos02)】(14)式中：／2——筒倉壁內(nèi)半徑，m；——預應力鋼筋環(huán)半徑，m；、——夾角(度)見圖4，一般可取20。~35。，02=30~45。；——在與豎直線夾角為0開始沿與預應力鋼筋環(huán)內(nèi)切的圓弧半徑rp2=(O6~08)rp，m；預應力鋼筋單排布置時不宜小于25m，預應力鋼筋集束布置時rp2不宜小于40m；fa——至角度處開始沿圓環(huán)切線方向引出到外扶壁張拉錨固的直線段長度，m；——扶壁厚度，m。當按式(14)

16、計算的h不滿足式(12)的要求時，可采取減小和r口2的方法調(diào)整。33扶壁配筋預應力鋼筋錨固于扶壁上，會在扶壁上產(chǎn)生局壓力，應對其進行錨具下混凝土局部受壓、抗裂驗算并留足預應力筋的交叉空間。扶壁可配置與筒倉壁豎向和環(huán)向相同的非預應力鋼筋，內(nèi)外設置拉結構造鋼筋不宜dx：~12@150，并應預埋直徑為8～10mm、沿結構軸向間距為150~200mm的鋼筋用于回填混凝土的構造鋼筋唧。4構造要求41鋼筋構造要求(1)預應力鋼筋構造要求I]：預應力

17、筋的保護層不應小于50mm，后張無黏結預應力筋應由預應力筋的邊緣算起。此外，同一水平預應力筋在錨固處的上下距離不應小于70mm，錨固處預應力筋的直線段應根據(jù)錨具要求確定，且不小于400mm。(2)非預應力鋼筋構造要求嘲：倉壁的水平鋼筋直徑不宜小于10mm，也不宜大于25mm；且鋼筋間距不應大于200InlTl，也不應小于70toni。倉壁的環(huán)向及豎向非預應力鋼筋，最小配筋率均不應小于04％。同時對于后張拉預應力圓形筒倉的非預應力筋，應驗