預應力技術在市政污水廠水池結(jié)構設計中分析應用

1、<p>　　預應力技術在市政污水廠水池結(jié)構設計中分析應用</p><p>　　摘要:環(huán)向預應力技術在市政污水廠圓形水池結(jié)構中的應用是一項較新的技術,由于市政污水處理廠的日益增多,其技術必將得到更廣泛的應用。本文結(jié)合工程實例,從預應力損失分析、內(nèi)力計算、構造設計等方面對市政污水廠采用預應力砼水池結(jié)構設計要點進行了詳細闡述,并對其施工工藝要點進行了深入探討和總結(jié),可為同行借鑒參考。 </p>

2、<p>　　關鍵詞:市政污水廠;二沉池;預應力損失;圓形水池:張拉 </p><p>　　中圖分類號：TU99 文獻標識碼： A </p><p><b>　　一.引言 </b></p><p>　　現(xiàn)代城市污水處理廠的初沉池、二沉池大多為圓形,此類水池一般高度不大,且直徑較大,在水池池壁結(jié)構設計時,豎向計算模型往往采用底端鉸接,上端

3、懸臂來考慮;水平計算模型按整體圓環(huán)進行計算。由于這種水池池壁通常高度不大,豎向設計一般采用普通鋼筋混凝土即可滿足強度、抗裂度要求。但在水池池壁水平向設計中,因水池直徑較大,池壁在水壓作用下均會產(chǎn)生很大的環(huán)向拉應力,若采用普通鋼筋混凝土結(jié)構很難滿足水池的強度、抗裂度要求.如果為了同時滿足這兩項指標,就必須加大水池池壁壁厚,配置過密的鋼筋或者沿池壁設置豎向縫來解決這一問題。 </p><p>　　近幾年,經(jīng)過大量的工

4、程實踐與研究,采用環(huán)向預應力技術方案能有效地解決這一問題,即預應力筋隨池壁曲線布置在池壁外測,預應力筋與水池池壁之間沒有粘結(jié),張拉錨固后傳到混凝土池壁上,通過對池壁外側(cè)受拉區(qū)施加預壓應力的辦法來克服強度,滿足抗裂性能要求,從而使污水池的安全度、經(jīng)濟性得以大幅度提高。 </p><p>　　二.水池結(jié)構設計方案的分析與選擇 </p><p>　　在進行污水廠圓形水池結(jié)構設計方案的選擇時，應當

5、首先考慮該設計方案是否能夠達到排污工程的科學、安全、高效、節(jié)能、經(jīng)濟以及環(huán)保的要求。我國市政污水廠污水池的結(jié)構設計多種多樣，符合上述要求的且具有代表性的預應力有兩種，一個是繞絲法，另一個就是分段張拉無粘結(jié)預應力法。上述兩種方法都具有自身的設計特點及優(yōu)勢，因此，在排污工程的設計工作進行時，應根據(jù)不同的工程需求，選擇不同的合理的設計方案。 </p><p><b>　　&#160; </b&g

6、t;</p><p>　　三.預應力水池結(jié)構分析 </p><p>　　預應力產(chǎn)生的應力主要包括張拉應力和預應力損失組成。從張拉建立起的預應力到有效預應力產(chǎn)生這一過程中所出現(xiàn)的應力減少稱之為預應力損失，預應力損失包括以下幾方面： </p><p>　　1）張拉端錨具變形和無粘結(jié)預應力筋內(nèi)縮引起的預應力損失。由于張拉完畢后，預應力筋錨固到位時，無粘結(jié)預應力筋會產(chǎn)生內(nèi)縮

7、從而引起預應力損失。因池壁相鄰上、下兩排環(huán)向預應力筋錨固位置交錯布置，并采用千斤頂超張拉，其值可以降低50%采用。其計算公式參照《無粘結(jié)預應力混凝土結(jié)構技術規(guī)程》（JGJ92-2004）。 </p><p>　　2）無粘結(jié)預應力筋的摩擦損失。對于圓形水池，由于預應力筋是沿池外壁環(huán)型布置的，呈曲線形狀，根據(jù)其弧度和弧線長度，在張拉時會產(chǎn)生預應力筋與池壁之間的摩擦引起的摩擦損失，該項損失與摩擦系數(shù)成正比。因池壁上、下

8、兩排環(huán)向預應力筋錨固位置交錯布置，并采用千斤頂張拉，其值也降低50%采用。其計算公式參照《無粘結(jié)預應力混凝土結(jié)構技術規(guī)程》（JGJ92-2004）。 </p><p>　　3）無粘結(jié)預應力筋的應力松弛損失。預應力筋的松弛首先取決于鋼筋的種類及松弛等級。工程中可采用超張拉程序進行張拉，以減少無粘結(jié)預應力筋的松弛損失。無粘結(jié)預應力筋的超張拉程序為：0→0.1σcon→1.03σcon（持荷2分鐘）→σcon。 <

9、;/p><p>　　4）混凝土收縮徐變引起的預應力損失σ15。該損失主要是使用期間，由于混凝土水分的不斷減少，在預壓應力作用下，混凝土逐漸收縮變形，從而造成預應力筋的有效應力降低。該項預應力筋損失也降低50%考慮，并按《無粘結(jié)預應力混凝土結(jié)構技術規(guī)程》（JGJ92-2004）計算。 </p><p>　　5）當無粘結(jié)預應力筋采用分批張拉時，其張拉后批無粘結(jié)預應力筋時會產(chǎn)生混凝土彈性壓縮從而影響

10、先批張拉預應力筋的預應力損失降低即。因此，在預應力施工時，后批張拉預應力筋張拉完畢后，須再對先批張拉的預應力筋進行補張拉，從而獲得更好的預應力效果。 </p><p>　　四.預應力水池結(jié)構內(nèi)力計算&#160;根據(jù)《無粘結(jié)預應力混凝土結(jié)構技術規(guī)程》(JGJ/T92.93)的規(guī)定,以抗裂度要求控制配筋,使在各種不利荷載組合作用下,水池池壁各計算載面在施工和使用階段均要求不得出現(xiàn)裂縫a水池池壁無粘結(jié)預應力筋的

11、計算考慮了以下四種荷載的組合:(1)施工階段池內(nèi)無水,池外無土;(2)試水階段池內(nèi)有水,池外無土;(3)使用階段池內(nèi)有水,池外有土:(4)檢修階段池內(nèi)無水,池外有土。 </p><p>　　4.1錨固肋的設置&#160;為了便于預應力筋的分段張拉和錨固,盡可能減少施工過程中的預應力損失,沿水池池壁外側(cè)均勻設置5根扶壁柱,便于預應力筋張拉與錨固等構造要求,如圖2所示。&#160;4.2池壁與底板的連

12、接 </p><p>　　在污水池結(jié)構設計中,為了消除豎向彎矩對水池底板的影響,水池池壁與底板采用杯槽式柔性連接。即底板四周澆筑成槽口,槽口外壁混凝土待池壁預應力筋張拉后進行澆筑,同時為了防止水池池壁根部滲漏,池壁與槽口之間內(nèi)側(cè)采用油麻瀝青嵌縫,然后用水泥砂漿和細石混凝土澆筑密實,如圖3所示。&#160;無粘結(jié)預應力筋張拉端均設置在水池池壁的扶壁柱上,張拉后錨固于扶壁柱,最后用混凝土封堵。 五.構造設計

13、</p><p>　　為了便于預應力筋的分段張拉和錨固，盡可能減少施工過程中的預應力損失，須沿水池池壁外側(cè)均勻設置錨固肋，錨固肋的間距需滿足雙向張拉預應力所能影響的長度，錨固肋中須設置便于預應力筋張拉與錨固的錨具等構造措施。同時為防止錨具腐蝕造成預應力筋破壞，預應力筋錨固完成后需對外露構件進行防腐處理。 </p><p>　　在圓形水池結(jié)構設計中，為了消除豎向彎矩對水池底板的影響，水池池壁

14、與底板的連接采用杯口式連接，在池壁與底板間設置橡膠帶，保證張拉預應力時底板不約束池壁，張拉完畢后對杯口空隙用密封膏進行填塞。 </p><p><b>　　水池底板施工要點 </b></p><p>　　(1)混凝土墊層(基礎) 澆筑前,應檢查地基土質(zhì)是否與設計資料相符合,如有不同,則應該針對不同情況加以處理,然后再澆筑混凝土墊層。 </p><p

15、>　　(2) 混凝土墊層在澆筑完畢后的1 d～2 d (視施工時的溫度而定)，在墊層面測定底板中心,然后根據(jù)設計尺寸進行放線,定出柱基及底板的邊線,畫出鋼筋分布線,依線鋪放綁扎鋼筋,接著安裝柱基和底板外模板。 </p><p>　　(3) 鋼筋綁扎時,應詳細檢查鋼筋直徑、間距、位置、搭接長度、上下層鋼筋的間距、保護層及預埋件的位置和數(shù)量,均應符合設計要求。上下層的鋼筋要用鐵撐(馬凳) 加以固定,防止在澆筑混

16、凝土時發(fā)生變位。 </p><p>　　(4) 柱基模板是懸空架設,下面用臨時小方木撐在墊層上,邊澆混凝土邊取出小方木。 </p><p>　　(5) 底板應一次連續(xù)澆筑完,不留施工縫。施工間歇時間不得超過混凝土的初凝時間。平板厚度在20 cm 以內(nèi)可用平板振動器,厚度較厚時,則采用插入式振動器。 </p><p>　　(6) 池壁為現(xiàn)澆混凝土時,底板與池壁連接處的

17、施工縫可留在基礎上口20 cm 處,如設計要求有止水鋼板,在澆搗混凝土前,應將止水鋼板安放固定。 </p><p>　　(7) 混凝土澆筑完畢后,其強度尚未達到1. 2 MPa 時,禁止振動,不得在底板上搭設腳手架,安放模板或搬運工具,并注意對混凝土的養(yǎng)護。(8) 遇特殊情況需留施工縫時,應做成垂直的結(jié)合面,并注意結(jié)合面附近混凝土的密實。 </p><p>　　六.水池預應力施工 <

18、/p><p>　　6.1 預應力筋鋪設 </p><p>　　無粘結(jié)預應力筋須根據(jù)施工圖所計算得預應力筋下料長度進行下料。鋪設預應力筋時須用水平儀嚴格控制池壁上預應力筋的位置，并用色筆在池壁上畫出每道預應力筋各點的坐標位置，然后按施工圖要求的配筋根數(shù)分束設置，并每隔一米設置一根定位鋼筋，用鉛絲綁扎牢固。 </p><p>　　6.2 預應力筋張拉 </p>

19、<p>　　在張拉無粘結(jié)預應力筋時，一般采用雙控方法進行張拉。即以應力控制方法進行張拉控制為主，并以無粘結(jié)預應力筋伸長值校驗為輔。 </p><p>　　必須在水池池壁混凝土強度達到設計規(guī)定的100%混凝土強度后方可進行無粘結(jié)預應力筋張拉。在張拉過程中，應做到孔道、錨環(huán)和千斤頂三孔對中，每根預應力筋張拉完畢后須檢查錨固肋端部和水池池壁部位是否有裂縫，并填寫隱蔽記錄。 </p><p

20、>　　6.3 預應力測試 </p><p>　　張拉采用應力、應變雙控，最終將實測伸長值與理論伸長值之差控制在-1%-6%的范圍以內(nèi)，以滿足規(guī)范-5%-10%范圍內(nèi)的要求。實測的伸長值一般比理論伸長值要長一些，主要是實際的預應力摩阻力比計算摩阻力要小，即使用超張拉后有一部分的反向摩擦力。 </p><p><b>　　結(jié)語 </b></p><

21、;p>　　預應力技術在各類水池結(jié)構設計中的應用仍然需要進一步提升，從而進一步的減小混凝土構件的截面，從而達到節(jié)約資源目的，在應用過程中得出的結(jié)論總結(jié)如下。 </p><p>　　1）對于大直徑圓形水池采用無粘結(jié)預應力筋的設計方案，能夠很好的解決水池池壁在環(huán)向拉應力作用下強度、抗裂度不足的問題，與普通鋼筋混凝土結(jié)構相比，具有良好的經(jīng)濟效益。 </p><p>　　2）水池池壁預應力筋宜

22、選擇低松弛無粘結(jié)鋼絞線，因為鋼絞線不但彈性極限強度和屈服強度較高，而且應力松弛率也大大降低，有利于提高混凝土池體的抗裂性能和減少預應力筋的用量，也可以提高水池的抗震性能。 </p><p>　　3）在張拉預應力筋過程中應采用雙控制方法進行張拉，即以應力控制方法進行張拉為主，以無粘結(jié)預應力筋伸長值校驗為輔。 </p><p>　　4）在水池池壁無粘結(jié)預應力筋張拉完畢后，應對無粘結(jié)預應力筋進行

23、監(jiān)控，并做好記錄工作，直到水池池壁建立的預應力值基本穩(wěn)定為止，根據(jù)變化頻率校核預應力筋有無破損，預應力是否有效存在。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]呂志濤，孟少平，現(xiàn)代預應力設計[M]，東南大學建筑工業(yè)出版社，2006 </p><p>　　[2]何德湛，圓形水池采用無粘結(jié)預應力技術的若干問題探討