无粘结预应力技术在圆形混凝土筒仓中的应用.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：B

0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σcon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，σcon=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σpe按下列公式计算

式中σcon——无粘结预应力筋张拉控制应力(N/mm2)；σli——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σl1；(b)无粘结预应力筋的摩擦σl2；(c)无粘结预应力筋的应力松驰σl4；(d)混凝土的收缩和徐变σl5
；(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σl3.
无粘结预应力筋的总损失值不应小于80N/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/σcon-σl.tot
式中Ap—仓壁单位高度上无粘结预应力筋的总截面面积；σcon—无粘结预应力筋的张拉控制应力；
σl,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σl.tot=0.35σcon；
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σl1的计算公式，适用范围是曲线对应的园心角α≤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α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
σl2=σcon(kx+μθ)
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)；
μ—预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数，钢丝束μ=0.10，钢绞线=0.12；
θ—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