水平向预应力技术应用于地上矩形混凝土水池.doc

水平向预应力技术应用于地上矩形混凝土水池水平向预应力技术应用于地上矩形混凝土水池混凝土矩形水池在石化系统应用较多以往的混凝土地上水池凡长度超过者多有不同程度的开裂和渗漏其主要原因有池壁内外温差与池壁中面季节温差的综合作用长期空池且未设伸缩缝受池壁中面季节温差与湿差的综合作用设伸缩缝的水池存在施工质量问题或止水带腐蚀老化针对上述问题并为满足厂方提出的不留伸缩缝和池壁裂缝宽度不超过的要求在沧州炼油厂曝气池的设计中不设伸缩缝图而利用一定间距扶壁的作用将单向水压变成双向水压使绝大部分水压的作用方向与池壁内外温差中面季节温差及湿差引起的应力作用方向相协调这样除去池壁混凝土本身的抵抗能力外其余超额内力均由张拉水平向布置的波形预应力筋形成的平衡弯矩与有效预压力两种内力来平衡从而得到一个结构比较合理且比较经济的方案第章工程概况沧州炼油厂座曝气池的预应力筋均采用无粘结钢丝束预应力钢材的抗拉强度大于或等于无粘结束的布置及间距如图所示号曝气池混凝土于月末浇筑次年月初张拉由于施工单位未能及时将恒温水注满各池出现了池壁中面季节温差与湿差干缩的最不利组合作用同期施工的隔油池和厚迭池由于掺了一定量的膨胀剂而未设伸缩缝在月最冷日最低气温长的外池壁中部出现裂缝号曝气池的纵向水平方向内隔墙长因未配预应力筋中部也出现贯通裂缝而曝气池的预应力混凝土外池壁未出现裂缝由于施加了预应力池壁厚度仅为壁内水平钢筋的含钢率为整池用钢量为与原设计方案相比节省混凝土钢筋膨胀剂氧凝防水材料以及止水带等而耗用无粘结预应力钢丝束仅节省万元第章预应力曝气池的设计地上混凝土矩形水池的池壁越厚对抗水压及控制混凝土裂缝越有利但在保证施工可能性的条件下池壁越薄对抗温度应力越有利所以要设计一个抗水压与抗温湿度应力性能及经济指标均较好的矩形混凝土地上水池并非易事混凝土矩形水池在温湿度应力作用下从开裂到渗漏有两种情况一种是在弯曲拉应力与轴向拉应力交替作用下开裂另一种是当水池长度超过或又未设伸缩缝因池壁中面温差干缩引起的应变超过一个定量目前掌握的数据是时混凝土池壁就会被拉裂形成贯通裂缝对此最有效的设防措施是在混凝土池壁间有目的地建立一整套定性定量的弯曲压应力轴向压应力及其相对应的轴向压应变以防裂缝产生或将裂缝宽度控制在一定范围内目前最有效的手段就是采用后张无粘结预应力技术在设计时间隔一定距离设置扶壁将不利的悬臂结构体系的单向高位水压转变成双向水压并根据水平裂缝控制为时池壁厚非预应力竖向钢筋为所能承担的竖向水压高度来确定最大扶壁间距其余绝大部分水压均以扶壁为边界条件转变成水平向水压与池壁内外温差中面季节温差以及湿差引起的内力方向协调这样就可以通过合理地布置抛物线形预应力筋建立相对应的弯曲压应力轴向压应力以及预压应变平衡由高位水压和温湿差引起的弯曲拉应力轴向拉应力以及拉应变同时因为有了扶壁也保证了预应力筋的布置与平衡弯矩的建立图抛物线形预应力筋的等效荷载作用图如图的所示从图中可看出在扶壁处平衡弯矩与池壁内外温差引起的弯矩同向而与水压弯矩反向在扶壁间池壁中部平衡弯矩与水压和池壁内外温差引起的弯矩反向而有效预压应力扣除全部应力损失后的预应力值则与中面季节温差和湿差引起的收缩拉应力反向预压应变与收缩拉应变反向因此在设计计算时只需验算下述种情况冬季最冷时正常运行状态下扶壁间池壁中部截面处受水压应力池壁内外温差应力中面季节温差应力预应力等效荷载下的应力共同作用冬季最冷时空池状态以应变控制受中面季节温差应力中面湿差应力有效预压应力共同作用夏季池壁内外温差等于零时正常运行状态下扶壁边缘截面处受水压应力预应力等效荷载下的应力共同作用对预应力张拉结束瞬间状态下各截面计算用的预应力等效荷载值未扣除与时间有关的应力损失并且此时混凝土强度取如果不采用设置扶壁改变水压方向并用水平向波形预应力筋一次性综合解决的设计方案而采用分别解决水压和温湿差应力的设计方案就形成用竖向直线形预应力筋克服悬臂体系的单向高位水压再用水平向直线形预应力筋克服温湿差应力以解决因留设伸缩缝出现的问题其结果是池壁厚度无法减小按悬臂体系为按一端固定一端简支为竖向预应力筋过短张拉时锚具变形所占比例过大应力损失过大有时竟达另外由于直线张拉不能建立起平衡弯矩图对受弯构件预应力筋的储备功能浪费例如某厂的鼓风曝气池建于年月池壁高厚在池顶平面内每隔设一道混凝土拉梁使池壁顶端的计算简图为简支在与沧州炼油厂曝气池同样平面尺寸条件下其竖向直线预应力钢丝束用量为水平向直线预应力钢丝束用量为共计如果考虑池壁高度差其预应力钢丝束用量为沧州炼油厂曝气池的倍在池顶平面内每隔设置拉梁对生产和使用均带来不便第章设计中存在的问题池底板约束对池壁预应力值建立的影响底板的约束明显地影响池壁预应力值的建立有时衰减达左右这与池壁根部构造有关也与底板的刚度有关本设计的底板厚度已接近下限故只能承认约束的影响从预应力钢丝束的布置着手来满足设计要求图因水压与温湿差组合的最不利区段在水位中部范围内所以在相对标高范围内加密预应力筋的配置单位面积上的有效预应力值为标高处为而在标高以下考虑底板的约束过大水平水压接近于零和温湿差的影响衰减等因素只配了根钢丝束为到目前为止尚未探讨出减少底板约束影响的理想办法正交隔墙约束对预应力值建立的影响正交隔墙约束对池壁预应力值建立的影响比底板约束的小但又与框架柱对框架梁预应力值建立的约束影响不同设计中按的折减量考虑并在张拉时采取一定手段来弥补扶壁与壁板的整体工作在扶壁受弯的设计计算中考虑了一定宽度范围内的池壁壁板作为扶壁的翼缘与扶壁共同工作并将扶壁受弯计算所需钢筋的分布在作为翼缘的池壁壁板内其目的也在于保证事实上的共同工作不被破坏如果将计算所需的全部钢筋均布置在扶壁宽度内则会造成受力钢筋含量的突变在整体工作的初期就造成扶壁边缘池壁壁板的破裂所以美国规范明确规定若将全部受弯钢筋布置在腹板内必须在相邻的翼缘间配置一定量的附加钢筋以防止壁板破裂和保证共同工作基础的整体工作由于号和号曝气池所在的地基土是经过振冲碎石桩处理后的复合地基承载力为压缩模量为设计中考虑了一定程度的应力重分布按扶壁基础与池壁基础共同工作的假设设计除上述设计中考虑的个问题外还有诸如池壁中面季节温差应力计算时考虑混凝土徐变有限制的微裂缝降低刚度边界条件等因素的折减系数取值等只能定性而不能较准确定量的问题为此施工号曝气池时有目的地在池壁内埋设了个钢筋应力计和若干温湿度计并在不同位置的锚头后埋设了个传感器以通过年个周期的测试来验证设计中的假定及采用的数据第章问题改进扶壁刚度还可适当加大扶壁与池壁基础整体王作的假设可行但某些构造措施须改进特别是水平向抗扭的构造措施还应进一步加强