CN106436752A - 地下管廊基于收缩徐变有粘结预应力板的设计及施工方法 - Google Patents

地下管廊基于收缩徐变有粘结预应力板的设计及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种地下管廊基于收缩徐变有粘结预应力板的设计及施工方法，其特征在于：顶板、底板、外侧墙及内侧墙的产生的收缩徐变情况根据CEB‑FIP计算模式计算出，施工方法具体为：钢绞线铺设、锚固端设置、孔道一次灌浆、孔道二次灌浆、侧面填土、智能张拉、后浇带设置、灌浆密实度检测、顶端覆土填埋；使得有粘结预应力混凝土的极限承载力比无粘结高20%‑30%；使得有粘结预应力混凝土楼板比无粘结预应力可以少配20%以上的普通钢筋；有粘结预应力混凝土构件的延性比无粘结预应力混凝土构件高43%，抗振性能好；有粘结预应力比无粘结预应力具有了更大经济优势。

Description

地下管廊基于收缩徐变有粘结预应力板的设计及施工方法
技术领域
本发明涉及建筑施工方法，尤其涉及一种地下管廊基于收缩徐变有粘结预应力板的设计及施工方法。
背景技术
混凝土是一种多相组合材料，它包含作为母体材料的水泥砂浆和包含在其中的粗骨料，大多数骨料本身也是多相组合材料，包括各种结晶或非结晶的成分，并含有不同程度的孔隙率。水泥的水化反应使新鲜的塑性水泥浆变为凝固水泥浆或者水泥石，同时使新鲜的混凝土转变为凝固混凝土，这是一个复杂的化学和物理过程。徐变则与应力作用紧密相连，而在无应力时混凝土仍会发生收缩，混凝土收缩是与时间有关而不依赖于荷载的一种变形，它的起因是水泥凝胶体中游离的水蒸发，最终导致混凝土体积缩小，混凝土收缩的产生与应力无关因此无法通过改变相对应得应力条件来消除。
混凝土的收缩徐变对结构的影响如下：1）结构在受压区的徐变会增加挠度；2）徐变会增大偏压柱弯曲，由此增大初始偏心，降低柱的承载能力；3）预应力混凝土构件中徐变会导致预应力的损失；4）结构构件截面，如为组合截面，徐变会使截面上应力重新分布；5）对于超静定结构，混凝土徐变将会导致结构内力重分布，即徐变将引起结构的次内力；6）构件收缩受到周围的约束产生拉应力，引起收缩裂缝；7)构件内外层混凝土存在收缩差，表层混凝土的收缩受到内部混凝土的约束而引起收缩裂缝。
近些年来，在建筑结构中更多、更普遍的情况是：梁采用有粘结预应力，而板采用无粘结预应力。一般认为有粘结预应力相比无粘结预应力可靠性更高，通常板厚较小，应该使用小直径波纹管，但压浆较为困难，在板中采用无粘结预应力仍然是合理的，规范也是允许的。无粘结预应力钢筋在结构中正常工作主要取决于两端的锚具，一旦锚具因为某种原因失效，整个结构的安全就有隐患，甚至导致连续的倒塌问题。
无粘结还存在下列劣势：无粘结预应力混凝土工作时由于无粘结筋与混凝土发生相对滑动，构件破坏时无粘结筋的应力总是低于预应力筋的极限强度。
当超过截面抗裂弯矩时，无粘结预应力砼构件的裂缝相对集中且发展较宽，无粘结预应力连接板对裂缝很敏感，当底板出现裂缝后挠度增加的速度较快，裂缝宽度也较宽，因此无粘结预应力必须配置一定数量的普通钢筋，以避免构件在极限强度时不像拉杆拱一样破坏。
无粘结筋的作用全部依赖于锚具，一旦锚具失效其预应力将全部失去有可能发生整体破坏或连续倒塌。
无粘结预应力混凝土结构对锚固端的封闭防锈蚀要求更严，在工程实践中较难处理。
有粘结预应力技术是一种将传统的普通梁板结构、无粘结预应力板技术升级到经济、安全、耐久性好的有粘结预应力板技术，尤其涉及用于地下管廊和地下室顶、底板的结构优化。
有粘结预应力板技术可以明显减小梁板截面高度、减少钢筋用量、降低地下管廊或者地下室的层高、减小地下室基坑深度、降低水浮力，从而节约大量的钢筋和混凝土、降低了基坑支护及土方开挖费用、减少底板抗浮措施费用，同时该技术的采用基本杜绝了底板、顶板裂缝的发生，可解决超长地下室混凝土结构收缩裂缝的问题，简化建筑外防水的措施，进一步降低造价。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种地下管廊基于收缩徐变有粘结预应力板的设计及施工方法，该有粘结预应力板设计的方法建造地下管廊造价成本低、更安全耐久。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种地下管廊基于收缩徐变有粘结预应力板的设计及施工方法，综合管廊每片管廊的长度设置为30m，综合管廊包括顶板、底板、外侧墙和内侧墙；原地下综合管廊的顶板、底板及外侧墙的厚度400mm，内侧墙的厚度300mm；其创新点在于：采用有粘结预应力板的方法，顶板、底板、外侧墙及内侧墙的产生的收缩徐变情况根据CEB-FIP计算模式计算出，根据计算的结果考虑地下综合管廊的长时间后预应力的损失大小，从而根据损失的情况设计有粘结预应力板的初始预应力；
混凝土的收缩应变可以利用收缩应变终值与时间函数的乘积来表达，如下式：
εsh，∞收缩应变终值，表示从t0到t产生的收缩应变值与收缩应变终值的比值；
顶板、底板、外侧墙及内侧墙均配置有粘结预应力钢绞线；综合管廊的施工步骤具体如下：
S1：钢绞线铺设：以30米长为一段，对地下综合管廊的底板、外侧墙、内侧墙和顶板依次进行钢绞线铺设，板内预应力筋应按正反抛物线布置，预应力在板中应严格控制矢高及反弯点；
S2：锚固端设置：对于不好直接锚固的地方在钢绞线铺设的喇叭口处使用泡沫块在端头预留凹槽；
S3：孔道一次灌浆：用压力水将孔道进行清洗，利用灌浆泵将水泥经过波纹管灌到预应力筋孔道中去，使水泥浆填满预应力钢绞线与孔道间的间隙，让预应力钢绞线与夯牢固地粘结为一整体；
S4：孔道二次灌浆：在孔道一次灌浆之后由于首次灌浆的水泥灰产生收缩的情况，此时通过灌浆泵将水泥经过波纹管灌到预应力筋道中去，进行二次灌浆，去补足收缩部分的水泥浆；孔道灌浆之后需要进行养护，孔道灌浆与养护期需要21天；
S5：侧面填土：孔道灌浆与养护期之后，进行在外侧墙进行填土，外侧墙的填土依据载荷为65kpa且为梯形载荷；侧面填土需要2天工；
S6：智能张拉：在采用一端张拉或两端张拉，有粘结预应力筋长度不大于30m可一端张拉，大于30m需要两端张拉，智能张拉7天；
S7：后浇带设置：采用单跨搭接的方式在钢绞线上设置后浇带；后浇带在常规浇筑完成的60天后进行；
S8：灌浆密实度检测：采用灌浆密实度检测仪对孔道灌浆密实度进行检测；
S9：顶端覆土填埋：在灌浆实度检测完成后，顶端的覆土填埋依据载荷为65kpa且为均布载荷。
进一步的，所述顶板、底板、外侧墙及内侧墙的产生的收缩徐变情况根据CEB-FIP计算模式计算出，不仅需要考虑收缩徐变5-100年不同时间变化，也需要考虑梁体弹性压缩和混凝土温度的变化来确定有粘结预应力的初始设计。
本发明的优点在于：本发明的优点在于：1）有粘结预应力混凝土承受在和时任一截面处预应力筋的应变值与周围混凝土的应变值相等，破坏时临界截面有粘结筋的应力非常接近极限强度。一般来说，有粘结预应力混凝土的极限承载力比无粘结高20%-30%。
2）档超过截面抗弯矩时，有粘结预应力砼构件的裂缝分布均匀细密，从设计角度，有粘结预应力混凝土的抗裂要求可以放得更松。有粘结预应力筋除了改善混凝土的结构性能之外，其本身在混凝土构件中也起着与普通钢筋一样的作用。一般来说，有粘结预应力混凝土楼板比无粘结预应力可以少配20%以上的普通钢筋。
3）有粘结预应力混凝土构件的延性比无粘结预应力混凝土构件高43%，抗振性能好。尤其是地下综合管廊的顶板表面长期覆土，采用有粘结预应力混凝土可以满足结构耐久性的要求，而且可以满足地面车辆动荷载抗疲劳的要求。
4）有粘结预应力筋的固定端可以使用压花锚，不需要挤压锚，锚具的费用可以大幅降低。有粘结预应力混凝土锚固端按一般操作规程要求灌浆处理较易达到防腐蚀要求。
5）有粘结预应力连续梁板允许考虑塑性内力重分布对支座负弯矩进行调幅，可以最大程度的调平正负弯矩区的内力差值，为采用统一的曲线配筋形式创造了条件，一般只需要在支座局部增配少量的非预应力筋即可补充强度，大大提高了曲线配置的预应力钢绞线的承载效率，使得有粘结预应力比无粘结预应力具有了更大经济优势。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为地下综合管廊基于收缩徐变100年变形云图。
图2为地下综合管廊基于收缩徐变100年下轴向拉力云图。
图3为地下综合管廊基于收缩徐变100年左侧板F云图。
图4为地下综合管廊基于收缩徐变100年右侧板F云图。
图5为地下综合管廊基于收缩徐变100年底板F云图。
图6为地下综合管廊基于收缩徐变100年顶板F云图。
图7为地下综合管廊基于收缩徐变100年30m纵向截面无预应力工况下轴力图。（0.01m）
图8为地下综合管廊基于收缩徐变100年30m纵向截面无预应力工况下轴力图。（7.5m）
图9为地下综合管廊基于收缩徐变100年30m纵向截面无预应力工况下轴力图。（15m）
图10为地下综合管廊基于收缩徐变100年30m纵向截面无预应力工况下轴力图。（22.5m）
图11为地下综合管廊基于收缩徐变100年30m纵向截面无预应力工况下轴力图。（22.9m）
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本发明中，以江苏如皋的铁西新城地下综合管廊为例：
如图所示的一种地下管廊基于收缩徐变有粘结预应力板的设计及施工方法，综合管廊每片管廊的长度设置为30m，综合管廊包括顶板、底板、外侧墙和内侧墙；原地下综合管廊的顶板、底板及外侧墙的厚度400mm，内侧墙的厚度300mm；采用有粘结预应力板的方法，顶板板面相对标高-2.5m，底板板面相对标高-5.9m，顶板、底板、外侧墙及内侧墙的产生的收缩徐变情况根据CEB-FIP计算模式计算出，根据计算的结果考虑地下综合管廊的长时间后预应力的损失大小，从而根据损失的情况设计有粘结预应力板的初始预应力；
混凝土的收缩应变可以利用收缩应变终值与时间函数的乘积来表达，如下式：
εsh，∞收缩应变终值，表示从t0到t产生的收缩应变值与收缩应变终值的比值。
首先建立30m长的管廊模型图，根据非线性设定时间为5、10、20、50、100年，来分别计算收缩徐变量；如图所示将横截面的外侧墙和内侧墙的截面不同位置即沿着纵向的切割面（7.5m，15m，22.5m），各个位置的弯矩图、应力图和轴力图，再根据这些图上的数据计算出第三跨拉应力如下：
5年：71.14/（4.8*350）=0.042Mpa
10年：77.75/（4.8*350）=0.046Mpa
20年：85.76/（4.8*350）=0.051Mpa
50年：98.02/（4.8*350）=0.058Mpa
100年：106.72/（4.8*350）=0.064Mpa
由此计算结果可见，随着时间的推移，虽然管廊中的拉应力在逐年增大，但总体的拉应力仍然很小，远远小于混凝土的抗拉强度ftk=2.39Mpa，所以在地下综合管廊的设计中，该徐变应力的影响基本可以忽略不计。
顶板、底板、外侧墙及内侧墙均配置有粘结预应力钢绞线；
该工程中所用的预应力钢绞线截面尺寸及力学性能满足《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-2003标准的要求：
综合管廊的施工步骤具体如下：
S1：钢绞线铺设：以30米长为一段，对地下综合管廊的底板、外侧墙、内侧墙和顶板依次进行钢绞线铺设，板内预应力筋应按正反抛物线布置，预应力在板中应严格控制矢高及反弯点；
S2：锚固端设置：对于不好直接锚固的地方在钢绞线铺设的喇叭口处使用泡沫块在端头预留凹槽；
S3：孔道一次灌浆：用压力水将孔道进行清洗，利用灌浆泵将水泥经过波纹管灌到预应力筋孔道中去，使水泥浆填满预应力钢绞线与孔道间的间隙，让预应力钢绞线与夯牢固地粘结为一整体；
S4：孔道二次灌浆：在孔道一次灌浆之后由于首次灌浆的水泥灰产生收缩的情况，此时通过灌浆泵将水泥经过波纹管灌到预应力筋道中去，进行二次灌浆，去补足收缩部分的水泥浆；孔道灌浆之后需要进行养护，孔道灌浆与养护期需要21天；
S5：侧面填土：孔道灌浆与养护期之后，进行在外侧墙进行填土，外侧墙的填土依据载荷为65kpa且为梯形载荷；侧面填土需要2天工；
S6：智能张拉：在采用一端张拉或两端张拉，有粘结预应力筋长度不大于30m可一端张拉，大于30m需要两端张拉，智能张拉7天；
S7：后浇带设置：采用单跨搭接的方式在钢绞线上设置后浇带；后浇带在常规浇筑完成的60天后进行；
S8：灌浆密实度检测：采用灌浆密实度检测仪对孔道灌浆密实度进行检测；
S9：顶端覆土填埋：在灌浆实度检测完成后，顶端的覆土填埋依据载荷为65kpa且为均布载荷。
顶板、底板、外侧墙及内侧墙的产生的收缩徐变情况根据CEB-FIP计算模式计算出，不仅需要考虑收缩徐变5-100年不同时间变化，也需要考虑梁体弹性压缩和混凝土温度的变化来确定有粘结预应力的初始设计。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种地下管廊基于收缩徐变有粘结预应力板的设计及施工方法，综合管廊每片管廊的长度设置为30m，综合管廊包括顶板、底板、外侧墙和内侧墙；原地下综合管廊的顶板、底板及外侧墙的厚度400mm，内侧墙的厚度300mm；其特征在于：采用有粘结预应力板的方法，顶板、底板、外侧墙及内侧墙的产生的收缩徐变情况根据CEB-FIP计算模式计算出，从而考虑地下综合管廊的长时间后预应力的损失大小，从而根据损失的情况设计有粘结预应力板的初始预应力；
顶板、底板、外侧墙及内侧墙均配置有粘结预应力钢绞线；综合管廊的施工步骤具体如下：
S1：钢绞线铺设：以30米长为一段，对地下综合管廊的底板、外侧墙、内侧墙和顶板依次进行钢绞线铺设，板内预应力筋应按正反抛物线布置，预应力在板中应严格控制矢高及反弯点；
S2：锚固端设置：对于不好直接锚固的地方在钢绞线铺设的喇叭口处使用泡沫块在端头预留凹槽；
S3：孔道一次灌浆：用压力水将孔道进行清洗，利用灌浆泵将水泥经过波纹管灌到预应力筋孔道中去，使水泥浆填满预应力钢绞线与孔道间的间隙，让预应力钢绞线与夯牢固地粘结为一整体；
S4：孔道二次灌浆：在孔道一次灌浆之后由于首次灌浆的水泥灰产生收缩的情况，此时通过灌浆泵将水泥经过波纹管灌到预应力筋道中去，进行二次灌浆，去补足收缩部分的水泥浆；孔道灌浆之后需要进行养护，孔道灌浆与养护期需要21天；
S5：侧面填土：孔道灌浆与养护期之后，进行在外侧墙进行填土，外侧墙的填土依据载荷为65kpa且为梯形载荷；侧面填土需要2天工；
S6：智能张拉：在采用一端张拉或两端张拉，有粘结预应力筋长度不大于30m可一端张拉，大于30m需要两端张拉，智能张拉7天；
S7：后浇带设置：采用单跨搭接的方式在钢绞线上设置后浇带；后浇带在常规浇筑完成的60天后进行；
S8：灌浆密实度检测：采用灌浆密实度检测仪对孔道灌浆密实度进行检测；
S9：顶端覆土填埋：在灌浆实度检测完成后，顶端的覆土填埋依据载荷为65kpa 且为均布载荷。
2.根据权利要求1所述的一种地下管廊基于收缩徐变有粘结预应力板的设计及施工方法，其特征在于：顶板、底板、外侧墙及内侧墙的产生的收缩徐变情况根据CEB-FIP计算模式计算出，不仅需要考虑收缩徐变5-100年不同时间变化，也需要考虑梁体弹性压缩和混凝土温度的变化来确定有粘结预应力的初始设计。
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