大型预应力反力墙施工技术分析与研究

摘要

反力墙是结构试验室的重要试验设施，它通过固定于墙上的水平液压加载装置对试件施加水平荷载。反力墙与反力地坪配合可以进行各种工程结构的较大吨位的拟动力试验和静力试验，如大比例建筑模型或足尺寸构件抗震性能的研究，这些研究对土木工程新结构、新工艺、新材料的研究有着重要意义。反力墙作为一个试验设施已经为人所熟知，但目前针对预应力反力墙的研究成果相对较少，缺乏相关的文献资料和设计规范、规程可供参考。因此在施工中，如何保证反力墙的施工精度和施工质量，仍然是一个值得探讨的，具有现实意义的课题。
　　本文以东南大学在建的大型结构实验室中的多维加载实验平台——大型预应力反力墙系统为工程背景，针对该反力墙在施工过程中实验室底板大体积混凝土裂缝控制、反力墙横竖向预应力筋张拉方案及反力墙与反力台座施工精度控制进行研究分析，解决了该工程施工中的部分疑难问题，保证了工程施工质量。主要研究工作与成果如下:
　　(1)根据已有的经验公式和工程资料对各分项工程施工参数进行理论计算与分析，包括底板大体积混凝土温度场和温度应力计算、反力墙模板设计验算、预应力筋张拉伸长值计算三个部分。计算分析结果验证了底板大体积混凝土施工方案满足大体积混凝土的温控与抗裂要求，反力墙模板设计满足强度、刚度及整体稳定性要求，并为预应筋张拉时提供伸长值的校核依据。
　　(2)利用有限元分析软件Midas Gen，对实验室底板的温度场进行有限元模拟，根据工程的实测结果与有限元模拟结果对比分析，验证了建立的大体积混凝土温度场模拟结果的可靠性，并通过对模拟结果进行分析，较为全面的了解底板大体积混凝土温度场的分布与变化规律。结合结构实验室底板大体积混凝土工程，从混凝土的原材料与配合比、混凝土浇筑、保温保湿养护、温度监测等方面总结底板温度裂缝控制的措施，经验收评估证明了优化后施工方案的有效性。
　　(3)根据反力墙无粘结预应力筋的分布特点，对横向与竖向预应力筋的分批张拉分别提出5种不同张拉方案。利用有限元分析软件Midas Fea进行施工阶段有限元模拟，分阶段激活预应力钢绞线与预应力荷载，模拟预应力钢绞线的张拉过程。根据模拟结果对比分析各方案张拉过程中预应力损失、反力墙的变形与应力、截面的应力分布和预应力筋预应力分布均匀程度，分析得出竖向预应力筋的最优张拉方案为每面墙预应力筋从中间向两端对称张拉，横向预应力筋的最优张拉方案为每面墙预应力筋从下向上依次张拉。由各自方向预应力筋单独张拉的最优方案，分别组成先竖后横与先横后竖两种不同情况下的双向预应力筋张拉方案，并通过对比分析确定最佳张拉顺序为先横后竖，即先分批张拉横向预应力筋，后分批张拉竖向预应力筋。
　　(4)在大型预应力反力墙施工中，对各个环节的施工工艺进行分析与研究，针对各施工环节的质量控制，特别是钢骨架的安装，加载孔制作、定位与焊接固定，模板的安装和混凝土浇筑等环节的误差控制与检测校正，采取了多项措施，确保了反力墙与反力台座的施工质量和精度。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 结构实验室反力墙发展与应用现状

1．3 预应力反力墙结构理论研究现状

1．4 预应力反力墙施工工艺研究现状

1．4．1 大体积混凝土结构裂缝控制的研究

1．4．2 反力墙预应力筋施工的研究

1．4．3 反力墙及反力台座施工质量控制的研究

1．5 本文主要研究内容

第二章 反力墙与反力台座施工参数计算与分析

2．1 概述

2．2 大体积混凝土裂缝控制的施工计算

2．2．1 工程概况

2．2．2 大体积混凝土内外温差的计算

2．2．3 大体积混凝土温度应力的计算

2．3 反力墙模板设计计算

2．3．1 墙模板基本参数

2．3．2 墙模板荷载标准值计算

2．3．3 墙模板设计验算

2．4 预应力筋张拉伸长值计算

2．5 本章小结

第三章 大体积混凝土底板的有限元分析与裂缝控制措施

3．1 概述

3．2 结构实验室底板温度场有限元数值模拟分析

3．2．1 程序的选择

3．2．2 温度场模拟分析的一般步骤

3．2．3 Midas Gen建模

3．2．4 数值模拟结果及其分析

3．3 大体积混凝土底板的裂缝控制措施

3．3．1 混凝土的原材料与配合比

3．3．2 混凝土浇筑前的准备

3．3．3 混凝土施工

3．4 大体积混凝土温度控制措施

3．4．1 测温点的布置

3．4．2 混凝土养护、测温及温控

3．5 本章小结

第四章 反力墙预应力筋张拉顺序方案研究

4．1 概述

4．2 反力墙有限元模型

4．2．1 Midas Fea软件介绍

4．2．2 模型概况

4．2．3 材料基本参数

4．2．4 有限元模型建立

4．2．5 边界条件及荷载

4．3 张拉方案设计

4．4 预应力筋张拉方案模拟结果对比与分析

4．4．1 分析方法

4．4．2 竖向预应力筋张拉方案

4．4．3 横向预应力筋张拉方案

4．4．4 竖向横向预应力筋先后张拉对比

4．5 本章小结

第五章 反力墙与反力台座施工工艺

5．1 概述

5．2 施工工艺难点分析

5．2．1 钢架加工制作与安装定位

5．2．2 加载孔加工制作与安装定位

5．2．3 模板的设计与施工

5．2．4 混凝土施工

5．3 钢架施工

5．3．1 钢架材料处理

5．3．2 钢架定位安装

5．3．3 焊接控制措施

5．3．4 垂偏校正

5．4 加载孔施工

5．4．1 加载孔制作及校正

5．4．2 反力地坪加载孔定位安装

5．4．3 反力墙加载孔定位安装

5．5 混凝土浇筑

5．5．1 分段施工

5．5．2 反力地坪施工

5．5．3 反力墙施工

5．6 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

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