罐壳结构的倒U型双螺旋预应力筋布置方式及其施工方法

摘要

本发明涉及罐壳结构的倒U型双螺旋预应力筋布置方式及其施工方法，旨在提高罐壳在预应力筋施工过程中受力性能。罐壳结构包括正向倒U型双螺旋筋（1），正向倒U型双螺旋筋（1）由双螺旋筋第一肢（2），穹顶倒U型筋（3）和双螺旋筋第二肢（4）三部分构成，双螺旋筋第一肢（2）下端锚固于共用基础底板（6）下侧，沿着双螺旋筋第一肢倾角（13）延伸至筒身与穹顶交接处（11），随后转为穹顶倒U型筋（3），绕过穹顶（12）到达对面筒身与穹顶交接处（11）区域，之后转为双螺旋筋第二肢（4），沿着双螺旋筋第二肢倾角（14）锚固于共用基础底板（6）下侧。本发明可以节省材料，操作容易，可行性较高，罐壳结构的受力性能较好。

说明书

技术领域：

本发明属于建筑工程施工技术领域，涉及一种新的预应力筋布置方式及 其施工方法，旨在提高罐壳结构的受力性能。

背景技术：

随着国民经济的发展，罐壳结构的重要性越来越凸显出来。与其他类似 结构比较，罐壳结构以其独特优越性，在石化工业、商业、军用、民用、核 电站行业发挥着重要作用。实现了大型化，占地面积少，成本比较低，结构 简单，容易施工。随着科学技术的发展，技术日臻成熟，在国内建设使用也 越来越多。但是罐壳结构常常贮存易燃、易爆、有毒的介质，一旦遭受破坏， 大量可燃、有毒液体外泄或燃烧，可能导致毁灭性的灾害，随着容积的增大， 罐壳结构在使用中的安全可靠性就更显得极为重要。本专利涉及一种新的预 应力筋布置方式，旨在提高罐壳结构的受力性能，与传统预应力筋布置方式 相比，可节省预应力筋和锚具，减少施工工作量，降低建造成本。

发明内容：

本发明的目的在于针对罐壳结构受力性能较差的问题，提出在施工过程 中采取一种预应力筋布置方式及其施工方法，以改善罐壳结构在正常使用过 程中受力性能问题。

罐壳结构的倒U型双螺旋预应力筋布置方式

正向倒U型双螺旋筋1由双螺旋筋第一肢2，穹顶倒U型筋3和双螺旋 筋第二肢4三部分构成，双螺旋筋第一肢2下端锚固于共用基础底板6下侧， 沿着双螺旋筋第一肢倾角13延伸至筒身与穹顶交接处11，随后转为穹顶倒U 型筋3，绕过穹顶12到达对面筒身与穹顶交接处11区域，之后转为双螺旋 筋第二肢4，沿着双螺旋筋第二肢倾角14锚固于共用基础底板6下侧，形成 正向倒U型双螺旋筋1，反向倒U型双螺旋筋5与正向倒U型双螺旋筋1类 似，在沿着圆周方向展开图上，正向倒U型双螺旋筋1的双螺旋筋第一肢2 与双螺旋筋第二肢4向左倾斜，不相交，反向倒U型双螺旋筋5的双螺旋筋 第一肢2与双螺旋筋第二肢4向右倾斜，不相交。

倒U型双螺旋筋的肢与穹顶倒U型筋交接处17布置构造钢筋。

在沿着圆周方向展开图上，双螺旋筋第一肢倾角13或双螺旋筋第二肢倾 角14范围为35～60°，相邻双螺旋筋第一肢间距15或相邻双螺旋筋第二肢 间距16为600mm～700mm。

反向倒U型双螺旋筋的双肢8与筒身10内侧径向距离位于1/3B～1/2B 范围内，双螺旋筋肢1或双螺旋筋肢2与筒身10内侧径向距离位于1/2B～3/4B 范围内，反向倒U型双螺旋筋的双肢与双螺旋筋第一肢或双螺旋筋第二肢间 距Δ不小于120mm。

2施工方法

筒身10混凝土强度等级达到80%以上并且穹顶12混凝土强度等级达到 60%以上时张拉预应力筋，采用每一方向均用两套设备同时张拉，第一次超张 拉2%，持续2～5min，卸荷至控制应力，4～6天后，第二次超张拉5%，持 续2～5min，卸荷至控制应力。

①清理垫板及钢绞线表面的灰浆，安装锚板和夹片。

②千斤顶就位，千斤顶上的工具锚孔位与端部工作锚的孔位排列要一致。 工具锚夹片打紧，将夹片均匀打紧并外露一致。

③油泵供油给千斤顶张拉油缸，并随时检查伸长值与计算值的偏差。张 拉时，要严格控制进油速度，要求缓慢、均匀、平稳。张拉过程中，应认真 测量预应力筋的伸长值和张拉力，进行“双控”并作好记录。

④采用每一方向均用两套设备同时张拉预应力筋，环向筋控制应力 σ_con=0.80f_ptk，竖向筋控制应力σ_con=0.75f_ptk，f_ptk为预应力筋强度标准值。第一 次超张拉2%，持续2～5min，卸荷至控制应力，4～6天后，第二次超张拉5%， 持续2～5min，卸荷至控制应力。

⑤千斤顶活塞回程，拆除千斤顶，切除多余的钢绞线。

3本发明的有益效果在于

（1）可不设环梁，该结构受力简单，构造合理，具有广阔的发展前景。

（2）可尽量减少或不设置扶壁柱。扶壁柱越多，会影响到核岛反应堆厂 房与周围建筑群的总体布置，增加建造难度，延长张拉工期。

（3）倒U型双螺旋预应力筋可增大径向刚度，减小应力损失，经Ansys 数值分析，与欧美国家竖向筋和环向筋正交布置方式相比，预应力损失降低 8%左右，与前苏联双向交叉螺旋线型预应力筋布置方式相比，预应力损失降 低2%左右。

（4）倒U型双螺旋预应力筋使得筒身混凝土处于受压状态，可以不使用 竖向筋，节省锚具数量，可降低预应力筋系统成本15%左右。

（5）考虑洞口、扶壁柱、锚固设备等因素，可以比较灵活的布置预应力 筋，与传统的预应力筋正交布置方式相比，在不增加施工工作量的情况下， 提高罐壳结构受力性能，可以节约材料，易于孔道灌浆，可行性较高。

附图说明：

图1倒U型双螺旋预应力筋空间线型

图2筒身剖面图、倒U型双螺旋预应力筋布置方式沿着圆周方向展开图 及穹顶俯视图

图3扶壁柱分布图

图4图1中局部区域Ⅰ详图

图5倒U型双螺旋筋的肢与穹顶倒U型筋交接处构造钢筋配置图

具体实施方式：

以某核电站安全壳为例，对本专利做进一步说明。该核电站安全壳立面 如图1所示，-8.000以下为共用基础底板，混凝土强度等级为C50；-8.000～ -4.350为安全壳环形基础，混凝土强度等级为C75；-4.350～49.446为筒身， 其半径为23.4m，外径为24.7m，厚度为1.3m，混凝土强度等级为C75，安全 壳最大闸门洞口位于150°和标高+23.15m处，洞口内径8.3m；49.446～57.509 为穹顶，其半径为32m，厚度为1m，混凝土强度等级为C75。

该核电站安全壳预应力筋体系分为正向倒U型双螺旋筋1和反向倒U型 双螺旋筋5，其中正向倒U型双螺旋筋180根，反向倒U型双螺旋筋580根。

1倒U型双螺旋预应力筋布置方式

预应力筋采用19C15Freyssinet，倒U型双螺旋筋16σ_con=0.80f_ptk，竖向 筋6σ_con=0.75f_ptk。锚具采用Freyssinet19C15型号或类似设备。张拉设备采用 Freyssinet型号CC500或类似设备。

筒身预应力筋布置方式沿着圆周方向展开示意图详见图1，双螺旋筋第 一肢倾角13与双螺旋筋第二肢倾角14均为42°。相邻双螺旋筋第一肢间距 15与相邻双螺旋筋第二肢间距16均为600mm～700mm。

双螺旋筋肢1或双螺旋筋肢2与筒身10内侧径向距离为960mm，反向倒 U型双螺旋筋的双肢8与筒身10内侧径向距离为650mm。

2倒U型双螺旋预应力筋施工方法

⑴制作钢筋笼并固定预应力筋管道

焊接钢筋笼的钢筋直径为14mm，其中可采用0.5mm进级直径。焊接钢筋 笼长度不宜超过12m，宽度不宜超过10m。焊接钢筋笼制作方向的钢筋（或称 竖向纵筋）间距为200mm，另一方向的钢筋间距为400mm。当焊接钢筋笼纵横 向钢筋均为单根钢筋时，较细钢筋的公称直径应不小于较粗钢筋公称直径的 0.6倍。焊点的抗剪力（单位为N）应不小于150与较粗钢筋公称横截面积（单 位为mm²）的乘积。

预应力筋管道采用镀锌波纹管，将其固定到钢筋笼相应的位置。

⑵浇筑混凝土

筒身混凝土分12次浇筑，穹顶混凝土分6次浇筑。

⑶预应力筋施工方法

筒身混凝土强度等级达到80%以上并且穹顶混凝土强度等级达到60%以 上时张拉预应力筋，采用每一方向均用两套设备同时张拉，第一次超张拉2%， 第二次超张拉5%。

①清理垫板及钢绞线表面的灰浆，安装锚板和夹片。

②千斤顶就位，千斤顶上的工具锚孔位与端部工作锚的孔位排列要一致。 工具锚夹片打紧，将夹片均匀打紧并外露一致。

③油泵供油给千斤顶张拉油缸，并随时检查伸长值与计算值的偏差。张 拉时，要严格控制进油速度，要求缓慢、均匀、平稳。张拉过程中，应认真 测量预应力筋的伸长值和张拉力，进行“双控”并作好记录。

④采用每一方向均用两套设备同时张拉预应力筋，正向或反向倒U型双 螺旋筋控制应力σ_con=0.80f_ptk，竖向筋控制应力σ_con=0.75f_ptk，f_ptk为预应力筋强 度标准值。第一次超张拉2%，持续2min，卸荷至控制应力，4～6天后，第 二次超张拉5%，持续2～5min，卸荷至控制应力。

⑤千斤顶活塞回程，拆除千斤顶，切除多余的钢绞线。

⑷孔道灌浆

预应力张拉后切除钢绞线，并在两天内灌浆，灌浆时从靠灌浆孔最近的 排气孔堵起，直至最后一排气孔，水泥浆灌至端头出浓浆且成抛物线形流出 时即堵住最后的排气孔。

综上所述，仅为本发明的其中一种实施例，也可以用于其他类似结构预 应力筋布置方式和施工方法。凡是根据本发明技术实质对以上实例做的任何 修改、变更或等效结构变化，均应属于本发明技术方案的保护范围。