一种用于穹顶环梁的预应力钢筋增强体系及其施工方法

摘要

本发明公开了一种用于穹顶环梁的预应力钢筋增强体系及其施工方法。所述预应力钢筋增强体系包括上、下两层的预应力张拉结构，每层预应力张拉结构包括至少一组预应力筋；每组预应力筋包括四根呈环形阵列均匀分布的预应力筋，每根预应力筋沿穹顶环梁的径向水平设置；每层预应力张拉结构的所有预应力筋呈环形阵列均匀分布；预应力筋的一端锚固于穹顶环梁，另一端锚固于环形连接件；施工方法包括每层预应力筋分组穿束、锚固以及上、下两层的预应力张拉结构分层张拉的方式。本发明解决相关技术中穹顶环梁与墙体连接易出现变形的情况，减少穹顶环梁与墙体连接处混凝土裂缝的产生，从而提高钢筋混凝土结构的承载能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种预应力钢筋增强体系及其施工方法，属于钢筋混凝土结构技术领域。

背景技术

随着国家经济的不断提高，天然气作为清洁能源在能源结构中所占比例也随之增加。预计到2020年，国内天然气消费总量将达到总能源消费量的1/10。大型LNG预应力储罐因其容积大，占地少，以及安全、稳定和耐久性等优点，成为国际上普遍采用的液化天然气储存设施。

现阶段关于大型LNG预应力储罐的研究主要集中在对罐壁的静力分析和抗震分析方面，针对预应力外罐施工的研究甚少。在施工阶段，外罐在重力和预应力作用下，LNG储罐穹顶环梁与墙体连接处会产生很大的拉应力，不同的预应力钢筋张拉顺序以及施工方法对其影响很大。若LNG储罐穹顶环梁与墙体连接处的拉应力超过混凝土抗拉强度，则会产生混凝土裂缝，严重LNG储罐的运行和安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于穹顶环梁的预应力钢筋增强体系及其施工方法，解决相关技术中穹顶环梁与墙体连接易出现变形的情况，减少穹顶环梁与墙体连接处混凝土裂缝的产生，从而提高钢筋混凝土结构的承载能力。

本发明提供的用于穹顶环梁的预应力钢筋增强体系，结构如下：

包括上、下两层的预应力张拉结构，每层预应力张拉结构包括至少一组预应力筋；

每组预应力筋包括四根呈环形阵列均匀分布的预应力筋，每根预应力筋沿穹顶环梁的径向水平设置；

每层所述预应力张拉结构的所有预应力筋呈环形阵列均匀分布；

所述预应力筋的一端锚固于穹顶环梁，另一端锚固于环形连接件；

所述环形连接件的轴线与穹顶环梁的轴线重合。

优选地，上、下两层的所述预应力张拉结构具有相同数量的预应力筋。

更为优选地，上、下两层的所述预应力张拉结构的预应力筋上下位置对应。

优选地，每层的所述预应力张拉结构包括1～3组预应力筋。

优选地，上层的所述预应力张拉结构的一端锚固于所述穹顶环梁顶部，另一端锚固于所述环形连接件顶部；下层的所述预应力张拉结构的一端锚固于所述穹顶环梁底部，另一端锚固于所述环形连接件底部。

优选地，每根所述预应力筋的一端锚固于所述穹顶环梁的外侧，另一端锚固于所述环形连接件的内侧。

本发明还提供了所述预应力钢筋增强体系的施工方法，包括：

在穹顶环梁内部的中心位置临时固定环形连接件；

对所述上层预应力张拉结构和所述下层预应力张拉结构中的预应力筋分别进行穿束和锚固；

穿束和锚固施工完成后进行张拉操作，先张拉所述下层预应力张拉结构的预应力筋，再张拉所述上层预应力张拉结构的预应力筋。

进一步地，所述穹顶环梁在浇筑过程中预留预应力孔道，所述环形连接件在预制过程中预留预应力孔道。

进一步地，所述上层预应力张拉结构或所述下层预应力张拉结构的预应力筋在进行张拉时，同组的预应力筋同时张拉。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供的用于穹顶环梁的预应力钢筋增强体系，采用双层张拉预应力筋可以有效解决预应力不足的情况，预先为穹顶环梁处提供足够的应力，从而减少在大荷载作用下穹顶环梁与墙体连接的应力以及变形，减少混凝土裂缝的产生，进而提高钢筋混凝土结构的承载能力；

并且，在整个张拉预应力钢筋的中点处引入环形连接件，可以解决预应力筋在节点处相交叉而导致的张拉问题，同时也避免了单根预应力钢筋过长，为施工时制作预应力钢筋提供了方便。

本发明提供的预应力钢筋增强体系的施工方法，采用对称张拉的施工工艺可以保证在张拉过程中穹顶环梁的变形不超过允许范围，以减少引张拉过程而导致的结构损坏。

附图说明

图1是本发明实施例1的预应力钢筋增强体系的纵剖图；

图2是本发明实施例1的预应力钢筋增强体系的横剖图；

图3是本发明实施例1的预应力筋与穹顶环梁锚固的局部放大图；

图4是本发明实施例1的预应力筋与环形连接件锚固的局部放大图。

图中各标记如下：

1、墙体；2、穹顶环梁；3、上层预应力张拉结构，3-1、第一组预应力筋，3-2、第二组预应力筋；4、下层预应力张拉结构；5、环形连接件。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

如图1和图2所示，为本发明提供的用于穹顶环梁的预应力钢筋增强体系的结构示意图，应用于LNG储罐外罐的穹顶环梁2，解决LNG储罐外罐中的穹顶环梁2与墙体1连接易出现变形的情况，减少穹顶环梁2与墙体1连接处混凝土裂缝的产生，从而提高LNG储罐外罐的承载能力。

LNG储罐外罐的墙体1为封闭式环形墙，墙体1固定于承台上，穹顶环梁2固定于墙体1的上部。若穹顶环梁2与墙体1连接处的拉应力超过混凝土抗拉强度，则会产生混凝土裂缝，严重LNG储罐的运行和安全。

本实施例的用于穹顶环梁的预应力钢筋增强体系，主要包括上层预应力张拉结构3、下层预应力张拉结构4和环形连接件5。

上层预应力张拉结构3和下层预应力张拉结构4以一定间距在穹顶环梁2内部上下布置，上层预应力张拉结构3位于下层预应力张拉结构4的上方。

上层预应力张拉结构3和下层预应力张拉结构4均包括一组或多组的预应力筋。上层预应力张拉结构3和下层预应力张拉结构4优选为1～3组，这样既能够为结构受到的大荷载作用提供应力保证，又可以避免应力过大而导致结构可能在未受力之前已经变形或破坏。

如图2所示，每组的预应力筋包括四根预应力筋，该四根预应力筋在平面内呈环形阵列均匀分布，即每组的相邻两根预应力筋夹角为直角。四根预应力筋呈环形阵列均匀分布可以有效减小后续张拉预应力筋时结构发生的初始变形。

并且，每根预应力筋均沿穹顶环梁2的径向方向水平设置，以保证在后续张拉过程中同层预应力筋受力在同一水平面上，为穹顶环梁2提供更大的约束力。

上层预应力张拉结构3和下层预应力张拉结构4包括多组的预应力筋时，上层预应力张拉结构3或下层预应力张拉结构4的所有预应力筋也分别呈环形阵列均匀分布，以保证穹顶环梁2均匀受力。

因此，上层预应力张拉结构3或下层预应力张拉结构4的预应力筋总数量为四的整数倍，如4根、8根、12根等等。

在一般情况下，为了后续施工时上下预留预应力孔道操作的便利性，上层预应力张拉结构3和下层预应力张拉结构4的预应力筋组数相同，并且预应力筋也以上下位置对应的布置方式为佳。此处的上下位置对应是指，下层预应力张拉结构4的预应力筋一一对应的位于上层预应力张拉结构3的预应力筋的正下方。这样，上层预应力张拉结构3和下层预应力张拉结构4所在平面的受力方式比较接近，减小了穹顶环梁2顶部和顶部锚固预应力筋的位置因受力相差较大而引起的变形。

上层预应力张拉结构3和下层预应力张拉结构4的每根预应力筋的一端锚固于穹顶环梁2，另一端锚固于环形连接件5。环形连接件5的设置可以解决预应力筋在穹顶环梁2中心处相交叉的问题，避免预应力筋相互干涉。

环形连接件5为空心圆柱体结构，可以为钢筋混凝土结构或钢结构。环形连接件5位于穹顶环梁2的横截面中心，其轴线与穹顶环梁2的轴线重合；并且为了使所有预应力筋均沿穹顶环梁2的径向水平设置，环形连接件5与穹顶环梁2的高度位置也基本相同。

如图3所示，穹顶环梁2预留有预应力孔道，预应力筋的一端穿过穹顶环梁2的预应力孔道后，锚固于该预应力孔道外侧。如图4所示，环形连接件5也预设有预应力孔道，预应力筋的另一端穿过穹顶环梁2的预应力孔道后，锚固于该预应力孔道内侧。

对应于上层预应力张拉结构3，环形连接件5的上部预应力孔道与穹顶环梁2的上部预应力孔道在同一水平面上。对应于下层预应力张拉结构4，环形连接件5的下部预应力孔道与穹顶环梁2的下部预应力孔道在同一水平面上。

作为一种优选的实施方式，上层预应力张拉结构3的一端锚固于穹顶环梁2的顶部，另一端锚固于环形连接件5的顶部；下层预应力张拉结构4的一端锚固于穹顶环梁2的底部，另一端锚固于环形连接件5的底部。如此，穹顶环梁2处的受力比较均匀，可以避免出现应力过于集中而导致穹顶环梁2发生较大变形的情况。

根据本实施例的另一个方面，提供了一种上述预应力钢筋增强体系的施工方法，通过分层张拉的方式，保证在张拉过程中的变形不超过允许范围，以减少引张拉过程而导致的结构损坏，包括如下操作：

在穹顶环梁2浇筑过程中，在穹顶环梁2的顶部和底部需进行预应力筋穿束的位置埋设预埋管，待混凝土养护完成后形成预应力孔道，为后续预应力筋穿束以及张拉做准备。

在预制环形连接件5的过程中，在环形连接件5顶部和底部需进行预应力筋穿束的位置打孔，为后续预应力筋穿束以及张拉做准备。

施工时，提前在穹顶环梁2内部的中心位置搭设脚手架平台以承放环形连接件2。

对于上层预应力张拉结构3的预应力筋利用穿束机进行穿束。上层预应力张拉结构3的各预应力筋两端分别在穹顶环梁2和环形连接件5顶部的预应力孔道进行穿束。既可以对多组预应力筋同时穿束，也可以首先对第一组预应力筋3-1进行穿束，然后对第二组预应力筋3-2进行穿束，依次类推以组为顺序穿束。

穿束成功后进行锚固施工，每根预应力筋一端锚固在穹顶环梁2顶部的预应力孔道外侧，另一端锚固于环形连接件5顶部的预应力孔道内侧。

对于下层预应力张拉结构4的预应力筋利用穿束机进行穿束。下层预应力张拉结构4的各预应力筋两端分别在穹顶环梁2和环形连接件5底部的预应力孔道进行穿束。同样地，既可以对多组预应力筋同时穿束，也可以以组为顺序穿束。

穿束成功后进行锚固施工，每根预应力筋一端锚固在穹顶环梁2底部的预应力孔道外侧，另一端锚固于环形连接件5底部的预应力孔道内侧。

穿束和锚固施工完成后进行张拉操作，先张拉下层预应力张拉结构4的预应力筋，再张拉上层预应力张拉结构3的预应力筋。

当上层预应力张拉结构3或下层预应力张拉结构4包括一组预应力筋时，对四根预应力筋同时进行张拉。当上层预应力张拉结构3或下层预应力张拉结构4包括多组预应力筋时，应分组进行张拉，同组的预应力筋同时张拉；一组预应力筋张拉完成之后再进行下一组预应力筋的张拉，直至所有预应力筋张拉完成。通过上述组内对称预应力筋同时张拉以及预应力筋分组张拉的方式，可以在一定程度上减小张拉过程中环梁处变形过大或混凝土开裂的情况。

当然，也可以下层预应力张拉结构4或上层预应力张拉结构3的所有预应力筋同时进行张拉，也可以减少张拉过程中带来的结构变形。

张拉过程以伸长值和张拉应力双重控制，千斤顶检查并安装就绪后，先用等应力法升压值10mpa，使得预应力筋张紧。检查有无滑丝松动等现象，确定后再开始继续张拉，增加步长为10％的控制应力。增压至控制应力的95％左右时，测量并记录伸长值，然后校核与计算伸长值是否相符，确定后张拉至100％，持荷1min。然后缓慢减压至0mpa，关闭油泵退出千斤顶。检查有无松动，确定是否需要个别单根补张拉。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。