一种预应力混凝土结构的制作方法

1.本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种预应力混凝土结构。


背景技术：

2.大跨度建筑中，混凝土结构的跨度越大，自重越大，变形也越大。为满足大跨度混凝土结构变形和裂缝控制的要求，充分利用高强度材料，可以设法在结构构件受荷载作用前，通过施加预应力的方式减小或者抵消荷载引起的混凝土拉应力，从而使得结构构件截面的拉应力很小，甚至处于受压状态。预应力混凝土可以提高构件的抗裂性能和刚度，减小构件在使用荷载作用下裂缝和变形的发展，有效改善构件的使用性能，增强结构的耐久性。
3.我国目前用于预应力混凝土结构或构件中的预应力筋，主要采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。预应力混凝土采用的都为高强度钢筋，其塑性较差，故控制应力不能取得太高，而且为了减少预应力损失，有时需进行超张拉，有可能在超张拉过程中使个别预应力筋的应力超过它的实际屈服强度，使预应力筋产生较大塑性变形或脆断，由于混凝土圆柱面壳特殊的截面特点和受力特征，需要施加的预应力较大，上述筋材无法满足使用要求。
4.混凝土圆柱面壳中施加预应力一般采用后张法，预应力主要是靠预应力筋端部的锚具来传递的。目前，在各个领域广泛应用的普通锚具形式为夹片式锚具，使用楔形夹片式锚具时，在锚固装置初步安装完成后，夹片与光圆预应力筋表面的咬合情况并不稳定，极易发生错位滑移。此外，现有的预应力施加方式多为使用穿心式千斤顶进行张拉，在张拉的过程中，将预应力筋穿过穿心式千斤顶，张拉完毕后，需要切除多余的预应力筋，在对数量较多的预应力筋施加预应力时，还需多次拆卸千斤顶装置，对人力、物力造成严重浪费。


技术实现要素：

5.为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种预应力混凝土结构，可有效解决混凝土结构中跨度越大，自重越大，变形越大，裂缝控制难的技术难题。
6.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
7.一种预应力混凝土结构，包括设置于混凝土圆柱面壳内的预应力筋；
8.所述预应力筋上的预应力施加端包括固定环、楔形夹片、锚环、调节螺母、施加端承压垫板；所述施加端承压垫板为圆环状，设置于混凝土内；所述锚环与施加端承压垫板同轴设置，锚环第一端固定连接于混凝土内；所述锚环第二端设置有楔形孔，楔形夹片外表面与锚环的楔形孔内表面接触，楔形夹片外径小的一端设置于锚环的楔形孔内；锚环与楔形夹片接触位置处设置有固定环；调节螺母内部设置有阶梯通孔，调节螺母第一端与施加端承压垫板接触，并通过螺纹与锚环外表面连接；
9.所述预应力筋上的锚固端包括固定端承压垫板、固定环、楔形夹片、锚环；固定端承压垫板为圆环状，设置于混凝土内；锚环与固定端承压垫板同轴设置，锚环第一端与固定端承压垫板接触；楔形夹片外表面与锚环的楔形孔内表面接触，楔形夹片外径小的一端设
置于锚环的楔形孔内；锚环与楔形夹片接触位置处设置有固定环。
10.优化地，所述预应力筋采用交叉布置方式设置于混凝土圆柱面壳内；
11.优化地，所述预应力筋选用形状记忆合金；
12.优化地，所述调节螺母外形为六方结构；
13.优化地，所述调节螺母内部阶梯通孔采用圆角过渡。
14.本发明的有益效果：
15.1)本发明原理简单，内部原件较少且操作便捷，能够有效改善普通夹片式锚具的既有缺陷，使预应力筋与混凝土圆柱面壳表面形成良好的锚固效果；
16.2)本发明可以实现精准定位锚固，允许实施者按照所需的控制位移完成预应力施加工作，同时可以减少预应力施加过程中的材料浪费；
17.3)本发明中预应力筋采用交叉布置方式，能够运用于有高强轻质要求的大跨度建筑结构中，可以有效解决混凝土结构中跨度越大，自重越大，变形越大，裂缝控制难的技术难题，防止混凝土出现过早开裂的现象；
18.4)本发明中预应力筋采用形状记忆合金(sma)，形状记忆合金具有优越的超弹性和形状记忆效应，在大变形下仍具有良好的延性和耗能能力，即便是在高温情况下，仍能保持较大的刚度，优于钢材的耐火能力。在地震作用下，可以有效降低混凝土圆柱面壳的破坏程度，减小壳体的残余变形，保证整体结构的安全性能。
附图说明
19.图1是本发明锚固装置预应力施加端剖面示意图；
20.图2是混凝土圆柱面壳预应力筋布设形式示意图；
21.图3是本发明锚固装置固定端剖面示意图；
22.图4是本发明锚固装置中的调节螺母结构剖面示意图；
23.图5是本发明锚固装置中承压端板剖面示意图；
24.图6是预应力筋的端部处理位置示意图；
25.图7是记忆合金棒的拉压本构关系；
26.图中，1、预应力筋；2、混凝土圆柱面壳；3、横隔梁；4、固定端承压垫板；5、固定环；6、楔形夹片；7、锚环；8、调节螺母；9、施加端承压垫板；10、混凝土。
具体实施方式
27.下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
28.如图1、图2所示，本发明包括设置于混凝土圆柱面壳2内的预应力筋1，预应力筋1采用交叉布置方式设置于混凝土圆柱面壳2内；预应力筋1的间距和相互之间夹角的角度依据工程实际需要确定；不同的预应力筋1可作适当相交，防止出现预应力空缺，造成混凝土圆柱面壳的预应力分布不均匀。
29.预应力筋1选用形状记忆合金，形状记忆合金(shape memory alloy，简称sma)是一类应用于土木工程领域的新材料，具有形状记忆效应和超弹性效应，屈服应变很大(可达1.9％左右)，如图7所示，经历较大变形后仍具有很强的耗能能力，能够自动恢复原状，具有良好的抗疲劳性能，它的耐腐蚀性可以与不锈钢媲美，此外，即便在较高温度下，sma仍能保
持较大的刚度。因此，在结构遭遇地震、火灾等不利因素作用时，仍能够有效地保证结构的安全性。
30.预应力筋1上的预应力施加端包括固定环5、楔形夹片6、锚环7、调节螺母8、施加端承压垫板9，施加端承压垫板9锚固在混凝土10内；锚环7与施加端承压垫板9同轴设置，锚环7第一端固定连接于混凝土10内；锚环7第二端设置有楔形孔，楔形夹片6外表面与锚环7的楔形孔内表面接触，楔形夹片6外径小的一端设置于锚环7的楔形孔内；锚环7与楔形夹片6接触位置处设置有固定环5；调节螺母8内部设置有阶梯通孔，调节螺母8第一端与施加端承压垫板9接触，并通过螺纹与锚环7外表面连接；
31.预应力筋1穿设于楔形夹片6、锚环7和调节螺母8的通孔内；通过拧进调节螺母8，使其与楔形夹片6、锚环7、预应力筋1产生相对运动，对楔形夹片6实现夹紧作用的同时，给预应力筋1施加预应力。
32.如图3所示，预应力筋1上的锚固端包括固定端承压垫板4、固定环5、楔形夹片6、锚环7；固定端承压垫板4为圆环状，设置于混凝土10内；锚环7与固定端承压垫板4同轴设置，锚环7第一端与固定端承压垫板4接触；楔形夹片6外表面与锚环7的楔形孔内表面接触，楔形夹片6外径小的一端设置于锚环7的楔形孔内；锚环7与楔形夹片6接触位置处设置有固定环5。
33.如图5所示，施加端承压垫板9、固定端承压垫板4为圆环状；承压端板4的边长为1.5d2(d2为锚环7的直径)，厚度依据预应力的数值大小确定，中心圆孔的直径为1.2d1(d1为预应力筋1的直径)。承压端板9的边长为1.5d3(d3为调节螺母8的直径)，厚度依据预应力的数值大小确定，中心圆孔的直径为1.2d2；
34.如图4所示，调节螺母8外形为六方结构，内部设置有阶梯通孔，调节螺母8第一端与施加端承压垫板9接触，并通过螺纹与锚环7外表面连接；调节螺母8的直径为d3，其上侧的圆孔直径为1.2d1(d1为预应力筋1的直径)，下侧的圆孔直径为锚环7的直径d2，其内部做螺纹(螺纹间距和深度依据预应力的数值大小确定)，两侧壁与顶部相连处做倒圆角处理，避免应力集中，内部深度不应小于l1 l2，l1为安装好锚固装置后楔形夹片6和锚环7伸出承压端板9的长度，l2为预应力筋1拉伸长度的最大值，l2采用下式计算：
[0035][0036]
其中，f为需要施加的预应力，l为预应力筋的长度，es为预应力筋的弹性模量，as为预应力筋的横截面积。
[0037]
本发明实施方法包括以下步骤：
[0038]
步骤一：预应力筋的制作加工
[0039]
如图6所示，预应力筋1端部与楔形夹片6接触的位置做喷砂、刻痕等表面处理，处理范围应大于其接触长度的1.5倍，然后将预应力筋弯曲到设计的指定弧度，进行30分钟400度左右的高温处理。
[0040]
步骤二：混凝土圆柱面壳现浇施工前的预埋工作：
[0041]
本发明采用后张法对预应力筋施加预应力；
[0042]
1)混凝土圆柱面壳现浇施工支模时，在壳体两侧模板的预应力筋1伸出位置开出孔洞，选取与预应力筋直径相当的pvc管，在保证混凝土与预应力筋不发生接触的情况下，
尽可能少的占据混凝土的体积，保证混凝土结构的抗压强度；
[0043]
2)把pvc管套在预应力筋上，然后将固定端承压垫板4，施加端承压垫板9，楔形夹片6，锚环7穿过预应力筋1，与预应力筋1和pvc管一同预埋到混凝土壳中的指定位置，锚环7与混凝土之间使用pvc管隔开，在保证预应力筋1拉伸长度的最大值的前提下，锚环7尽可能伸出承压端板9；固定端一侧除预应力筋1外，仅预埋承压垫板4；
[0044]
步骤三：施加预应力：
[0045]
待混凝土的强度达到要求后(设计强度的70％以上)，按照式(1)计算预应力筋1所需的变形量l2，作为预应力筋张拉的控制变形量，利用构件本身作为台座，开始施加预应力。
[0046]
1)改进锚固装置的安装和调试
[0047]
先将固定端一侧的楔形夹片式锚具安装好；
[0048]
在预应力施加端，将调节螺母8拧到锚环7上，先用手拧紧调节螺母8，用红笔在预应力筋1裸露在外面的端部做一个标记，作为预应力施加的参照点，然后使用扳手进行预张拉，将预应力筋1张拉到(0.1～0.2)l2的变形量，检查两侧锚固端的锚固元件是否出现松动。若出现松动，重新进行上述过程。
[0049]
2)预应力施加
[0050]
本发明通过使用管钳拧进调节螺母8完成预应力的施加，施加过程中采用分级张拉法，以减小预应力损失；
[0051]
首先尽可能匀速拧进至控制变形量的40％，即0.4l2，暂停2分钟，检查各部位锚具的锚固情况；然后匀速拧进至控制变形量的80％，即0.8l2，暂停2分钟，检查各部位锚具的锚固情况；最后匀速拧进至控制变形量的110％，即1.1l2(略微多施加一些预应力，平衡楔形夹片6与预应力筋1之间可能存在的滑移带来的预应力损失)；暂停2分钟，检查各部位锚具的锚固情况。施加过程完毕且经检验合格后，将多余的预应力筋1切除，预应力筋1的外露长度不宜小于其直径的1.5倍，且不宜小于30mm。
[0052]
终张拉完毕后，对下一根待张拉的预应力筋1重复上述步骤施加预应力，直至所有的预应力筋1张拉完毕。
[0053]
步骤四：外观处理
[0054]
预应力施加完毕后，预应力筋1的外露长度不宜小于其直径的1.5倍，且不宜小于30mm，对锚固装置部分喷涂防锈漆；在工程经济条件允许的情况下，应对两侧的锚固端做适当的装饰，保证混凝土圆柱面壳外观的美观性。
[0055]
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0056]
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。