論圓形預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算方法

陳東

摘要：采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)建造大型或特大型圓形筒倉，能解決普通混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋用量較多的問題，而且較容易實(shí)現(xiàn)筒倉結(jié)構(gòu)的承載力和抗裂要求，具有很好的經(jīng)濟(jì)效果，大直徑預(yù)應(yīng)力筒倉結(jié)構(gòu)是當(dāng)前的主要發(fā)展趨勢。以某電廠兩座直徑為30m、單倉儲(chǔ)量為20000t的大直徑預(yù)應(yīng)力筒倉為例，為預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算方法提供可靠的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1. 預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉發(fā)展概況

筒倉結(jié)構(gòu)作為貯存散料的構(gòu)筑物，具有運(yùn)行方式簡單、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約用地、損耗少等優(yōu)點(diǎn)，因而它在煤炭、電力、港口、儲(chǔ)運(yùn)等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，隨著工程中要求配置的筒倉容積也隨之增大。當(dāng)采用普通混凝土筒倉時(shí)，隨著倉壁直徑的增加，倉壁水平配筋量也越來越大，往往需要配置三排甚至四排鋼筋才能滿足設(shè)計(jì)要求，這大大增加了用鋼量。采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)建造大型或特大型圓形筒倉，能解決普通混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋用量較多的問題，而且較容易實(shí)現(xiàn)筒倉結(jié)構(gòu)的承載力和抗裂要求，具有很好的經(jīng)濟(jì)效果。預(yù)應(yīng)力技術(shù)運(yùn)用在大直徑圓形筒倉結(jié)構(gòu)中，還可以減小貯料在倉壁內(nèi)引起的拉應(yīng)力，消除混凝土的開裂或者控制裂縫開展大小，避免因裂縫過大而引起鋼筋銹蝕，降低筒倉結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性等缺陷。因此采用預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉必將是未來筒倉結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。

2. 預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉設(shè)計(jì)計(jì)算原則及步驟

2.1 主要采用的規(guī)范

《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范GB50077-2003》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50010-2010》、《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ92-2004》及《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程 DL 5022-2012》。

2.2 設(shè)計(jì)步驟

1). 根據(jù)《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50077-2003》中3.3.2條估算混凝土筒倉的壁厚；

2). 根據(jù)《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50077-2003》中1.0.3條及4.2.3條條判斷筒倉類型（深倉或淺倉）；

3). 依據(jù)判別的筒倉類型及《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50077-2003》中4.2.2條~4.2.8條計(jì)算筒倉倉壁壓力；

4). 根據(jù)《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50077-2003》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50010-2010》、《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ92-2004》進(jìn)行非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋計(jì)算（主要由倉壁的裂縫來控制預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋量），并驗(yàn)算是否滿足《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50077-2003》的構(gòu)造要求。

3. 工程實(shí)例

3.1 工程概況

本工程某電廠兩座直徑為30m、單倉儲(chǔ)量為20000t的大直徑預(yù)應(yīng)力筒倉，高為45.65m的鋼筋混凝土筒倉，倉壁壁厚為0.50m、混凝土倉壁儲(chǔ)料高度為30.650、漏斗中心錐高度7.00m，原煤質(zhì)量密度為10.0kN/m3，內(nèi)摩擦角取。倉壁厚度為500mm，采用C40混凝土。預(yù)應(yīng)力筋采用1x7的鋼絞線，鋼絞線強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk=1860N/mm2，鋼絞線強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fpy=1320N/mm2，其性能應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線》(JG161-2004)的規(guī)定。錨具采用OVM15-n群錨體系對(duì)應(yīng)的錨具，采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)。普通鋼筋采用三級(jí)鋼（HRB400）。據(jù)《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50077-2003》中3.3.2條對(duì)倉壁的壁厚進(jìn)行初步估算值為：,本工程的筒倉倉壁厚度暫取為。

3.2 筒倉設(shè)計(jì)原則

在預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉結(jié)構(gòu)中，僅對(duì)環(huán)向施加預(yù)應(yīng)力，貯料產(chǎn)生的環(huán)向拉力由普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼絞線共同承擔(dān)。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉按正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算。根據(jù)《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范GB50077-2003》5.1.5條第3款，本筒倉最大裂縫寬度的允許值為0.2mm。根據(jù)《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程DL5022-2012》條文7.4.12條第一款規(guī)定：倉壁可采用后張法無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力或有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度比宜取0.7，不宜超過0.75，且非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋率不應(yīng)小于全截面的0.4％。

3.3 筒倉內(nèi)力計(jì)算

3.3.1 倉壁內(nèi)力計(jì)算

由知該筒倉為淺倉。據(jù)據(jù)《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50077-2003》中4.2.6條知筒倉貯料頂面或者貯料重心以下距離處，作用于倉壁單位面積上的水平壓力：

，其中、，故，則倉壁環(huán)向拉力。

考慮環(huán)境溫度作用時(shí)，據(jù)據(jù)據(jù)《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50077-2003》中4.1.1條，直徑30m的筒倉可按其最大環(huán)向拉力的6%計(jì)算。因此考慮溫度應(yīng)力時(shí)，取。

3.3.2 估算非預(yù)應(yīng)力鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積

取筒倉倉壁根部1m寬倉壁內(nèi)力作為計(jì)算單元，進(jìn)行無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積估算，計(jì)算公式可以按下式：

根據(jù)算得的1m寬筒倉側(cè)壁內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面面積為1218.2mm2，筒倉側(cè)壁底部取預(yù)應(yīng)力鋼絞線為1x7，預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面面積為。據(jù)《后張法預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)手冊(cè)》中3.6節(jié)，預(yù)應(yīng)力總損失近似估算值，則。

根據(jù)《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程DL 5022-2012》條文7.4.12條第一款規(guī)定：倉壁可采用后張法無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力或有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度比宜取0.7，不宜超過0.75，且非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋率不應(yīng)小于全截面的0.4％。非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積最小值為，取非預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋為22@150（）。

3.3.3 預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉倉壁裂縫計(jì)算

根據(jù)《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50077-2003》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50010-2010》、《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ92-2004》進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉倉壁裂縫計(jì)算。

預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉倉壁裂縫計(jì)算公式為： ，其中各參數(shù)取值如下：

；；

；，；

；

，取；

計(jì)算所得筒倉倉壁最大裂縫為0.022mm＜，滿足《鋼筋混凝土筒倉設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50077-2003》5.1.5條第3款要求。預(yù)應(yīng)力鋼絞線及非預(yù)應(yīng)力鋼筋余量很大，可以通過減小預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面面積及非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面筋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

經(jīng)優(yōu)化后的預(yù)應(yīng)力鋼絞線及非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面筋取值為: 預(yù)應(yīng)力鋼絞線為1x7@500，；非預(yù)應(yīng)力鋼筋為18@150，，計(jì)算所得筒倉倉壁最大裂縫為。

4. 結(jié)論

通過對(duì)圓形預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路及計(jì)算方法的論述及分析，并結(jié)合工程實(shí)例，簡單的介紹了圓形預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范，通過工程實(shí)例的優(yōu)化分析，圓形預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線及非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋面積主要是有筒倉的裂縫控制等級(jí)來決定。而且通過在混凝土筒倉結(jié)構(gòu)中采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可以減小貯料在倉壁內(nèi)引起的拉應(yīng)力，消除混凝土的開裂或者控制裂縫開展大小，避免因裂縫過大而引起鋼筋銹蝕，降低筒倉結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性等缺陷。

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