预制拼装结构综述报告 - 图文(3)

传统的弹性半空间地基模型假定地基土体是各向同性的，均质、弹性的线性变形体，而且在深度和水平方向上都是无限延伸的，即把地基看成是均质的线性变形半空间体，主要的模型参数为土的变形模量 E，泊松比μ 。依据弹性理论，利用布西芮斯（Boussinesq）公式（即点荷载引起的弹性半无限体地表变形公式）及富拉曼公式（Flament）公式（即线荷载引起的地表变形公式），根据基础挠度和地基变形相等的原则，来求解地基反力。弹性半空间地基模型能够考虑应力和变形的扩散，能表征土体位移的连续性，但由于地基是非均质的，计算所得的沉降量和地表的沉降范围，常比实测结果大。因此对于弹性地基上大型水池底板，把地基作为线弹性体，不考虑地基压缩层厚度以及荷载的影响范围是有一定缺陷的。因此在计算时，利用分层法考虑地基的非均质性。

天津大学郭海涛[26]等人将弹性地基上大型水池作为空间结构，采用有限单元法，以文克尔地基模型（弹簧元数值分析模型 — 基床系数法）进行了结构与地基间的整体数值计算与分析，并且辅以弹性半空间地基模型（半无限弹性体数值分析模型 — 弹性理论法）加以对比分析，结果表明：随地基刚度的增大，地基对结构的影响，即共同作用的影响减小；在原状地基土情况下，两种方法计算出的结果相差较多，而在地基加固后，两种方法计算出的结果基本一致；当地基土较软，地基承载力不高时，可采用弹性理论法，但弹性理论法由于未考虑地基土的塑性，计算出的结果比实际值往往偏大；对于加固地基后，当地基承载力较高情况下，可采用基床系数法。

Malhotra[27]对圆形水池在水平地震作用下底部掀起问题进行了研究，建立了地震作用下圆形水池的动力分析方法。结果表明底板和池壁的厚度对底板抬升阻力有显著的影响，底板的厚度主要影响小位移的抬升阻力，池壁的厚度主要影响大位移的抬升阻力。底板材料的弯曲水平对抬升阻力有一个相对较小的影响，但是对滞回曲线没有影响。底板抬升时滞回曲线有捏拢现象，其耗能大小是正常变形情况下的很小一部分。

图18 非对称底板抬升计算模型

2.2.3水池抗裂

过去国内建造大型水池普遍采用普通钢筋现浇混凝土结构,体型巨大的水池结构底板和

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池壁往往要划分多个分块逐个浇筑，这就引起水池结构存在很多施工缝(或后浇带)、变形缝、预留洞口和大直径的预埋管道，浇筑时混凝土收缩引起的干缩裂缝，使用阶段还会存在温度裂缝等[28]。从使用情况中发现多数池子存在不同程度的渗水、漏气现象,情况严重的

池壁混凝土产生裂缝,由于修补困难, 往往停止使用, 造成巨大损失

图19 后浇膨胀加强带结构设计

而无粘结预应力分段张拉圆形水池采用在预制壁板外侧连续配筋方式，即用绕丝缠绕预应力高强钢丝来施加预应力,使池壁混凝土处于受压状态，避免了混凝土开裂，整个水池结构不渗水、不漏水。这类结构在90年代后已经有了大量的工程应用[28]。

但其致命缺点是耐久性差，尤其是当水池环拉力较大,绕丝预应力钢筋配置较密时,外喷保护钢丝的砂浆施工质量不易保证,钢丝内侧有喷不到的死角,砂浆层易起鼓开裂,多年使用钢丝容易锈蚀,导致水池破坏，因此如何加固此类水池是一个重要的研究方向。已有工程实例利用CFRP片加固地上、半地上的预制预应力圆形水池[29]。

目前混凝土结构抗裂有两种抗裂标准要求，一种是要求结构完全不出现拉应力；另一种是允许一定程度的裂缝存在，但控制裂缝的大小。李京玲[30]在对比国内外规范对预应力圆形水池环向和竖向裂缝控制要求后发现：在竖向受力裂缝控制方面, 国外规范严于我国规范。我国规范的最大裂缝宽度wlim 一般控制在0.2~ 0.25mm, 而国外控制0.1mm 以内或基本不允许开裂;环向都要求有剩余压应力。从水池的耐久性出发提出对竖向和环向裂缝控制的建议，即考虑环向剩余预应力在池壁高度的变化，和更严格控制竖向裂缝的要求。 2000年Rashed等人制作了8个足尺混凝土池壁节段 [31]，分为预应力和不同配筋率的非预应力池壁节段，在弯曲和拉伸组合荷载作用下做抗渗测试。试验表明，不管是纯弯曲还是纯拉伸试验部分预应力水池池壁试件能很好改善裂缝的开展。预应力节段的非预应力筋能够改善试件的延性。试验中不发生渗漏的最小贯通裂缝的宽度是0.15mm。

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图20 某试件的构造

图21 裂纹的开展

2.2.4水池抗震

作为城镇生命线工程中重要部分的水池结构抗震设计非常重要。舒亚俐[32]将中美关于圆形预应力水池抗震设计做了对比和分析。2003 年颁布的5 室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范6 ( GB50032-2003) [ 33]预应力圆形水池采用振型分解反应谱法，给出了在地震作用下自重惯性力、动水压力、动土压力、环向拉力, 以及在设防烈度为9 度时, 顶盖及贮水的竖向地震作用的计算。美国规范 [34]美国5钢丝及钢丝束缠绕圆形预应力混凝土水池标准6 ( ANSI/AWWA D110-95) 中关于水池抗震部分规定抗震设计方法采用有效质量法，且水池结构型式按池壁底端的连接方式分为3 种形式：

?固定连接( 图22A) : 池壁端部与底板之间有足够的钢筋连接为整体。

?铰接( 图22B) : 由锚入池壁和底板的直线钢丝, 来限制节点处的水平相对位移, 但允许有一定的转角位移。

?柔性连接( 图22C) : 池壁与底板间仅设置弹性橡胶支承基垫( 弹性基垫) , 节点处可以

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滑移或转角。

分析比较得出：主要区别在于地震作用下各种荷载力的具体计算方法和结构底部的连接形式上, 但都考虑了地区抗震分级, 结构震后的重要性及动水荷载等因素。

图22 池壁与底板的连接形式

在地震作用下，高而柔的大型水池中的水产生晃动，由于池壁相对较柔，水的质量相对池身较大，甚至超过了水池本身重量，产生的动水压力和冲击压力对水池动力特性和地震响应有很大影响［35~41］。刘洁平等人以钢筋混凝土水池为研究对象，采用势流体理论，建立液固耦合分析模型，研究了考虑液固耦合作用对水池结构抗震性能的影响因素．结果表明：液固耦合相互作用对结构体系整体的自振特性具有偏于柔性的影响。水池设计时，结构壁厚的选择不是越厚越好[42]。

2.3 预制水池应用

2.3.1 应用一

某大型引水工程,其配水厂内,修建圆形半地下式清水池4座,每座容量为15000立米。池内径为51.5米,池壁处深5.8 米,池中心深8.45 米,水深8.3米。池壁由1 2 0 块预制钢筋混凝土板拼装而成。池底为盆形,整体浇筑。池中有钢筋混凝土柱64 根,分四环按圆形布置。柱端架设圆弧形预制曲梁,梁上安装扇形预制板。各个构件的接头处,都预埋钢板,安装后,即进行焊结。在各个接缝处,浇筑二期混凝土。池壁缠绕预应力高强钢丝后, 喷水泥砂浆作保护层,周圈再砌保温墙。

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图23 水池平面和剖面

2.3.2 应用二

首都机场污水处理厂装配式预应力钢丝束矩形水池在预制柱子和预制壁板装配后, 通过张拉纵、横方向高强钢丝,将预制块体和接缝混凝土压紧, 整个水池结构不渗水。

图24 矩形水池平面

2.3.3 应用三

四川省资阳县自来水厂的过滤池为预制燕尾壁板装配式矩形水池，池壁构件分别制成矩形、T 形和L 形三种预制件, 每个板块四周均外露280 mm长与池 …… 此处隐藏：1568字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……