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固化期间缓黏结预应力混凝土结构力学性能及完全固化预测pdf/doc/txt格式电子书下载

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书名:固化期间缓黏结预应力混凝土结构力学性能及完全固化预测pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语:理论分析+试验研究+有限元分析,多方位研究缓黏结预应力混凝土结构的力学性能及完全固化预测

作者:隋伟宁,王占飞,马燚,赵中华

出版社:化学工业出版社

出版时间:2019-09-01

书籍编号:30609576

ISBN:9787122347923

正文语种:中文

字数:74429

版次:

所属分类:教材教辅-建筑类

全书内容:

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前言


在20世纪80年代中后期,从方便施工和传力机制合理的角度出发,在无黏结预应力混凝土结构的基础上,研发了一种新型预应力混凝土技术,即缓黏结预应力混凝土技术。该技术结合了无黏结和有黏结预应力混凝土技术的优点,在施工期间,钢绞线与被施加预应力的混凝土之间可以保持相对滑动,进而可以错开工地各种施工作业,进行钢绞线的张拉。张拉完成后,缓黏结材料经过1~2年完全固化后,缓黏结预应力筋与混凝土之间形成较强的黏结性能,达到与有黏结预应力体系相同的传力效果,抗震性能优良,适合应用于强震地区的永久结构。2009年,缓黏结预应力混凝土技术作为住房和城乡建设部推广的十项新技术之一,在我国的工程建设中得到了示范应用,具有良好的应用发展前景。但是,从预应力筋张拉完成到完全固化的这段时间,缓黏结剂的形态变化、影响因素,以及固化过程中缓黏结预应力混凝土结构力学性能发展规律等尚未明确,严重影响了该技术施工质量控制及工程验收。


本书首先从缓黏结剂的性态(液体或者固体)对缓黏结预应力筋张拉产生的摩擦系数以及缓黏结预应力混凝土梁力学性能的影响入手,探明缓黏结预应力筋张拉时机对建立有效预应力结构体系的重要性;然后通过承载力试验和有限元分析,探明缓黏结剂固化程度对缓黏结预应力筋的黏结性能以及缓黏结预应力混凝土梁力学性能的影响规律;最后通过查阅国内外资料,结合我国典型城市气温变化,建立了考虑外界气温变化的缓黏结剂完全固化所需时间、固化过程中缓黏结剂硬度及黏结强度的预测,为该项技术在我国的广泛应用提供合理的设计依据及施工质量控制指标,为控制该类工程质量检测缓黏结剂固化程度提供有效的检测方法和手段。


本书由沈阳建筑大学隋伟宁、王占飞,沈阳城市建设学院赵中华及沈阳市建筑工程质量检测中心马燚撰写,由隋伟宁、王占飞统稿完成。本书的出版得到了辽宁省自然基金(20180550780)及沈阳市建委重点研发项目(sjw2017—001)的支持,在此表示感谢。


由于作者水平有限,加之本书脱稿时间仓促,缺点和不足之处在所难免,敬请广大读者批评指正。

第1章 绪 论


1.1 研究背景


预应力混凝土结构将高强度混凝土和高强度钢材“能动”地结合在一起,使两种材料都产生非常好的性能。钢材是延性材料,用预加应力的办法使其能在高拉力下工作,混凝土在抗拉能力上是脆性材料,施加预压力后有所改善,同时其抗压能力并未真正受到损害[1]。预应力混凝土结构经过100多年的研究与发展,目前,在世界各国的建筑、土木、水利、核电站等工程建设中得到了广泛的应用。根据施工工艺及传力机理的不同,预应力混凝土结构分为有黏结预应力混凝土结构和无黏结预应力混凝土结构。有黏结预应力混凝土结构,张拉预应力筋后,通过在管道内灌浆,使得预应力筋与混凝土之间形成较强的黏结力,预应力筋和混凝土各材料的力学性能得到充分发挥,抗震性能优良;但缺点是施工工序较多,工艺复杂,应用时需要大吨位的张拉设备,施工质量较难控制。无黏结预应力混凝土结构,其施工工艺比较简单、方便,不需要大型的张拉设备;但与有黏结预应力混凝土结构相比,对锚具可靠性依赖强、安全性较低、抗震性能较差,这大大限制了无黏结预应力混凝土结构在强震区的应用[2]


在20世纪80年代中后期,从施工方便和传力机制合理的角度出发,在无黏结预应力混凝土结构的基础上,研究出了一种新型预应力混凝土技术,即缓黏结预应力混凝土技术[3,4]。该技术的预应力钢筋基本构造如图1.1所示。在预应力钢绞线外侧、高密度聚乙烯护套内部涂装一定厚度的缓黏结材料,外包裹的护套材料表面压有波纹,与有黏结预应力钢筋的波纹管接近。缓黏结材料的固化过程及工作原理如图1.2所示。在张拉适用期内缓黏结材料具有一定的流动性,然后随时间完全固化,固化后缓黏结材料与预应力钢绞线、外包护套之间产生较强的黏结力。该技术结合了无黏结和有黏结预应力混凝土技术的优点[5]。在施工期间,钢绞线与被施加预应力的混凝土之间可以保持相对滑动,进而可以错开工地各种施工作业进行钢绞线的张拉。张拉完成后,经过一段时间,缓黏结材料固化,缓黏结预应力筋与混凝土之间形成较强的黏结性能,达到与有黏结预应力体系相同的传力效果。其抗震性能优良,适合应用于强震地区的永久结构[6,7]。2009年,该技术作为住房和城乡建设部推广的十项新技术之一,在我国的建筑、桥梁以及道路工程中得到了示范应用,具有良好的发展前景。

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图1.1 缓黏结预应力钢筋基本构造

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图1.2 缓黏结材料的固化过程及工作原理

在我国,缓黏结预应力混凝土结构已经在北京力鸿生态家园、北京市新青少年宫、沈阳文化艺术中心、鄂尔多斯机场候机楼、沈阳南站、山西阳高污水处理工程、承德城市展览馆等工程中得到了应用,积累了丰富的工程经验。2017年,建筑行业颁布执行了新的设计技术规程[6]。但是,在缓黏结预应力混凝土技术的基础理论方面研究相对较少,尤其是缓黏结剂在张拉适用期到完全固化的过程中,缓黏结材料的固化程度随时间的变化规律、预应力损失与张拉时机、缓黏结剂的硬化程度对结构力学性能的影响等尚未明确,这必然影响到缓黏结预应力混凝土技术在我国的发展与应用。


1.2 国外研究现状及工程应用


缓黏结预应力混凝土技术作为新型预应力体系,经过近30年来的研发和工程应用,解决了传统预应力混凝土技术无法克服的缺点,是一种初期具备无黏结预应力的工艺特征,后期具备有黏结预应力性质的新型预应力技术。该技术的重点是包裹在预应力钢绞线周围的缓黏结剂,它在张拉初期具有很好的流动性,之后,缓黏结剂会随着时间的推移逐步固化变硬,具有一定的黏结强度,使缓黏结预应力筋与混凝土之间形成良好的传力机制,抵抗外荷载作用。


在国外,关于缓黏结预应力技术的研究主要集中在日本。1985~1989年间,日本先后采用超缓黏结砂浆及环氧树脂作为缓黏结剂,进行了缓黏结剂固化性能、黏结性能、缓黏结预应力钢筋的摩擦系数及缓黏结预应力混凝土梁力学性能等基础性试验研究[3,4]


之后在日本建筑和桥梁结构等一系列的工程实践中,积累了丰富的工程经验。如1988年,日本阪神房地产署町大厦中试验性地采用了缓黏结预应力混凝土技术。1992年,神钢工业株式会社的员工宿舍楼,为了增强结构的抗震性能,首次采用了缓黏结预应力混凝土结构作为主梁。随后,在木门天河桥工程的桥面板横向上布置了缓黏结预应力筋,这是在桥梁工程中首次应用此项技术。1995年北海道札幌市内公路桥的桥面板横向布置了缓黏结预应力筋。1997年在日本道路公团修订的桥梁设计标准中增加了缓黏结预应力混凝土的相关内容。1999年在广濑河引桥的主梁受力钢筋中首次采用了缓黏结预应力筋,2000年在第二条东名高速公路高架桥首次在体外预应力中采用了缓黏结预应力技术[8]


在以上成果的基础上,2002年,日本修订了公路混凝土桥梁设计规范,其中对缓黏结预应力混凝土摩擦系数等参数的选取及施工质量控制等进行了规定[9]。之后,日本不断改进环氧树脂类缓黏结剂以及大直径预应力筋的研发,先后开发了温度敏感型缓黏结剂、湿度敏感型缓黏结剂,并开发了29.0mm直径的缓黏结预应力筋。在温度敏感型缓黏结剂方面又开发了常温型缓黏结剂、中高温型缓黏结剂、高温型缓黏结剂和超高温型缓黏结剂等适用不同气候条件的缓黏结预应力筋[10-16]。2010年,编制了缓黏结预应力结构设计施工技术指南,汇总了日本最新的研究成果及工程示范经验[17],为该项技术在日本的广泛应用奠定了基础。


1.3 国内研究现状及工程应用


我国于1995年开始研究缓黏结预应力技术。当时缓黏结材料以缓凝砂浆为主,采用手工涂抹和缠绕的方法现场制作,没有开展大批量的生产和工程应用[18,19]。之后以兰州交通大学、大连理工大学、东南大学科研团队为主进行了以缓凝砂浆为介质的缓黏结预应力体系的试验研究,完成了缓凝砂浆的材料性能、缓黏结预应力钢筋的张拉摩阻性能、缓黏结预应力混凝土受弯构件、缓黏结预应力混凝土梁裂缝和疲劳性能等一系列研究,并通过与传统的后张法预应力构件的对比,得出了混凝土预应力构件在张拉两个月后其力学性能与有黏结预应力构件力学性能相似的结论[20-30]。但当时由于超缓黏结砂浆的缓凝固化时间较难控制,并且张拉适用期较短,限制了该技术的应用和推广。


1999年始,中国京冶工程技术有限公司等科研单位以环氧树脂为缓黏结材料开展了对缓黏结预应力综合技术的系统研究,包括缓黏结剂材料的配方研制、材料的稳定性、材料的力学性能、材料的制备工艺、缓黏结预应力钢筋的生产设备、缓黏结预应力混凝土的结构试验等。具体测试了缓黏结剂固化后的抗折、抗压强度以及固化过程中的强度变化规律,对缓黏结剂自身的防腐性能和对预应力钢筋的保护功能进行了盐雾试验。建立了缓黏结预应力钢筋的生产工艺,同时进行了缓黏结预应力混凝土构件摩擦阻力试验、缓黏结预应力混凝土梁抗弯试验,为环氧树脂缓黏结预应力混凝土技术的发展奠定了一定的理论基础[31-34]


2011年中南林业科技大学周先雁、冯新等对缓黏结部分预应力混凝土T梁裂缝宽度进行了试验研究。研究中,对3根缓黏结部分预应力混凝土T梁进行了试验研究和理论分析,得到了试验梁在荷载作用下的裂缝发展和分布规律,以及荷载与最大裂缝宽度之间的关系。在试验研究的基础上,结合裂缝宽度的影响因素、试验梁的特性及相关规范,建立了缓黏结预应力混凝土梁最大裂缝宽度的计算公式[35]


2013年曹国辉等学者通过缓黏结预应力混凝土梁的极限承载力试验,分别对其开裂荷载、破坏荷载、控制截面应力、裂缝与变形进行了测试。结果表明,缓黏结预应力混凝土梁具有较好的受力性能,缓黏结预应力混凝土梁与普通预应力混凝土梁的挠度、应变数据变化规律基本一致,缓黏结预应力混凝土梁与普通预应力混凝土梁的体内应变变化规律吻合较好[36]


2015~2018年沈阳建筑大学团队以环氧树脂为缓黏结材料对预应力筋张拉时的摩擦系数、黏结性能和缓黏结预应力混凝土梁随着缓黏结剂固化程度的不同进行了试验研究。结果表明:随着温度的升高,缓黏结剂达到完全固化的时间缩短;在同一温度下,缓黏结剂固化时间越长,黏结力越强;在缓黏结剂固化程度相同的条件下,随着张拉力的增加,缓黏结剂的黏结作用失效,钢筋应力的摩擦损失逐渐变小;预应力钢筋达到控制应力时,随着缓黏结剂硬度的增加,黏结作用增强,摩擦损失增大等其他结论[37-42]


目前,缓黏结预应力技术在我国的许多工程中得到了示范应用,为缓黏结预应力混凝土结构体系的科研工作及技术的发展起到了巨大的促进作用。具体应用实例如下。


山西省阳高污水沉淀池工程在2005年的建设过程中使用了该技术,该项工程中缓黏结预应力钢筋是通过涂抹缓凝环氧树脂制成[43]


2005年,在北京力鸿生态家园中考虑到缓黏结预应力技术具有良好的抗震等方面的性能,经过多方面的研究论证,在标准层楼板采用了该技术[44]


2007年,在北京市新青少年宫的建设中,因考虑了抗震加强带的设计理念,应用了缓黏结预应力技术[45]


之后,在华北地区通过使用缓黏结预应力混凝土技术完成了多个工程项目,包括机场候机楼、体育场、体育馆、展览中心、礼堂、图书馆等。采用该技术的目的是满足大跨度梁承载力及抗裂要求,提高了框架结构的抗震性能[46]


2015年,缓黏结预应力混凝土技术在沈阳文化艺术中心(盛京大剧院)主体结构中,首次作为结构体系(大悬挑的梁,立柱以及屋顶的大跨度梁形成空间结构体系)被大范围应用[47]


2015年,在哈大客运专线沈阳新南站的建设中,在作为旅客出进站地下通道框架结构体系中,缓黏结预应力混凝土技术也得到了大量应用。


2016年,在贵州安顺经济技术开发区土地一级开发站前广场项目中,缓黏结预应力技术应用在主体结构17.9m跨度的框架梁及空心楼盖中,预应力部分混凝土等级要求为C40。对采用大直径的缓黏结预应力空心楼盖板相关步骤进行阐释,为其他相关施工奠定了良好基础

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