預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構及其施工方法技術

本發明專利技術提供了一種預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構及其施工方法，其中預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構，包括圓筒狀的混凝土墻體，所述混凝土墻體的外側設有鋼管混凝土結構支撐，所述鋼管混凝土結構支撐包括沿混凝土墻體外表面間隔布置的一圈豎向支撐，以及由上而下豎向間隔設置在混凝土墻體外表面上的若干道環型鋼梁圈。所述鋼管混凝土結構支撐還包括有設置在上下相鄰的兩橫向鋼梁支撐之間的環向預應力束。本發明專利技術在桁架式鋼管混凝土結構柱高范圍內使用多到環向預應力，由預應力束產生環向內壓力，平衡倉體內儲存材料向外的推力，大幅度減小此推力在柱底產生的彎矩，從而大幅度降低整個倉儲結構基礎體系的材料用量及建造成本。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種倉儲結構及其施工方法，特別涉及一種預應力鋼結構與混凝土組合的倉儲結構及其施工方法。
技術介紹
目前，倉儲結構，特別是大直徑、大容量的淺圓倉體系的結構，均大量使用混凝土或預應力混凝土建造。通常情況下，混凝土體系的淺圓倉結構為了克服倉內散體推力和由此推力形成柱底彎矩，需要在外圍設置截面巨大的扶壁柱或者直接采用超厚的混凝土墻體。然而這兩種結構都存有如下弊病：當采用巨大的混凝土截面時，截面中只有兩彎矩作用方向的內外側的結構材料可以比較充分的發揮作用，工作應力較高，而截面中間部分的材料工作應力很低，不能充分發揮材料的作用。其次，由于混凝土最小配筋率的限制，巨大混凝土截面內需要配置大量鋼筋，而截面中間部分配置的鋼筋工作應力同樣很低，無法充分發揮鋼材高抗拉的材料優勢。另外，混凝土的淺圓倉結構在承受倉內散體推力荷載過程中，各扶壁柱基本各自為陣，特別是當倉內儲存物局部堆載的情況下，各扶壁柱相互之間聯系差，其他扶壁柱為堆載區提供的剛度小，受力整體性能差。同時倉內推力在柱底截面處形成巨大彎矩并直接傳遞到基礎，造成基礎截面也相當巨大。混凝土的淺圓倉結構中扶壁柱之間的混凝土墻體受力跨度大，并且墻體受力形式為單向板受力，而板塊跨中彎矩大，這就造成墻體需要很厚的截面，且配筋量大成本高。即使設置混凝土環梁，也會由于環梁處于拉彎受力狀態，需要巨大的墻體截面及海量配筋才能滿足受力及設計要求。再者，混凝土淺圓倉結構均使用巨大的混凝土結構截面，建造施工過程中模板工程量巨大，施工周期長，工序復雜。同時還面臨超大體積混凝土澆筑問題，及超長混凝土結構溫度應力問題。除此之外，混凝土本身是脆性材料，抗拉強度極小，混凝土或預應力混凝土倉儲體系的結構在倉內儲藏散體材料向外的推力作用下極其容易開裂，開裂后混凝土體系的耐久性能就迅速下降，因此為了保證倉儲結構的安全，結構需要使用巨大的截面，同時配置很多鋼筋，才能滿足設計及使用需求。此時倉儲結構體系中的大部分材料都處于低應力工作狀態，既不能充分發揮混凝土材料的廉價而耐壓的性能，也不能充分發揮鋼材的高抗拉性能。由此造成淺圓倉體系的建造成本居高不下。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構及施工方法，要解決現有結構的截面面積大、鋼筋和混凝土用量多、材料性能不能被充分利用、結構整體性差、以及施工難度大、施工速度慢，施工成本高的技術問題。為實現上述技術目的，本專利技術采用如下技術方案。一種預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構，包括圓筒狀的混凝土墻體，其特征在于：所述混凝土墻體的外側設有鋼管混凝土結構支撐，所述鋼管混凝土結構支撐包括沿混凝土墻體外表面間隔布置的一圈豎向支撐，以及由上而下豎向間隔設置在混凝土墻體外表面上的若干道環型鋼梁圈。所述豎向支撐包括內側豎直柱肢、外側斜柱肢和將內側豎直柱肢與外側斜柱肢固定連接起來的腹桿，其中內側豎直柱肢貼在混凝土墻體的外表面上。所述環型鋼梁圈是由處在同一水平面上的橫向鋼梁支撐通過橫向鋼梁支撐與內側豎直支柱連接節點連接而成的，所述橫向鋼梁支撐剛性連接或者鉸接連接在相鄰內側豎直支柱之間，并且橫向鋼梁支撐貼在混凝土墻體的外表面上。所述鋼管混凝土結構支撐還包括有設置在上下相鄰的兩橫向鋼梁支撐之間的環向預應力束，所述環向預應力束設置在內側豎直柱肢上。優選的，所述橫向鋼梁支撐為張弦式預應力鋼梁，包括弧形鋼梁、縱向撐桿和預應力鋼筋束，其中弧形鋼梁貼在混凝土墻體的外表面上，縱向撐桿的固定端焊接連接在弧形鋼梁的中部；所述預應力鋼筋束對稱連接在縱向撐桿與弧形鋼梁之間，并且預應力鋼筋束的一端與縱向撐桿的自由端連接、另一端與弧形鋼梁連接。優選的，所述腹桿包括水平腹桿和斜腹桿；所述水平腹桿和斜腹桿的節點均設在與環型鋼梁圈的高度平齊的位置處。優選的，所述內側豎直柱肢和外側斜柱肢為空鋼管或鋼管混凝土桿件。優選的，所述內側豎直柱肢為方形柱肢或圓形柱肢，外側斜柱肢為方形柱肢或圓形柱肢。優選的，所述腹桿為型鋼或者空鋼管或鋼管混凝土桿件。優選的，所述環向預應力束在豎向支撐位置使用索夾或滑槽裝置與內側豎直柱肢連接。一種預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構的施工方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一：根據在倉內散體壓力作用下，任意相鄰兩環型鋼梁圈之間的環形混凝土墻段豎向跨中彎矩相等的原則或者根據儲藏工藝要求把混凝土墻體沿高度方向劃分為若干環形混凝土墻段。步驟二：根據分段后環形混凝土墻段的豎向跨度及受力情況，確定混凝土墻體的厚度。根據整體受力計算結果，確定豎向支撐截面尺寸、內側豎直柱肢截面尺寸、外側斜柱肢截面尺寸、腹桿截面尺寸及各環形預應力束截面尺寸，制作豎向支撐。根據工藝條件及結構整體經濟性綜合確定豎向支撐的數目。步驟三:施工豎向支撐。步驟四:在混凝土墻體分割位置處及混凝土墻體頂部均設置橫向鋼梁支撐；每根橫向鋼梁支撐的兩端剛性連接或鉸接連接在相鄰兩內側豎直柱肢上，同一水平面上的橫向鋼梁支撐圍成一個環型鋼梁圈。步驟五:在相鄰兩個橫向鋼梁支撐、之間設置環向鋼筋束，并且環向鋼筋束在豎向支撐的位置處用索夾或滑槽裝置與內側豎直柱肢連接，所述預應力束在索夾位置是完全夾住不能滑動，或者能滑動。步驟六:在設計的位置處施工混凝土墻體。步驟七:混凝土墻體。施工完成后，對設置在內側豎直柱肢。上的環向鋼筋束進行預應力張拉，制成環向預應力束。優選的，所述混凝土墻體為先預制后安裝的混凝土墻體，并且墻體預制分片采用豎向分片，即每一個位于兩道環型鋼梁圈之間的混凝土墻段以及位于環型鋼梁圈和基礎環梁之間的環形混凝土墻段均沿環形混凝土墻段圓周平均劃分成多段墻體單元，墻體單元的四邊分別支承于相鄰兩個豎向支撐及相鄰兩個橫向鋼梁支撐上，最下段墻體單元的下邊緣支承于基礎環梁上。優選的，所述橫向鋼梁支撐為張弦式預應力鋼梁，在混凝土墻體制作完成后，先對設置在張弦式預應力鋼梁上鋼筋束進行張拉形成預應力鋼筋束，然后對內側豎直柱肢上的環向鋼筋束進行預應力張拉。與現有技術相比本專利技術具有以下特點和有益效果。1、本專利技術將巨大截面的扶壁柱改為桁架式的鋼管混凝土結構柱，即能充分發揮了鋼材的高抗拉性能，又能充分利用混凝土材料的廉價而耐壓的性能，在滿足剛度及抗彎能力的條件下，不僅減小的結構的截面面積及所占用的空間，還減少了混凝土的用量。2、本專利技術在桁架式鋼管混凝土結構柱高范圍內使用多到環向預應力，由預應力束產生環向內壓力，平衡倉體內儲存材料向外的推力，大幅度減小此推力在柱底產生的彎矩，從而大幅度降低整個倉儲結構基礎體系的材料用量及建造成本。3、本專利技術采用多道與環向預應力束間隔布置的環型鋼梁支撐，將結構中原本通高的扶壁柱間墻體從上到下分為多段，使扶壁柱間墻體的受力模式發生改變，由原本兩邊支承于扶壁柱且主要橫向受力的單向板變為四邊支承且雙向受力的雙向板。除此之外，這種結構還大幅度減小扶壁柱間墻體的工作跨度，改善受力性能，從而大幅度減小墻體厚度，節約材料用量。4、本專利技術中的預應力本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構，包括圓筒狀的混凝土墻體（3），其特征在于：所述混凝土墻體（3）的外側設有鋼管混凝土結構支撐，所述鋼管混凝土結構支撐包括沿混凝土墻體（3）外表面間隔布置的一圈豎向支撐（1），以及由上而下豎向間隔設置在混凝土墻體（3）外表面上的若干道環型鋼梁圈；所述豎向支撐（1）包括內側豎直柱肢（6）、外側斜柱肢（9）和將內側豎直柱肢與外側斜柱肢固定連接起來的腹桿，其中內側豎直柱肢（6）貼在混凝土墻體（3）的外表面上；所述環型鋼梁圈是由處在同一水平面上的橫向鋼梁支撐（2）通過橫向鋼梁支撐（2）與內側豎直支柱（6）連接節點連接而成的，所述橫向鋼梁支撐（2）剛性連接或鉸接連接在相鄰兩內側豎直支柱（6）之間，并且橫向鋼梁支撐（2）貼在混凝土墻體（3）的外表面上；所述鋼管混凝土結構支撐還包括有設置在上下相鄰的兩橫向鋼梁支撐（2）之間的環向預應力束（4），所述環向預應力束（4）設置在內側豎直柱肢（6）上。

【技術特征摘要】
1.一種預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構，包括圓筒狀的混凝土墻體（3），其特征在于：所述混凝土墻體（3）的外側設有鋼管混凝土結構支撐，所述鋼管混凝土結構支撐包括沿混凝土墻體（3）外表面間隔布置的一圈豎向支撐（1），以及由上而下豎向間隔設置在混凝土墻體（3）外表面上的若干道環型鋼梁圈；
所述豎向支撐（1）包括內側豎直柱肢（6）、外側斜柱肢（9）和將內側豎直柱肢與外側斜柱肢固定連接起來的腹桿，其中內側豎直柱肢（6）貼在混凝土墻體（3）的外表面上；
所述環型鋼梁圈是由處在同一水平面上的橫向鋼梁支撐（2）通過橫向鋼梁支撐（2）與內側豎直支柱（6）連接節點連接而成的，所述橫向鋼梁支撐（2）剛性連接或鉸接連接在相鄰兩內側豎直支柱（6）之間，并且橫向鋼梁支撐（2）貼在混凝土墻體（3）的外表面上；
所述鋼管混凝土結構支撐還包括有設置在上下相鄰的兩橫向鋼梁支撐（2）之間的環向預應力束（4），所述環向預應力束（4）設置在內側豎直柱肢（6）上。
2.根據權利要求1所述的預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構，其特征在于：所述橫向鋼梁支撐（2）為張弦式預應力鋼梁，包括有弧形鋼梁（10）、縱向撐桿（7）和預應力鋼筋束（5），所述弧形鋼梁（10）貼在混凝土墻體（3）的外表面上，所述縱向撐桿（7）的固定端焊接連接在弧形鋼梁（10）的中部，所述預應力鋼筋束（5）對稱連接在縱向撐桿（7）與弧形鋼梁（10）之間，其中預應力鋼筋束（5）的一端與縱向撐桿（7）的自由端連接、另一端與弧形鋼梁（10）連接。
3.根據權利要求1所述的預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構，其特征在于：所述腹桿包括水平腹桿（8.1）和斜腹桿（8.2）；所述水平腹桿（8.1）和斜腹桿（8.2）的節點均設在與環型鋼梁圈的高度平齊的位置處。
4.根據權利要求1所述的預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構，其特征在于：所述內側豎直柱肢（6）和外側斜柱肢（9）為空鋼管或鋼管混凝土桿件。
5.根據權利要求1所述的預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構，其特征在于：所述內側豎直柱肢（6）為方形柱肢或圓形柱肢，外側斜柱肢（9）為方形柱肢或圓形柱肢。
6.根據權利要求1所述的預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構，其特征在于：所述腹桿為型鋼或者空鋼管或鋼管混凝土桿件。
7.根據權利要求1所述的預應力鋼結構與混凝土組合的淺圓倉結構，其特征在于：所述環向預應力束（4）...

【專利技術屬性】
技術研發人員：葛家琪，高向前，張曼生，張國軍，王樹，王明珠，
申請(專利權)人：中國航空規劃設計研究總院有限公司，大唐環境產業集團股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11