專利名稱：大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的混凝土管道或箱涵及其該管道或箱涵的制作方法。
現(xiàn)有的管道或箱涵(方形或內(nèi)圈呈方形或內(nèi)圈底部為平面頂部為圓弧的管道)按照其使用的材料和制作工藝分為鋼管、混凝土管和預(yù)應(yīng)力管三種，而預(yù)應(yīng)力管又分為自應(yīng)力管和外加應(yīng)力管?，F(xiàn)有的管道作為大截面輸水管使用或制作大型箱涵(例如地鐵隧道)存在以下問題1、鋼管由于使用鋼管與使用混凝土管相比，價(jià)格十分昂貴，因此，一般僅用于風(fēng)洞、離子對(duì)撞機(jī)、石油或燃?xì)廨斔凸艿?，基本上不在輸水管和涵洞制作中使用?、現(xiàn)澆注混凝土管由于混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆注周期很長(zhǎng)，像地鐵隧道這樣的大型涵洞往往是采用場(chǎng)外分瓣制作，現(xiàn)場(chǎng)拼裝、封縫，再在現(xiàn)場(chǎng)澆注內(nèi)襯。因此，其不但比整管安裝方法的現(xiàn)場(chǎng)工作量大，費(fèi)工費(fèi)料，而且接縫處的嚴(yán)密性不能得到很好的保障。3、預(yù)應(yīng)力管中的自應(yīng)力管其是依靠在鋼絲網(wǎng)和鋼筋中自應(yīng)力水泥的向外膨脹而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，由于自應(yīng)力水泥的膨脹量很小，因此需用大量的鋼材，制作工藝也十分煩瑣，且必須逐根進(jìn)行足尺管道試驗(yàn)，從而，很難在重大工程中應(yīng)用。4、外加預(yù)應(yīng)力管目前主要是按美國(guó)和我國(guó)的現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)、內(nèi)徑在三米以下的鋼管纏絲預(yù)應(yīng)力混凝土管(如圖5所示)，它是在用大型焊管機(jī)焊接的薄壁鋼管21內(nèi)外澆注混凝土22，再在混凝土外用大型繞絲機(jī)纏繞帶有一定拉力的普通預(yù)應(yīng)力鋼絲23，使鋼管和混凝土全部受到預(yù)加壓應(yīng)力的作用后，再澆注一外層混凝土保護(hù)層24。其主要存在的問題是①制作時(shí)設(shè)備龐大昂貴、一次性投資相當(dāng)大。②一般強(qiáng)度的預(yù)應(yīng)力筋等徑布置，低應(yīng)力纏絲，且使預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)的鋼管連同混凝土一起均勻受壓，成倍地消耗了貴重的預(yù)應(yīng)力筋。③由于內(nèi)層鋼筋混凝土受壓產(chǎn)生收縮余變時(shí)，后澆注的外壁混凝土不能與其一起收縮，從而造成外壁混凝土與內(nèi)層混凝土之間出現(xiàn)環(huán)形裂縫；在載荷作用下，兩側(cè)受拉區(qū)將出現(xiàn)軸向裂縫，這些裂縫滲水后，會(huì)腐蝕預(yù)應(yīng)力筋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爆管。④管子的承口無法施加預(yù)應(yīng)力，從而形成抗腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)。
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種制造設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)便易行，成本較低，長(zhǎng)期使用安全可靠的大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管及其制作方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下設(shè)計(jì)一種大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管，它包括由鋼筋骨架和混凝土組成的涵管本體，其特征在于在所述鋼筋骨架上縱向分段設(shè)置有無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，所述預(yù)應(yīng)力筋在所述涵管本體徑向截面呈近似橢圓形，所述橢圓形的長(zhǎng)軸位于所述涵管本體的中心水平軸線上，所述橢圓形的短軸位于所述涵管本體的中心垂直軸線上，每一所述預(yù)應(yīng)力筋的端頭，輪流封固在所述涵管本體的兩對(duì)稱近壁點(diǎn)。
所述涵管本體的兩對(duì)稱近壁點(diǎn)靠近所述涵管外壁的左右兩側(cè)。
所述涵管本體的兩對(duì)稱近壁點(diǎn)靠近所述涵管內(nèi)壁的上下兩側(cè)。
所述涵管本體承口處的所述預(yù)應(yīng)力筋的端頭，封固在遠(yuǎn)離所述承口的所述涵管本體上。
所述預(yù)應(yīng)力筋沿所述涵管本體的縱向分段平面設(shè)置。
所述預(yù)應(yīng)力筋沿所述涵管本體的縱向分段呈左、右螺旋狀往復(fù)設(shè)置。
一種大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管的制作方法，其特征在于它包括以下步驟①計(jì)算涵管在各種工況的應(yīng)力數(shù)值，以確定在短期載荷下保持涵管完好、在長(zhǎng)期載荷下保證混凝土只處于壓應(yīng)力作用下、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)置位置、數(shù)量和張拉力；②在通常設(shè)置的鋼筋骨架上，按確定的所述預(yù)應(yīng)力筋的位置纏繞并綁扎所述預(yù)應(yīng)力筋；③支設(shè)模板并澆注混凝土；④待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，環(huán)向張拉所述預(yù)應(yīng)力筋兩端至設(shè)計(jì)應(yīng)力，并用錨具錨固；⑤用混凝土封端。
環(huán)向張拉所述預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，所述混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的80-100％。
所述預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力不大于標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的82％。
所述預(yù)應(yīng)力筋的張拉采用千斤頂。
本發(fā)明由于采取以上設(shè)計(jì)，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明通過對(duì)涵管在各種工況的應(yīng)力數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，在涵管本體內(nèi)設(shè)置近似橢圓形的預(yù)應(yīng)力筋，使涵管在長(zhǎng)期載荷作用下，整個(gè)涵管全部承受壓應(yīng)力，而在涵管承受短期較大載荷作用時(shí)，既使出現(xiàn)微小裂縫，也可以在載荷消除后重新閉合。因此有效地解決了混凝土涵管的裂縫問題。2、本發(fā)明由于采用一次澆注混凝土成功的制作方式，不會(huì)出現(xiàn)環(huán)形裂縫和軸向裂縫，有效地保證了涵管內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋不受腐蝕，從而延長(zhǎng)了整個(gè)管道和箱涵的使用壽命。3、本發(fā)明首次將房屋結(jié)構(gòu)中的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)用在涵管的結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋的護(hù)套既減少了鋼筋在張拉過程中的摩阻損失，又使涵管在澆注混凝土的過程中不必預(yù)留較大的穿筋孔，且增強(qiáng)了預(yù)應(yīng)力筋的抗腐蝕能力，同時(shí)護(hù)套裹在預(yù)應(yīng)力筋上，也便于安裝固定。4、本發(fā)明由于可以在涵管本體承口處設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋，并將預(yù)應(yīng)力筋的兩端張拉固定在遠(yuǎn)離所述承口的涵管本體上，因此有效地解決了承口強(qiáng)度低于本體的問題。5、由于本發(fā)明近似橢圓形的預(yù)應(yīng)力筋主要針對(duì)整個(gè)涵管本體的拉應(yīng)力區(qū)設(shè)置預(yù)加壓應(yīng)力，因此，比全截面承受壓應(yīng)力的設(shè)計(jì)節(jié)約預(yù)應(yīng)力筋一半以上。同時(shí)由于使用千斤頂張拉，無需大型焊接、纏絲設(shè)備，且制作方法簡(jiǎn)單，能充分發(fā)揮超強(qiáng)應(yīng)力筋的強(qiáng)度，因此有效地降低了成本。6、由于本發(fā)明可以通過精確計(jì)算確定拉應(yīng)力并合理地設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋，不必進(jìn)行足尺管道試驗(yàn)，因此，為設(shè)計(jì)和施工提供了方便。本發(fā)明主要是用于在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制1.6米以上直徑的大型涵管，目前已制造出內(nèi)徑4.8米1.6米的涵管，其可以廣泛應(yīng)用于大型輸水管路，地鐵涵洞等重要工程中。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明徑向截面示意3是預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置簡(jiǎn)4是本發(fā)明另一實(shí)施例預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置簡(jiǎn)5是現(xiàn)有技術(shù)中鋼管纏絲混凝土管示意6是纏絲預(yù)應(yīng)力混凝土管各部位應(yīng)力狀況示意7是本發(fā)明各部位應(yīng)力狀況示意圖如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明的涵管本體1包括按通常管道和箱涵的設(shè)置方式設(shè)置的鋼筋骨架2和澆注的混凝土3。其特征是在鋼筋骨架2上分段設(shè)置一圈、一圈的預(yù)應(yīng)力筋4，該預(yù)應(yīng)力筋4從涵管本體1的徑向截面看呈近似橢圓形，橢圓形的長(zhǎng)軸在水平方向，短軸在垂直方向。分段設(shè)置的預(yù)應(yīng)力筋4的兩端經(jīng)張拉后的端頭5，輪流封固在涵管本體1靠近外壁的左側(cè)或右側(cè)。涵管本體1的一端設(shè)置有承口6，另一端設(shè)置有插口7，在插口7上環(huán)設(shè)有一圈凹槽8，在凹槽8內(nèi)設(shè)置有柔性密封圈9，以插入與其連接的另一涵管本體1的承口6內(nèi)。
上述實(shí)施例中預(yù)應(yīng)力筋4的纏繞方式也可以是連續(xù)纏繞的螺旋線形，一般是以左旋或右旋纏繞一段，再以右旋或左旋纏繞回來，其在涵管本體1的徑向截面也呈近似圓弧形。另外還可以有的區(qū)段設(shè)置平面圓環(huán)形預(yù)應(yīng)力筋4，有的區(qū)段設(shè)置螺旋線形預(yù)應(yīng)力筋4。時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋4的設(shè)置也大致呈近似橢圓形。
如圖4所示，涵管本體1也可以將其底部外壁設(shè)置成方形，而在涵管本體1的兩端不設(shè)置承、插口6、7，這樣可以利用水平方向的移動(dòng)頂推安裝。
本發(fā)明的制作方法如下1、首先通過對(duì)涵管在各種長(zhǎng)、短期荷載所形成的應(yīng)力進(jìn)行組合分析，并考慮無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋4的實(shí)際摩擦阻力等損失，進(jìn)行計(jì)算后確定預(yù)應(yīng)力筋4的設(shè)置位置、數(shù)量和張拉力值。一般在圓形或近似方形的涵管本體1上部和下部，受拉區(qū)接近內(nèi)壁，而涵管本體1左右兩側(cè)，受拉區(qū)則接近外壁。為了使整個(gè)涵管本體1在自重和外載荷作用下，均處于壓應(yīng)力狀態(tài)，按計(jì)算確定的預(yù)應(yīng)力筋4的設(shè)置位置均應(yīng)布置在載荷造成的拉應(yīng)力區(qū)內(nèi)，因此，一般為一近似橢圓形。
2、在鋼筋混凝土涵管本體1內(nèi)用通常的方法設(shè)置由拉筋10、外層縱筋11、外層環(huán)筋12、內(nèi)層環(huán)筋13、內(nèi)層縱筋14等組成的鋼筋骨架2，然后，按確定的位置，分段地將超高強(qiáng)度的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋4綁扎在鋼筋骨架2上。預(yù)應(yīng)力筋4可以是分段設(shè)置的一個(gè)個(gè)近似橢圓形的環(huán)，也可以是分段連續(xù)纏繞的螺旋線，采用后一種方式時(shí)，通常是向左或向右旋纏繞一段后，再以相反的旋向纏繞回來。如果在涵管本體1上設(shè)置承、插口6、7，則在承口6上也設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋4。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋4是在預(yù)應(yīng)力筋的外面包復(fù)一圈聚丙烯或聚乙烯護(hù)套，在護(hù)套內(nèi)涂有建筑用防腐油脂，以減少護(hù)套和鋼絲之間的摩擦，保護(hù)鋼絲在張拉過程中不受磨損，在使用中不受腐蝕。將分段設(shè)置的預(yù)應(yīng)力筋4兩端形成的端頭5固定在涵管本體1的左側(cè)或右側(cè)，使端頭5在涵管本體1上形成一左一右相互對(duì)稱。對(duì)于涵管本體1承口6處的預(yù)應(yīng)力筋4，由于承口6處管壁較薄，因此將預(yù)應(yīng)力筋4的兩端采用螺旋狀左右旋轉(zhuǎn)的方式，將其固定在承口內(nèi)側(cè)的涵管本體1上。
3、在安裝好的涵管本體1的模板中，按常規(guī)方法澆注抗?jié)B混凝土3成型，抗?jié)B混凝土3具有較好的抗?jié)B漏性能。
4、待混凝土3凝固達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的80％以上(如果場(chǎng)地條件許可，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的100％)后，再將預(yù)應(yīng)力筋4的兩端分別套入一個(gè)作為錨具的中間張拉連接器，然后，用一手持式前卡千斤頂環(huán)向張拉預(yù)應(yīng)力筋4的一端，預(yù)應(yīng)力筋4的拉應(yīng)力不超過標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的82％。
為了防止生銹，一般用塑料封裝套套在錨具端部。
5、最后用防銹膨脹混凝土封端。
上述實(shí)施例中，混凝土涵管本體1是在垂直方向制作的，制成后再水平放置，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)插接(如圖1所示結(jié)構(gòu))或頂推連接(如圖4所示結(jié)構(gòu))后固定的。
上述實(shí)施例中，端頭5是在混凝土3管壁上留一個(gè)穴槽，當(dāng)端頭5固定后，再用混凝土封起來。在輸水管道中使用時(shí)，一般是將端頭5封端輪流設(shè)置在離外壁較近的左右兩側(cè)，可以使穴槽比較淺，這樣可以使封端離水遠(yuǎn)一些，以防封端不嚴(yán)，腐蝕鋼筋。如果是地鐵隧道等箱涵，則可以將端頭5的封端輪流設(shè)置在涵管本體1的上部和下部且靠近內(nèi)壁處。因?yàn)榈罔F隧道內(nèi)壁接觸空氣，而外壁需要防滲水，故把端頭5設(shè)置在內(nèi)壁，在涵管本體1的上部或下部，仍也考慮了穴槽淺些、操作方便些。借用一句天文學(xué)和宇航學(xué)“近地點(diǎn)”的描述，本發(fā)明的端頭位置是設(shè)置在“近壁點(diǎn)”。
如圖6、圖7所示，可以從對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中纏絲預(yù)應(yīng)力混凝土管的應(yīng)力狀況與本發(fā)明的應(yīng)力狀況進(jìn)行比較后，看到本發(fā)明的優(yōu)越之處。
權(quán)利要求
1.一種大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管，它包括由鋼筋骨架和混凝土組成的涵管本體，其特征在于在所述鋼筋骨架上縱向分段設(shè)置有無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，所述預(yù)應(yīng)力筋在所述涵管本體徑向截面呈近似橢圓形，所述橢圓形的長(zhǎng)軸位于所述涵管本體的中心水平軸線上，所述橢圓形的短軸位于所述涵管本體的中心垂直軸線上，每一所述預(yù)應(yīng)力筋的端頭，輪流封固在所述涵管本體的兩對(duì)稱近壁點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管，其特征在于所述涵管本體的兩對(duì)稱近壁點(diǎn)靠近所述涵管外壁的左右兩側(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述的大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管，其特征在于所述涵管本體的兩對(duì)稱近壁點(diǎn)靠近所述涵管內(nèi)壁的上下兩側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管，其特征在于所述涵管本體承口處的所述預(yù)應(yīng)力筋的端頭，封固在所述承口內(nèi)側(cè)的所述涵管本體上。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管，其特征在于所述預(yù)應(yīng)力筋沿所述涵管本體的縱向分段平面設(shè)置。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管，其特征在于所述預(yù)應(yīng)力筋沿所述涵管本體的縱向分段呈左、右螺旋狀往復(fù)設(shè)置。
7.一種大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管的制作方法，其特征在于它包括以下步驟①計(jì)算涵管在各種工況的應(yīng)力數(shù)值，以確定在短期載荷下保持涵管完好、在長(zhǎng)期載荷下保證混凝土只處于壓應(yīng)力作用下，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)置位置、數(shù)量和張拉力；②在通常設(shè)置的鋼筋骨架上，按確定的所述預(yù)應(yīng)力筋的位置纏繞并綁扎所述預(yù)應(yīng)力筋；③支設(shè)模板并澆注混凝土；④待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，環(huán)向張拉所述預(yù)應(yīng)力筋兩端至設(shè)計(jì)應(yīng)力，并用錨具錨固；⑤用混凝土封端。
8.如權(quán)利要求7所述的大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管的制作方法，其特征在于環(huán)向張拉所述預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，所述混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的80-100％。
9.如權(quán)利要求7或8所述的大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管的制作方法，其特征在于所述預(yù)應(yīng)力筋的張拉應(yīng)力不大于標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的82％。
10.如權(quán)利要求7或8所述的大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管的制作方法，其特征在于所述預(yù)應(yīng)力筋的張拉采用千斤頂。
11.如權(quán)利要求9所述的大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管的制作方法，其特征在于所述預(yù)應(yīng)力筋的張拉采用千斤頂。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大截面預(yù)應(yīng)力混凝土涵管及其制作方法,本發(fā)明產(chǎn)品包括由鋼筋骨架和混凝土組成的涵管本體,其特征在于:在所述鋼筋骨架上縱向分段設(shè)置有無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋,所述預(yù)應(yīng)力筋在所述涵管本體徑向截面呈近似橢圓形,所述橢圓形的長(zhǎng)軸位于所述涵管本體的中心水平軸線上,所述橢圓形的短軸位于所述涵管本體的中心垂直軸線上,每一所述預(yù)應(yīng)力筋的端頭,輪流封固在所述涵管本體的兩對(duì)稱近壁點(diǎn)。本發(fā)明制作方法簡(jiǎn)單,無需大型設(shè)備,可以有效地延長(zhǎng)涵管的使用壽命,降低成本,它可以廣泛應(yīng)用于大型輸水管路,地鐵涵洞等重要工程中。
文檔編號(hào)B28B23/08GK1271643SQ0010273
公開日2000年11月1日 申請(qǐng)日期2000年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月22日
發(fā)明者馮大斌, 王志樂, 陳中 申請(qǐng)人:馮大斌, 王志樂, 陳中