一种环状锚索式预应力混凝土筒壳结构及施工方法与流程

本发明涉及结构工程领域，具体是适用于核反应堆安全壳、卵型污水消化池、压力管道和大型粮仓等大断面空间建筑物的预应力混凝土筒壳结构及施工方法。

背景技术：

大断面空间建筑物(例如：核反应堆安全壳、卵型污水消化池、压力管道和大型粮仓)使用功能具有特殊性且体型往往较大，其结构设计是工程界重难点之一。筒壳体结构能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合起来，常被采用。由于大断面结构采用钢板时焊接困难，且会因防腐问题导致耐久性不足，一般多采用钢筋混凝土材料。但与此同时，大量工程应用表明，筒壳结构内外表面在外荷载作用下极易开裂和破坏。例如，核反应堆安全壳是防止放射性物质逸散到环境中的最后一道屏障，在核反应堆内部产生压应力、温度应力以及地震和旋风等自然灾害意外撞击，会因安全壳混凝土抗拉能力差，导致结构开裂。另外，国内外也大量出现“因压力管道开裂造成内部压力液体和气体渗漏，导致人员伤亡”的案例。

根据理论力学和结构力学原理，在同样量值外力作用下，结构厚度越薄、断面越大，产生的应力和弯矩越高，这对于筒壳结构是极为不利的。因此，在不影响混凝土筒壳结构厚度和截面半径的情况下，对结构形式进行改造和完善，使其力学特性更优化以应对各种复杂外荷载，仍是目前工程中亟待解决的难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种环状锚索式预应力混凝土筒壳结构及施工方法，利用预应力锚索体系改善传统筒壳结构力学性能，大大提高其抵御外荷载作用的能力，保证内部压力和外部撞击时筒壳结构不开裂，防止有压气、液体以及放射物质逸散。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种环状锚索式预应力混凝土筒壳结构，包括预应力环状锚索束、混凝土筒壳、游动锚头、密封垫板、钢夹板、锚索夹片、橡胶止水缝以及预留槽；所述预应力环状锚索束由圆环线锚索、渐进线锚索以及平直线锚索组成，从游动锚头锚固端出发平行于混凝土筒壳结构外边缘内侧，环绕360°后并锁定于同一游动锚头张拉端；所述平直线锚索通过剥开锚索聚乙烯套管，可采用张拉设备对游动锚头和外伸锚索进行分级张拉，达到设计荷载，通过夹片将外伸锚索紧紧锁定在游动锚头的锚固孔内；所述密封垫板和钢夹板可对游动锚头进行密封，以防止锚索锈蚀；所述外伸锚索端头由防腐套管进行保护，难以密封的细部构造可以涂抹环氧树脂，锁定螺钉；为了能高效张拉外伸锚索，需要预留槽提供操作空间，预留槽可以采用并排布置或交错布置，用微膨胀混凝土进行回填，使混凝土筒壳结构成为整体；所述混凝土筒壳可以通过调节预应力环状锚索束数量和强度，给予各种级别预应力值，以满足工程设计要求。

进一步地，在上述方案中，所述游动锚头集锚固端和张拉端为一体，通过套箍效应使混凝土筒壳结构产生环向均匀预应力。

进一步地，在上述方案中，所述的预应力环状锚索束全程为可弯曲的韧性材料组成，且长度截取和弯曲角度灵活，可通过弯曲成圆环线锚索、渐进线锚索以及平直线锚索等形式，以满足各种半径和曲率的混凝土筒壳设计要求，而不影响其使用效果。

本发明还提供了一种环状锚索式预应力混凝土筒壳结构的施工方法，其特征在于，包括以下施工步骤：

步骤1：在混凝土筒壳关键位置埋设标志，用于定位预应力环状锚索束，其环向和纵向测量定位可以通过预先安装定位钢支架实现，位置核对无误后，用扎丝固定于钢支架上，锚索铺设曲线应平滑，不得存在错位或交叉，角度偏差不得超过0.15°，位置偏差不得超过±5mm；

步骤2：游动锚头锚固端和游动锚头张拉端各设偶数个锚固孔，圆环线锚索、渐进线锚索以及平直线锚索铺设完成后，将外伸锚索端部穿过游动锚头，并截除多余长度，每榀锚索束必须严格检查合格后方可进行下一榀施工；

步骤3：制作预留槽，其尺寸可以根据游动锚头大小而定，两侧适当富裕2～3cm以方便制作，内部或外部需要设置钢支架用来防止预留槽被挤压变形，顶部可布置为弧形以保证混凝土筒壳整体更加平滑；

步骤4：支模并浇筑混凝土筒壳，厚度建议为30cm～150cm，养护到标准强度拆模，同时拆掉预留槽模板，并对槽外露部位进行凿毛和清理；

步骤5：预应力环状锚索束和混凝土筒壳达到标准强度，剥开锚索聚乙烯套管，采用张拉设备对游动锚头和外伸锚索进行分级张拉，达到设计荷载后，通过钢夹片将外伸锚索紧紧锁定在游动锚头的锚固孔内，通过密封垫板和钢夹板对游动锚头进行密封，以防止锚索锈蚀，保证其耐久性；

步骤6：采用防腐套管对外露锚索进行密封，涂抹环氧树脂，锁定螺钉，并采用微膨胀混凝土回填密封，铺设橡胶止水缝，形成外表平滑完整的环状锚索式预应力混凝土筒壳结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的筒壳结构力学原理明确、设计合理、便于高效施工；本发明通过张拉混凝土筒壳结构中预埋设的无粘结环状预应力锚索，能使其产生环向预压应力，综合利用了锚索高强抗拉性能和混凝土优越的抗压性能，改善了筒壳结构受力条件，大大提高结构抵御外荷载的能力；本发明的结构尺寸和形状较为灵活，且可通过调节预应力环状锚索束数量，给予不同的预应力数值，能满足不同类型的工程设计。

附图说明

图1是本发明的环状锚索式预应力混凝土筒壳结构示意图。

图2是本发明的环状锚索安装和防腐体系结构图。

图3是本发明的筒壳结构锚固体系平面图。

图4是本发明的筒壳结构预留槽装配示意图。

图5是本发明的环状锚索定位和安装图。

图6是本发明的环状锚索装配和检查流程图。

图7是本发明的应用实施例2结构示意图。

其中，1-预应力环状锚索束；2-混凝土筒壳；3-游动锚头；4-密封垫板；5-钢夹板；6-锚索夹片；7-橡胶止水缝；8-预留槽；9-圆环线锚索；10-渐进线锚索；11-平直线锚索；12-游动锚头锚固端；13-游动锚头张拉端；14-外伸锚索；15-防腐套管；16-环氧树脂；17-螺钉；18-微膨胀混凝土；19-钢支架；20-扎丝。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚完整的描述。应该了解，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图7所示，本发明的一种环状锚索式预应力混凝土筒壳结构，包括预应力环状锚索束1，混凝土筒壳2，游动锚头3，密封垫板4，钢夹板5，锚索夹片6，橡胶止水缝7，预留槽8，圆环线锚索9，渐进线锚索10，平直线锚索11，12-游动锚头锚固端，13-游动锚头张拉端，14-外伸锚索，15-防腐套管，16-环氧树脂，17-螺钉，18-微膨胀混凝土，19-钢支架，20-扎丝。

如图3、图5、图7所示，所述预应力环状锚索束1由游动锚头3和锚索夹片6进行锁定，通过并将锚固体系浇筑到混凝土筒壳2内，张拉后使混凝土产生环向预应力；预留槽8用来方便锚固体系装备和张拉，之后由微膨胀混凝土18进行回填，以使得混凝土筒壳是完整平滑的外表面。

如图2和图4所示，所述圆环线锚索9，渐进线锚索10，平直线锚索11的长度和弯曲角度可以调节，以满足不同半径、曲率及形状的混凝土筒壳2的设计需求，且混凝土筒壳2厚度也可加厚或减薄而不影响预应力值；预应力值可根据预应力环状锚索束1数量和设计应力值进行调整。

如图1、图6和图7所示，本发明的一种环状锚索式预应力混凝土筒壳结构的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤1：在混凝土筒壳2关键位置埋设标志，用于定位预应力环状锚索束1，其环向和纵向测量定位可以通过预先安装定位钢支架19实现，位置核对无误后，用扎丝固定于钢支架19上，锚索铺设曲线应平滑，不得存在错位或交叉，角度偏差不得超过0.15°，位置偏差不得超过±5mm；预应力环状锚索束1定位及安装应先固定圆环线锚索9，对环状锚索进行定位和调整，确定合格后安装渐进性锚索10，同时确认下料长度是否合理，钢支架19和扎丝20用以辅助固定，在装配平直线锚索11时要检查环锚排列的准确性；

步骤2：游动锚头锚固端12和游动锚头张拉端13各设偶数个锚固孔，圆环线锚索9、渐进线锚索10以及平直线锚索11铺设完成后，将外伸锚索14端部穿过游动锚头3，并截除多余长度，每榀锚索束必须严格检查合格后方可进行下一榀施工；

步骤3：制作预留槽8，其尺寸可以根据游动锚头3大小而定，两侧适当富裕2～3cm以方便制作，内部或外部需要设置钢支架19和扎丝20用来防止预留槽8被挤压变形，顶部可布置为弧形以保证混凝土筒壳2整体更加平滑；

步骤4：支模并浇筑混凝土筒壳2，厚度建议为30cm～150cm，养护到标准强度拆模，同时拆掉预留槽8模板，并对槽外露部位进行凿毛和清理；

步骤5：预应力环状锚索束1和混凝土筒壳2达到标准强度，剥开锚索聚乙烯套管，采用张拉设备对游动锚头3和外伸锚索14进行分级张拉，达到设计荷载后，通过钢夹片5将外伸锚索14紧紧锁定在游动锚头3的锚固孔内，通过密封垫板4和钢夹板5对游动锚头3进行密封，以防止锚索锈蚀，保证其耐久性；

步骤6：采用防腐套管15对外露锚索进行密封，涂抹环氧树脂16，锁定螺钉17，并采用微膨胀混凝土18回填密封，铺设橡胶止水缝6，形成外表平滑完整的环状锚索式预应力混凝土筒壳结构2。

此外，本说明书应被视为一个整体，上述实施方式并非本发明唯一的独立技术方案，实施例中的技术方案可经适当组合调整，形成本领域技术人员可理解的其他实施方式。