竖向支撑体与底座连接部的预应力加固结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于竖向支撑体与底座连接部的预应力加固结构及其施工方法，属于钢筋混凝土结构技术领域。

背景技术

液化天然气(LNG)是通过低温液化工艺将常规天然气在常压下冷却至-160℃以下并分离出了大量硫、磷等污染元素后，获得的以甲烷为主要组成部分的清洁能源，低温作用使其存储状态发生巨大变化，体积压缩到1/600左右，成为密度约为480kg/m

目前针对LNG储罐外罐墙体与承台连接部位的加固方式主要是采用在承台周围设置环型预应力埋件，在墙体内设置竖向预应力埋件来增加其强度。然而，这种方式浪费材料，成本较高，并没有改变传力方式，仍是通过墙体将上部结构的荷载传递至墙体与承台连接处的节点，再由节点处传递至承台平面，最后传递给下部结构，此方式会造成连接部位的应力集中现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种竖向支撑体与底座连接部的预应力加固结构及其施工方法，解决相关技术中竖向支撑体与底座连接部在多种荷载作用下受力大、易产生应力集中的技术问题。

本发明所提供的竖向支撑体与底座连接部的预应力加固结构，包括：

人字形预应力筋，均匀布置在竖向支撑体底部；包括两股预应力筋，每股预应力筋包括上部的直线段和下部的弧线段，两股预应力筋的弧线段对称设置，从而构成“人”字形的结构形式；所述直线段设置在所述竖向支撑体内部，且两股所述预应力筋的直线段连接在一起；两股所述预应力筋的弧线段分别由所述竖向支撑体的两个相对面伸出并延伸至所述底座的内部；

边角混凝土结构，为通过对所述人字形预应力筋在所述竖向支撑体和所述底座之间的露出部分现浇混凝土形成的倒角。

进一步地，所述人字形预应力筋的每股预应力筋的弧线段长度占其总长度范围的1/10～1/3。

进一步地，所述人字形预应力筋的所述直线段顶部与所述竖向支撑体内部钢筋绑扎固定，所述弧线段底部与所述底座内部钢筋绑扎固定。

进一步地，当所述竖向支撑体为墙体，多组人字形预应力筋在所述墙体内等间距布置。

进一步地，当所述竖向支撑体为柱体，多组人字形预应力筋以所述弧形段在所述柱体内等夹角布置。

进一步地，所述边角混凝土结构的倒角为30～45°。

进一步地，所述边角混凝土结构在所述竖向支撑体的底部连续布置。

本发明提供了上述预应力加固结构的施工方法，包括如下步骤：

所述竖向支撑体与所述底座的主体钢筋绑扎完成后，在所述竖向支撑体的主体钢筋内部均匀布置所述人字形预应力筋的预留通道；

在所述竖向支撑体与所述底座中分别设置预留绑扎钢筋；

对所述竖向支撑体与所述底座分别进行混凝土浇筑；

将所述人字形预应力筋穿过所述竖向支撑体内部的所述预留通道，所述人字形预应力筋的两股预应力筋的直线段顶部绑扎在一起，两股预应力筋的弧线段分别由所述竖向支撑体的两个相对面伸出并延伸至所述底座；

将所述人字形预应力筋的直线段顶部与所述竖向支撑体的预留绑扎钢筋进行绑扎，弧线段底部与所述底座的预留绑扎钢筋进行绑扎；

对所述人字形预应力筋采用后张法施加预应力，使其达到预设的预应力值；

在所述竖向支撑体与所述底座的连接部布置弧形模板，对所述人字形预应力筋在所述竖向支撑体和所述底座之间的露出部分进行混凝土浇筑，形成倒角式的边角混凝土结构；

所述竖向支撑体与所述底座的混凝土初凝后，对所述预留通道、所述竖向支撑体的预留绑扎钢筋、所述底座的预留绑扎钢筋位置处的空隙进行二次浇筑；

混凝土养护完成后拆模。

本发明具有如下有益效果：

本发明竖向支撑体与底座连接部的预应力加固结构，通过人字形预应力筋双向施加预应力，改善竖向支撑体与底座连接部的传力方式，将部分上部荷载直接由竖向支撑体通过人字形预应力筋传递至底座，有效分散连接部位的荷载，缓解节点处的应力集中，增加竖向支撑体的抗拉、抗弯强度，加强了竖向支撑体底部的抗倾力矩，防止局部破坏。

并且，在人字形预应力筋露出竖向支撑体与底座之间的部分通过现浇混凝土形成倒角式的边角混凝土结构，既增加连接部的受力面积，分散上部荷载；又作为人字形预应力筋的保护层，防止钢筋锈蚀，延长使用时间，可增强整个竖向支撑体底部的稳定性。

本发明提供的预应力加固结构的施工方法，施工难度较低，提高施工效率，节约施工周期，使得预应力加固结构简单易行，适于推广，通过加固竖向支撑体与底座连接部，提高整体结构的性能和安全性。

附图说明

图1是本发明实施例1的预应力加固结构的结构示意图；

图2是图1的A-A剖面图。

图中各标记如下：

1、墙体；2、承台；3、人字形预应力筋；4、边角混凝土结构；5、波纹管。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

如图1和图2所示，为本发明提供的竖向支撑体与底座连接部的预应力加固结构的结构示意图，应用于LNG储罐外罐的墙体1与承台2连接部，能够使墙体1与承台2的连接部更好地分散由上向下传递的荷载，改善传力模式，缓解应力集中现象，不致造成局部结构破坏，进而使得结构受力更加均匀，保证LNG储罐外罐安全耐震。

本实施例的一种竖向支撑体与底座连接部的预应力加固结构，主要包括人字形预应力筋3和边角混凝土结构4。

人字形预应力筋3包括相同的两股预应力筋，每股预应力筋包括上部的直线段和下部的弧线段，两股预应力筋的弧线段对称地向两个相反方向延伸，从而构成“人”字形的结构形式。每股预应力筋的弧线段长度通常占整体长度范围的1/10～1/3，具体根据墙体1的高度以及连接部受力情况确定，保证预应力筋的直线段与墙体1内部钢筋的有效搭接、弧线段与承台2内部钢筋的绑扎质量，从而确保预应力筋传力效果与连接部的受力情况相匹配，更大程度地发挥人字形预应力筋的传力优势。

人字形预应力筋3均匀布置于竖向支撑体的底部，在本实施例中，竖向支撑体具体为LNG储罐外罐的墙体1，该墙体1为圆筒形结构。因此，多组预应力加固结构的人字形预应力筋3在墙体1内部等间距的呈环形均匀布置。

每组人字形预应力筋3的直线段设置在墙体1内部，其两股预应力筋的直线段顶部绑扎在一起，其两股预应力筋的弧线段分别由墙体1的内侧和外侧伸出并延伸至承台2内。

人字形预应力筋3的直线段顶部与墙体1内部钢筋绑扎，弧线段底部与承台2内部钢筋绑扎。绑扎钢筋的布置及搭接情况将影响人字形预应力筋3的传力效果，绑扎质量以不影响墙体1和承台2内部钢筋的工作效果，同时达到人字形预应力筋3传力效果的最大化为准。

人字形预应力筋3的弧线段在墙体1与承台2之间露出部分通过现浇混凝土形成倒角式的边角混凝土结构4，边角混凝土结构4绕墙体1底部的内侧和外侧整圈布置。边角混凝土结构4的倒角一般在30～45°范围内，可以使人字形预应力筋3及边角混凝土结构4共同传力效果更佳，避免出现应力集中现象。

通过上述预应力加固结构，由墙体1的两个相对面双向施加预应力，可以有效改善墙体1与承台2连接处的传力模式，将部分上部荷载直接传至承台2，分散连接部荷载，有效缓解连接部节点处的应力集中。同时，环形均匀布置的预应力加固结构人字形预应力筋3也提高了墙体1的整体稳定性，增加墙体1的抗拉、抗弯强度，还加强了墙体1底部的抗倾力矩，防止出现局部拉应力破坏。在人字形预应力筋3的基础上，边角混凝土结构4一方面可以增加墙体1与承台2连接部边角处受力面积，分散由上至下传递的荷载，实现更好的传力效果；另一方面可以保护人字形预应力筋3的露出部分不被锈蚀。

对于大型液化天然气储罐，一般是高度大于40米，直径一般大于20米的混凝土结构。针对此类结构而言，储罐筒壁要求具有较高的强度，配置本发明的预应力加固结构，可以有效增强结构的承载能力，更好地缓解了墙体1内部受液体天然气向外的推力且外部受风载等环境荷载的不利情况，进而有利于液化天然气的存储安全，最终延长建筑的运营寿命，保障建筑结构在寿命期内具有足够稳定的承载力。

需要说明的是，本实施例的应用场景为LNG储罐的外罐，用于加固墙体1与承台2连接部。墙体1属于竖向支撑体，承台2属于底座；显然，凡是竖向支撑体和底座之间均可以设置本实施例的预应力加固结构，均可以改善竖向支撑体与底座连接部在多种荷载作用下受力大、易产生应力集中的问题。其中，竖向支撑体可以包括圆筒形的墙体、平面的墙体或者其他特殊形状的墙体，还可以是各种形状的柱体；底座可以是承台，也可以是其他基础结构。不同具体形式的竖向支撑体和底座连接部，均可以根据具体情况在竖向支撑体内部均匀布置该预应力加固结构的人字形预应力筋3，人字形预应力筋3的两股预应力筋的弧线段分别由竖向支撑体的相对面伸出并延伸至底座内，并且同样采用现浇混凝土形成倒角式的边角混凝土结构4，边角混凝土结构4一般沿竖向支撑体的底部连续布置，可以增强竖向支撑体整体的稳定性。

下面以两种实施方式为例进一步地具体说明：

第一种实施方式，竖向支撑体为平面墙体，底座为基础，多组预应力加固结构的人字形预应力筋3在平面墙体底部等间距均匀布置，每组人字形预应力筋3的直线段设置在平面墙体内部，其两股预应力筋的直线段顶部绑扎在一起，其两股预应力筋的弧线段分别由平面墙体的两侧相对面伸出并延伸至基础内。人字形预应力筋3的直线段顶部与平面墙体内部钢筋绑扎，弧线段底部与基础内部钢筋绑扎。人字形预应力筋3的弧线段在平面墙体与基础之间露出部分通过现浇混凝土形成倒角式的边角混凝土结构4，边角混凝土结构4沿平面墙体底部的两侧沿直线布置。

第二种实施方式，竖向支撑体为方形柱体，底座为承台，两组预应力加固结构的人字形预应力筋3在方形柱体内部均匀布置，两组人字形预应力筋3的直线段设置在方形柱体的中心位置，四股预应力筋的直线段顶部绑扎在一起；每组人字形预应力筋3的两个弧线段分别向方形柱体的两个相对面延伸，四股预应力筋的弧线段相互呈90度夹角，并由方形柱体的四个侧面伸出并延伸至承台内。人字形预应力筋3的直线段顶部与方形柱体内部钢筋绑扎，弧线段底部与承台内部钢筋绑扎。人字形预应力筋3的弧线段在方形柱体与承台之间露出部分通过现浇混凝土形成具有倒角的边角混凝土结构4，边角混凝土结构4沿方形柱体底部的整圈布置。

根据本实施例的另一个方面，提供了一种竖向支撑体与底座连接部的预应力加固结构的施工方法，通过预留通道保证人字形预应力筋3贯通，以及采用模板现浇倒角式的边角混凝土结构4，使竖向支撑体与底座连接部强度更高，施工更方便迅速；包括如下操作：

在LNG储罐外罐施工过程中，在墙体1与承台2的主体钢筋绑扎完成后，进行预应力加固结构的施工。人字形预应力筋3的每股预应力筋为钢铰线，每股钢绞线由8股钢丝构成，预应力筋的尺寸与墙体1主筋一致。

LNG储罐外罐的墙体1沿高度一般分为两段，底部的第二段墙体1厚度较大，在第二段墙体1的钢筋笼内部，等间距地环形布置多个三通波纹管5。三通波纹管5用于形成人字形预应力筋3的预留通道，与人字形预应力筋3的形状和尺寸相匹配。

在墙体1内三通波纹管顶部通道口位置设置预留绑扎钢筋，并确定绑扎丝长度。

在承台2的相应部位设置预留绑扎钢筋，确定绑扎丝长度。

对墙体1和承台2进行支模浇筑前，需对模板内的杂物清除干净，进行混凝土浇筑时应根据图纸及施工要求分段分层进行，浇筑过程应连续进行，尽量缩短间歇时间，并及时观察模板、内部钢筋、预留钢筋和三通波纹管5有无移动、变形或堵塞现象，振捣时不得触动内部钢筋及三通波纹管5。混凝土浇筑完毕后进行混凝土养护，应在12h以内加以覆盖和浇水，浇水次数应保持混凝土有足够的湿润状态。

将人字形预应力筋3穿过墙体1内预留的三通波纹管，人字形预应力筋3的两股预应力筋的直线段顶部绑扎在一起，两股预应力筋的弧线段分别由墙体1的内侧和外侧伸出并延伸至承台2内。

人字形预应力筋3的直线段顶部与墙体1的预留绑扎钢筋进行绑扎，弧线段底部与承台2的预留绑扎钢筋进行绑扎；具体绑扎方式可选择直接扎丝绑扎、设置预埋件绑扎或者利用锚具绑扎。

人字形预应力筋3采用后张法施加预应力，以保证达到预设的预应力值，没有预应力损失，同时方便施工。

围绕墙体1与承台2连接部的内侧和外侧分别布置弧形模板，弧形模板倒角角度为30～45°。

在人字形预应力筋3露出墙体1与承台2的部分进行混凝土浇筑，从而形成稳定的倒角式的边角混凝土结构4，边角混凝土结构4绕墙体1呈环形整圈布置。

在墙体1与承台2的混凝土初凝后，对其表面人工进行拉毛、剔毛处理，使表面的浮浆或者松散部分剔除，露出石子粗骨料，然后清洗冲洗干净，提前润湿，再对三通波纹管5、墙体1和承台1预留绑扎钢筋位置处的空隙进行二次浇筑，将其填满，以增强咬合力。

混凝土养护完成后拆模。

通过上述施工方法，可以降低预应力加固结构的施工难度，节约工期，从整体上提高竖向支撑体与底座连接部的性能和安全性。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。