有关组合式预制预应力混凝土结构在陆地和海上的设计施工毕业论文写作资料-论文写作网

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混凝土预制论文范文

摘要：目前建筑材料和能源消耗严重,我们必须考虑后代的需要,尤其是未来人口还会急剧增长.由于海洋占地球面积约71%,且相对未曾开发,工程师现正加快探索海洋的开发和天然资源与能源的开采.混凝土结构因其可用性、价廉、强度高、耐久和性能良好,已被证实是建造海上平台和船只的最理想材料.过去的经验表明,预制预应力混凝土将在探索海洋的天然资源和能源时,成为建造海上和陆地平台以及船只的主要角色.

关键词：梁；柱；组合式；蜂窝；预制；预应力；楼板；底衬

Alfred A. 余博士是夏威夷余氏预制设计集团的董事会主席和新加坡预制设计顾问公司的董事.他在美国伊利诺斯州的罗斯赫尔曼工学院毕业,获土木工程学士学位,后获耶鲁大学结构工程硕士学位.鉴于他在混凝土技术方面的贡献,1976年罗斯赫尔曼工学院授予其土木工程学荣誉博士称号.

余博士自1954年在火奴鲁鲁家乡开始其工程实践,是第一个把大批量生产预制/预应力混凝土设备引进夏威夷的关键人物（1955年）.上世纪60 ~70年代,夏威夷旅游业大发展期间,余博士的公司在火奴鲁鲁建造了多个地标性的建筑.50多年来,余博士和他的团队在北美、南美、太平洋地区、亚洲、澳洲和中东设计并承建了数千个建筑物.

由余博士发明的连接混凝土预制件用的钢筋连接器,在世界多栋高层建筑和土木工程中广泛应用.在海上运输船只方面,余博士设计和监建了世界上第一艘先张法预应力的海上驳船（1964年）.他还提出了一个新颖的海上结构的概念,并取得了专利.这个预应力蜂窝筒体系统1980年第一次在商业上应用,获得了ROFOMEX I奖,成为一个大型磷加工厂的浮动平台.由于混凝土筒体的强度极高,这个系统后来建成第一个混凝土海上流动钻井平台,1984年在阿拉斯加北部用于钻探石油.这个流动平台投入服务超过20年,没有发现任何混凝土破坏和磨损的迹象,是在北极地区开采石油最经济和环境友好型的设备.

余博士是美国多个工程团体的委员,如美国混凝土学会、预应力混凝土学会、美国土木工程学会和美国船运局等.基于他在工程进步方面的技术贡献,余博士被授予美国混凝土学会和美国土木工程学会荣誉会员称号,是这两个学会会员的最高荣誉.

余博士还任新加坡住房发展局（HDB）荣誉结构顾问七届（每届三年）,帮助政府策划和指导预制混凝土高层建筑的施工计划.

余博士在2011年11月曾就本文在深圳市住建局和土木建筑学会联合举办的工业化讲座和同月在广西南宁2011年混凝土可持续发展会议上作主题演讲.

前言

对混凝土结构构件施加预应力,使之产生与构件受力时相反的应力,可以大量节省混凝土和钢材,并保持相同的强度和刚度.施加预应力最有效的方法是将构件在工厂条件下批量生产.用长线法生产预应力构件时,对反复受荷构件的高强钢丝束预先张拉,是唯一一种施加预应力的方法,可避免单个构件施加预应力时必须采用锚具、穿孔管、砂浆灌注等等.先张拉的高强钢丝束很容易地全长裹在混凝土中,粘结牢固、锚固可靠,防锈而产生预应力.预应力构件生产的劳动效率因在工厂中预制而大大提高.

结构构件的强度因在工厂中使用可控的混凝土拌合物而提高,光滑的钢模保证了制品高质量的表面,使得混凝土制品强度和质量优异.材料和劳动力的节约,降低了建筑材料生产的能源消耗,减少了温室气体的排放,为我们的子孙后代节约了宝贵的天然资源和能源.

举例说,生产1吨水泥平均要向大气排放1吨的CO2.

劳动力和施工时间的减少给预制预应力混凝土应用的经济性增添了亮点.建议向工程界和建筑工业提供更多的资料.大学教授和政府官员在世界性的保护天然资源、能源和环境的事业中扮演着重要的角色,他们应该加强宣传以帮助世界认识这种技术的论文范文性.

我们这个星球的人口预期将大大增长,使得以上的理念变得极为重要.工程师是社会的关键人物,他们有技术能力去实现可持续发展的目标,这也是他们的专业职责所在.

应用

以下是一些例子,说明使用预制预应力混凝土技术后材料和人力的节约.

图1左图是一个简单的普通配筋混凝土板,如果使用预制预应力底衬板,上面再现浇一层面层,就可以节省模板、混凝土量和配筋量,保持原来的受荷和跨度不变.工厂中批量生产的预制底衬板成为上面现浇层的模板,同时里面配有钢筋和必要的预应力钢丝束.预应力钢丝束使用高强钢丝,强度是普通级别钢筋的450%,但单位重量的论文范文仅高出50%.因此可以大大减少钢材用量和成本,同时由于防止混凝土徐变导致的变形而提高了组合构件的使用性能.

图1A和图1B所示是实际应用这个概念后,结构高度得以降低,便于吊顶内管线的布置,同时也减少了建筑物的总高,达到经济的目的.组合式楼板的概念也可以扩展到宽板类的支撑梁,借以缩小板跨和整体结构高度,其结果是,一个9.5m×9.5m结构开间的楼板混凝土总用量仅相当于图1B 所示的212mm厚的平板.

图2是把预制梁和楼板用同样的概念组合起来,借以减少混凝土和钢材用量.由于采用了预制和预应力方法,断面性能相同条件下,混凝土和钢材用量大大减少了.如果跨度增大,则材料的节约更为显著,建筑物的重量也可降低,从而减少地震外力、基础荷载,以及所需的桩基、柱的尺寸和造价.

图2A所示是预制预应力工字梁的堆场和用于一栋19层高的建筑物中的情况,其净跨为19.5m.

图2B所示是一个18m×18m开间的停车场,如果把柱的布置从9m×9m改为9m×18m,则停放的车位可从12个增加至14.4个.这意味着楼面面积相同的情况下车位数提高了20%,而由于采用了图2C所示的组合式预制预应力结构,跨度增加到18m,导致结构材料（混凝土和钢材）降至最低.

图2C所示是上述组合式预制预应力梁板结构在大跨度停车场中的应用.不但停车位数可以增加,且节省了材料和劳动力的用量.18m跨度的梁板体系,其混凝土用量只相当于173mm厚的平板.

连接器

图3所示是一个典型的灌入砂浆的钢制机械连接器,可将预制混凝土梁柱中的钢丝束牢固握裹.本文作者发明的这种灌浆钢连接器可以提高施工速度,保证安装和连接简单、可靠和快捷.在混凝土柱中可以很快就安放好,而在现浇结构中普通连接方法则需数天.这种连接器在许多国家成功地用了将近40年,在强地震区尤其普遍,证明可以保证预制构件的整体工作.

图4和4A所示是这种机械连接器在足尺的混凝土结构中经受复核试验,证明灌浆的钢制机械连接器在混凝土结构预制部件的接头中能够可靠地整体工作.使用这类连接器的预制结构在亚洲环太平洋国家成功地经受了强烈地震也未曾破坏的考验.在美国关岛和夏威夷、日本、印度尼西亚、沙特阿拉伯等地的地震中,虽然达到里氏震级5级～8.*,但预制结构从未被损坏.

图5所示是一栋多层建筑的简图,其结构可由不同形状的预制构件装配而成,以方便预制、搬运和安装各环节.当各构件用灌浆的机械钢筋连接器连接起来的时候,就形成了一个整体结构,性能与整浇的相同.

示例

图6和图7是最早用机械连接器组合成的抗震建筑之一,1970年建的夏威夷38层的Ala Moana酒店.该建筑以每层2.5天的速度建成.

图8和图9是日本论文范文一栋57层高的住宅建筑,用灌浆钢制机械连接器建造,其抗震设计标准超过了世界其他所有城市的要求.

建造速度

图10是一个大型IT园建筑物的预制预应力混凝土梁板在预制厂生产的情况.这个建筑原来准备用传统的现场施工方法,计划每个4000m2的标准层使用1000个劳动力和26天一层.后来改为图10所示的预制预应力工艺,所需劳动力降为300个,同样面积的楼板在12天内就安装好了.

图11和图12是大连市一栋43层高的办公楼使用现浇和预制预应力混凝土结构的材料用量对比.设计为抗震预制结构的建筑物,安装速度为3天一层.而据承建商估计,原国内设计的现浇结构则需8天完成一层.

该大厦的外挂版是采用预制工艺制造的（如图13所示）.

图14～图17是新加坡70层和63层的住宅建筑,采用组合式预制混凝土楼板,抗震设计,施工速度为5天一层.

特殊的大跨结构

图18～图24是一个73m跨度的飞机库屋顶,用预制工艺重新设计,与原来传统的现浇拱形屋顶相比,混凝土用量节约了55%,配筋节约了40%.迄今为止已经在高地震区建造了4个同类飞机库,跨度由73m～85m,成功地经受了各种烈度的地震,有的震级高达里氏8.*,也没有遭到任何破坏.

海上平台和海上来往船只混凝土钻井平台

预制预应力混凝土现已进入一个新的领域,即海底勘探天然资源和能源的大型水上和陆上混凝土结构.

图25是一个典型的石油钻探平台,用砾石建成,每个需用1亿美元.砾石过去被用来建海上平台,被认为是可以抵受浮冰产生的巨大荷载的唯一材料.这类平台对环境是有破坏作用的,且造价昂贵.建造这类平台的时候下面有没有石油储层尚属未知,只有通过花费了1亿美元建造这样一个砾石平台创造钻探的条件,人们才可以知道下面有无石油储层.如果找不到石油,那至少1亿美元的支出就由钻探公司承担了.

图26是作者设计的预应力混凝土箱组成的钻井平台,它是由预制的蜂窝状单元组成,有足够的强度和刚度,像砾石平台一样可承受巨大的冰块压力.圆柱形的蜂窝体系和一次使用的砾石平台相比,造价只有7500万美元,而且可以搬到不同地点重复使用.这个平台从1984年起被海军使用,从未发现任何老化、锈蚀、开裂和剥落的迹象.