一种预应力钢筋大跨度石材构件的利记博彩app

专利名称：一种预应力钢筋大跨度石材构件的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及预应力结构应用领域，特别涉及一种预应力大跨度石材构件。
背景技术：
天然石料是大自然赋予人类最早的、取之不尽的建筑材料。石材的最大 力学特征是抗压强度非常高，而抗折(拉)强度却很低，(但比混凝土大得
多)，对本工程肌144.2石材为抗压强度的9.6% (5.5)，其截面抗力-力距， 由拉压强度决定的两个值中，受最小值控制，仅约利用9.6%，而抗压强度 的90%以上将被浪费掉，被浪费的受压区石料反过来又增大了结构的(自重) 负载。这就在理论和实践上限制了石梁向大跨度发展的可能性。自秦汉以后， 古人在使用石材时，主要用其抗压性能。目前大跨度仿石建构筑物(圣殿、 阁坛、大门、牌楼等)多采用钢筋混凝土框架结构体系，外表面干挂石材来 达到一定的艺术效果。但对于仿古石牌楼来说这种常规做法对于艺术效果的 表达是表里不一的。影响其古朴、庄严和雄伟的品质，而且两者的寿命是不 可比的。
众所周知，混凝土为现代材料，从它1850年出现至今只有百年历史， 加之1966年日本首先应用高强混凝土，开始生产预应力混凝土桩柱以后， 使得混凝土材料得到更为广泛的应用，使混凝土建筑在尺度上有长足发展， 越来越多跨江跨海的大桥和高楼拔地而起，高度超过百米的建筑随处可见。 因此传统的仿古石牌楼在进行创作时为了便于施工，材料多以钢筋混泥土为 主。但是石牌楼作为中国古建，具有悠久的文化历史。我们以现代材料和技 术去营建仿古石牌楼，无法将这一特色建筑诠释得淋漓尽致。所以为了使仿 古石牌楼更加完美、更加体现古建文化，以石材作为仿古石牌楼设计的材料的结构问题亟待解决。
我国石材工艺历史久远，遗存的纯石材古建筑每一座都堪称是绝美的艺 术精品，这就为解决仿古石牌楼结构问题提供了众多参考。为了使仿古石牌 楼结构具有崭新亮点有别于其它古建筑或今建牌坊，这就要求在传统的石牌 楼结构模式进行突破和创新。
通过多方考察调研，发现古今所建的石牌楼由于受石材的制约，在尺度 上无法像混凝土材料那样可以进行超常尺度的建造。如何在尺度上进行突破 将现代建筑的超常尺度应用于大跨度石构件中，创造一座符合我国现代空间 概念的石牌楼建筑，是本领域技术人员所期望的亮点和突破点。而现存的全
石材牌楼除北京昌平十三陵建于明嘉靖十九年(1540)汉白玉及青白石牌坊， 通阔28.86m，高12m，尺度较大外。但未经过科学实验作为理论依据，其它 全石材牌楼由于石材的塑性差，抗弯、抗拉和抗剪强度低，因此，在大跨度 梁和大偏心受压柱中，石材很少有人使用。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种预应力钢筋大跨度石构件，该石构件既能 大幅度提高抗弯，抗剪与抗主拉应力的强度外。还能达到将小石材做成大跨 度结构，以实现石结构向高大壮观，古朴庄严，雄伟肃穆的方向发展。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案 一种预应力钢筋大跨度石构件，包括石材制作的石梁、石柱或石板，其 特征在于，在所述的石梁、石柱或石板中，至少设有一根预应力钢筋或钢铰 线，该预应力钢筋或钢铰线贯穿整个石梁、石柱或石板，预应力钢筋或钢铰 线两端装有螺母，使预应力钢筋或钢铰线与外界完全隔绝。 本发明的其它特点是-
不同长度的预应力钢筋(钢铰线)，两端的螺母施加不同的力，用不同 的锚具锚固，以达到承受荷载时的安全、经济、合理。
石梁、石柱或石板的两边开有明槽或暗 L，预应力钢筋或钢铰线设置在石梁、石柱或石板两边的明槽内。
当预应力钢筋大跨度石材构件用作边梁时，预应力钢筋或钢铰线由两端 断面向中心横轴靠拢。
预应力钢筋或钢铰线必须经过力学计算后布置在梁体内，并使预应力钢 筋或钢铰线与外界完全隔绝。
本发明的预应力钢筋大跨度石材构件，在预应力条件下，弹性工作阶段 的承载能力，可以提高两倍以上，石梁脆性破坏的危险得以大的改善，裂缝 发生开展过程，清晰明确，时间持久，卸载后裂缝合扰。经实验证明，采用 本发明的预应力大跨度石材构件制作牌楼，在力学上克服了石材抗拉、弯和 剪远低于抗压的致命弱点，保证在拓展构件尺度和建筑规模时与抗压协调， 强度同步安全。


图1是本发明的一种结构示意图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视图； 图2是本发明的另一种结构示意图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视
图3是复合而成的一种结构示意图，其中，(a)是主视图，(b)是侧视
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式
参见附图，图l是本发明的一种结构示意图，它包括石材制作的石梁、 石柱或石板l，在所述的石梁、石柱或石板l中，至少设有一根预应力钢筋 或钢铰线2，该预应力钢筋或钢铰线2贯穿整个石梁、石柱或石板l，预应 力钢筋或钢铰线2的两端装有螺母3，并使预应力钢筋或钢铰线与外界完全 隔绝。
如图2所示，预应力钢筋大跨度石材构件的制作可以在石梁、石柱或石 板1的两边开明槽4，预应力钢筋或钢铰线2设置在石梁、石柱或石板1两边的明槽4内，预应力钢筋或钢铰线2两端装有螺母3，然后再密封，使预
应力钢筋或钢铰线与外界完全隔绝。。
图3是一种根据建筑的需要复合而成的预应力钢筋大跨度石材构件结构。
本发明的预应力钢筋大跨度石材构件，在宝鸡市代家湾行政广场全石材 牌楼设计中己被采用，此全石材牌楼通阔36. 73m，高15.6m，在尺度上整整 比十三陵牌坊通阔长出7.87m,通高高出3.6m，创国内先例。本牌楼中跨梁 全长9. 38m，高O. 73m，国际堪称第一。
为给预应力钢筋大跨度石材构件的结构设计提供理论依据，申请人对预 应力钢筋大跨度石材构件的物理、力学性质和石梁的四种工况进行材料和结 构试验检测，结果表明石梁在预应力条件下，弹性工作阶段的承载能力， 可以提高两倍以上，石梁脆性破坏的危险得以大的改善,裂缝发生开展过程， 清晰明确，时间持久，卸载后裂缝合扰，为启动预案准备了条件。
试验结论
通过对预应力石梁进行静载破坏试验，可以确定该梁在各种荷载下的应 力、变形数据和极限承载力
(1) 第一工况只对石梁施加竖向(使用)荷载P=375.78KN; n=5; 预应力Py二0，石梁纯弯区未发生弯曲破坏，未出现裂缝，受剪区未出现裂 痕，端部4)50孔周围未发生局部破裂、压碎等现象，最终挠度为2.21mm。
(2) 石梁恢复(卸载)P=0;预应力Py=1201. 55KN; n=3， 竖向荷载P二O。工况二最大挠度试验值为-2.49mm，与2.21mm相当。两者与
设计计算值基本一致。 '
(3) 该梁在正常使用荷载下，各截面的荷载一挠度曲线基本呈直线变 化，处于弹性阶段；
(4) 在使用荷载作用下(375kN)，根据实测的跨中最大应变值，可推 得石梁跨中截面的最下边应力值为11.78Mpa(压应力)，说明在使用荷载下，跨中截面受拉区石梁仍受压。石梁的受拉区和受压区都处于受压状态；受拉 区不出现拉应力，更不会出现裂缝，正截面抗裂验算完全满足抗裂要求及设 计要求；
(5) 不施加预应力时，由于石梁本身属脆性材料，且一旦发生裂缝即 失去承载力，石梁在设计荷载作用下，接近弯曲破坏极限值。所以实际工程 中应对石梁施加预应力；
(6) 石梁在弹性范围内，其受弯及预应力张拉计算公式与预应力钢筋 混凝土结构梁的计算公式基本相符。
在宝鸡市代家湾行政广场全石材牌楼设计中对整体结构计算原则
1、 设计荷载-
(1) 主力多层叠加的自重和预应力；
(2) 附加力风(雪)力、温度弯化的影响；
(3) 特殊荷载地震力、施工临时荷载；
2、 结构计算按照桥梁工程的设计程序全石材牌楼的上部建筑(单 层、双层、多层，各类梁、拱、桁和组合跨越结构)，下部建筑(各类墩、 台、塔柱)和地基基础(明挖扩大，各类桩、沉井、管柱及其组合)进行设 计；该工程上部建筑，结构受力大小、方向、作用点、设计支座的约束条件
(性质)，力的分配和传递明确，计算简图与实际工程相符。试验梁数据表 明理论计算结果是安全可靠的。
3、 墩柱顶的主梁上面端部设两个(0.644X1.0X1.96)短柱支承屋架 和矩形斗拱梁，起最大的承重和传力给墩柱的作用。两端设盆式活塞支座(边 跨主梁固定端设板式活塞支座)。这种支座可以提供向跨度内单向小位移和 微转动的自由，以消除降温时附加的拉应力。在地震时起减震消能作用。
4、 墩柱按下端固定、上端自由(桥规规定)最不利状态计算柱的纵向 稳定。强度和偏心计算均符合规范规定。
5、 地基基础，采用明挖扩大(三层)重型高杯基础，利用大体积混凝土的重量，使高端集中的质量中心得以降低，同时减少价格较高的钢筋用量， 从而实现施工简单、设计合理和降低投资的目的。基础连系梁加强五个独立 基础的整体性，达到共同受力效果。 全石材牌楼的结构抗震减震措施
1、 梁体内预应力钢筋使破坏时的承载力大幅提高，破坏试验表明-
(1) 梁非脆性断裂；
(2) 裂缝持续时间很长；
(3) 裂缝终止，受压区明确；
(4) 卸载后裂缝回弹合拢；
(5) 24小时吊卸梁落地时仍未断开；
(6) 预应力钢筋拆除后，用悬臂反力才折断，断口显示属主拉应力破坏。
2、 稳定屋架倾覆技术措施
(1) 受力上完成了体系转换；
(2) 预应力保证结构的整体性和塑性；
(3) 多点连续的斗拱使支承压力减小抗倾覆力臂加大；
(4) 抗拔预应力螺栓，使支点具有一定的弹塑性应力应变，起到一定的 减震耗能作用。
3、 中跨高墩柱底中心处埋设钢管，防止强震时根部脆性破坏。钢管为 弹性材料储备，破坏前以塑性铰的状态与地震对抗。
4、 宝鸡地震设防烈度为七度，用ANSYS有限元分析软件进行抗震计算， 解析应力结论通过。
具体施工如下 一、预应力钢筋大跨度石材构件的制备
1、预应力钢筋大跨度石材构件采用工厂制造，后张法施工。按照设计 要求，水钻50mm孔，预应力钢筋采用32PSB830精轧螺纹粗纲筋(天津第二 钢厂产)垫板尺寸圆形d=130 S =30，八角螺帽70X70，用YC60或80千斤顶张拉，封锚槽口圆柱d=130 h=150， 50mm厚度的保护层，其中最外层为 20mm厚同料石盖，压浆配方由试验确定，添加防锈和膨胀剂。
2、盆式活塞支座的榫与梁的连接与抗剪和拼装斗的连接与抗拔用M16 阻力预应力不锈钢膨胀螺栓(似预应力岩锚)，钻孔直径20腿。孔内应先灌 花岗石胶，后放螺栓，再用示功扳手加力，锚封。
二、 牌楼顶盖设计、制造、安装
1、 解体与连接；楼盖是带正、斜脊梁和四面坡向的组合断面，构造复 杂，中跨顶盖长9780mm、宽4270mm、高2490mm、体量、重量大，不可能整 体制造。故要纵横分块。首先将430X860X4610的正脊纵向分割出去，然 后将楼盖横向分块。根据跨度重量均衡，交线隐避，防水排水良好，便于施 工安装，支座设置合理等原则，将其分为纵二横五共十块设计制造。
2、 安装楼顶正脊梁；梁下面设四个榫槽与楼盖榫结合，上槽下榫有利 防水。
3、 体系转换；工地用后张预应力先将下层五块连成整体(图3)，再将 上层就位连成整体。孔内压浆强度大到75%时，拆除支架。将简支梁体系转 换为连续梁，以后承受的荷载，如地震将以超静定体系受力工作。竖向力由 支座承受，横向力由斗拱承受。接缝受到压密，楼盖的整体性和侧向稳定得 到改善。
4、 楼顶四面坡斜板中间最薄为200mm，上端为连续的固定支座，下端 为间断固定，连结长度200mm，要求间距800mm,以利通风、采光和施工。 下端与椽口相近，其厚度应满足钩头筒瓦、滴水板瓦(角度为90。 +(1—屋 面坡线与水平线夹角)，椽板、椽子、斜角梁的建筑尺寸。
三、 施工前期准备工作
1、预应力钢筋大跨度石材构件由工厂编号预制、检验、试拼
(1)经国家级检测认定符合《建筑材料放射性元素限量》标准和符合 西建大(检)字节QQ07121201号标准的石材方可开采使用；(2) 预应力钢筋大跨度石材构件胚料应经无损探测，确认无风化、无 瑕疵、无节理；
(3) 施工前应详细阅读图纸、核对数据、理解意图，确认正确后，方 可加工制作，加工误差不应超过lrnm;
(4) 特别注意斗拱、梁上支座与梁是整体加工，只有悬出斗是单件加 工，然后用榫和M16预应力螺栓连成整体；
(5) 经质检合格后的构件在工厂应与相关构件试拼装，确认无误后方 可运送工地。
2、工地安装程序
(1) 墩柱安装必须在基础混凝土浇筑后28天后开始，不得提前。柱、 雀替和底层梁从两边孔开始向中间边孔从小到大安装，然后向上一层一层重 复上述工序，直到楼顶。安装选择在年月平均温度低月份进行，特别是柱顶 盖梁，最佳安装时间应在一天中的温度最低时；
(2) 施工测量在安装过程中特别重要。提供并确认构件就位(纵、横 中线，水平高线)的准确参数，应有严格的测量记录避免发生错误。
3、基础与基础配筋图说明
(1) 基础持力层为砾沙层，基坑地外边缘线距基础外边线500mm，坑 底标高是3m。坑底整平后，基底C2。素混凝土垫层100厚。垫层施工时应采 取防雨措施，防止土料和灰土受雨水淋湿或冻结。
(2) 基坑支护应由业主委托有资质的勘查单位进行设计，在基坑开挖 过程中，施工单位应配合基坑支护工程以确保基坑周边土体及建筑物的稳定 和施工人员的安全，在基坑回填之前，基坑边坡顶部不要有地面堆载，并在 基坑周边地面设置排水系统，防止雨水及施工排水浸泡基坑和边坡土体。
(3) 在进行基坑开挖工程之前，应由施工单位配合，确认基坑外放宽 度是否可满足施工所需的工作面宽度要求，如有需要可根据施工情况自行调 整。(4) 基础采用C3o混凝土，各轴线独立基础均按JC一1配筋，钢筋保 护层为70腿。
(5) 石柱准确就位后，用C40细实混凝土封顶固定。
(6) 杯形基础强度达到70%以上方可安装石柱。
综上所述，采用本发明的预应力钢筋大跨度石构件，带来的技术效果是-
1、 本发明的预应力钢筋大跨度石材构件，在力学上克服了石材抗拉、 弯和剪远低于抗压的致命弱点，保证在拓展构件尺度和建筑规模时与抗压协 调，强度同步安全。
2、 在用于工程结构的连接上，克服了石材无法对接平接的课题。设计 中将串联理论应用在本工程将10个小型石构件纵横成为整体大型构件。解 决了大型石构件整体开采、运输、安装的困难，为大型石建筑拓宽市场，提 供了技术保证。
3、 在工业、药业建设领域应用本技术建造电镀池、酸池、酒(精)池， 药池，采用抗酸、碱、化学反应，耐腐蚀，无副作用的石材将成为可行。
4、 在市政工程领域各种水处理、净化、沉淀池采用预应石材、防渗抗 漏效果比砼更好。
5、 将预应力运用于石材建筑中大大提高了石材的使用范围，使之不再 局限于自身的缺点之中。这一新技术的研究应用对文化的传承具有重要意 义，也为大型纯石仿古或现代建筑的建造开创了崭新的篇章。能够带来良好 经济、社会和文化效益，成为时代里程碑留在历史的长巻中的见证。
权利要求
1. 一种预应力钢筋大跨度石构件，包括石材制作的石梁、石柱或石板，其特征在于，在所述的石梁、石柱或石板中，至少设有一根预应力钢筋或钢铰线，该预应力钢筋或钢铰线贯穿整个石梁、石柱或石板，预应力钢筋或钢铰线两端装有螺母，并使预应力钢筋或钢铰线与外界完全隔绝。
2. 如权利要求1所述的预应力大跨度石材构件，其特征在于，所述的 石梁、石柱或石板的两边开有明槽或暗孔，预应力钢筋或钢铰线设置在石梁、 石柱或石板两边的明槽内。
3. 如权利要求1所述的预应力大跨度石材构件，其特征在于，所述的 预应力钢筋或钢铰线由石梁、石柱或石板的两端断面向中心横轴靠拢。
4. 如权利要求1所述的预应力大跨度石材构件，其特征在于，所述的 预应力钢筋采用32PSB830精轧螺纹粗纲筋，所述的钢铰线为单钢胶线或双 钢胶线。
全文摘要
本发明公开了一种预应力大跨度石材构件，包括石材制作的石梁、石柱或石板，其特征在于，在所述的石梁、石柱或石板中，至少设有一根预应力钢筋或钢铰线，该预应力钢筋或钢铰线贯穿整个石梁、石柱或石板，预应力钢筋或钢铰线两端装有螺母，并使预应力钢筋或钢铰线与外界完全隔绝。本发明的预应力大跨度石材构件，在预应力条件下，弹性工作阶段的承载能力，可以提高两倍以上，石梁脆性破坏的危险得以大的改善，裂缝发生开展过程，清晰明确，时间持久，卸载后裂缝合扰。经实验证明，采用本发明的预应力大跨度石材构件制作牌楼，在力学上克服了石材抗拉、弯和剪远低于抗压的致命弱点，保证在拓展构件尺度和建筑规模时与抗压协调，强度同步安全。
文档编号E04C3/26GK101451387SQ200810236510
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者张兴虎, 张晓瑞, 焦海洲, 蔺宝钢 申请人:西安建筑科技大学