離心成型鋼纖維混凝土及工程應(yīng)用

前言

　　經(jīng)過半個多世紀的研究和工程實踐，離心成型混凝土技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電桿、輸水管（涵）、管樁等工程領(lǐng)域，但由于受到原材料、混凝土配合比、離心成型工藝、養(yǎng)護工藝、使用環(huán)境與荷載變化等因素影響，目前仍存在一些難以克服的問題。本書作者及其合作者從提高材料性能的角度，探討將鋼纖維混凝土應(yīng)用于離心成型混凝土制品領(lǐng)域，取得了系列研究成果，主要包括以下幾個方面：　　在國內(nèi)外首次研究了離心成型鋼纖維混凝土的增強機理，提出了離心成型混凝土中粗細骨料與鋼纖維在水泥漿中發(fā)生離心沉降的運動規(guī)律理論分析模型和沉降速度表達式，并結(jié)合試驗證明了在混凝土拌合物中呈三維亂向分布的鋼纖維，經(jīng)過混凝土離心成型后轉(zhuǎn)變?yōu)檠仉x心軸為中心的圓筒面二維分布的運動規(guī)律和受力機理。這一發(fā)現(xiàn)揭示了鋼纖維在離心成型混凝土中分布的特點，表明離心成型鋼纖維混凝土與一般澆注成型鋼纖維混凝土具有不同的增強效果?！　⊥ㄟ^離心成型鋼纖維混凝土環(huán)形截面構(gòu)件基本力學(xué)性能試驗，分析了鋼纖維體積率、鋼纖維長度、基體混凝土強度、骨料粒徑和級配、箍筋，以及離心成型工藝對離心成型鋼纖維混凝土彎曲抗拉強度、劈裂抗拉強度、軸心抗壓強度及抗側(cè)壓變形能力的提高作用，提出了離心成型鋼纖維混凝土彎曲抗拉強度、劈裂抗拉強度的計算方法?！　⊥ㄟ^抗凍性能試驗、耐硫酸腐蝕試驗、耐硫酸鹽腐蝕試驗，證明鋼纖維的摻入顯著提高了離心成型鋼纖維混凝土的抗凍性能及抵抗硫酸和硫酸鹽侵蝕的能力。　　結(jié)合輸電線路工程實踐，總結(jié)了離心成型鋼纖維混凝土電桿的生產(chǎn)工藝與質(zhì)量檢驗方法，首次進行了大直徑離心成型鋼筋混凝土錐形桿和等徑桿、預(yù)應(yīng)力混凝土錐形桿和等徑桿的受力全過程試驗，提出了鋼筋鋼纖維混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土電桿的正截面承載力計算方法及正常使用極限狀態(tài)驗算方法。

內(nèi)容概要

　　《離心成型鋼纖維混凝土及工程應(yīng)用》可供送變電線路工程以及管樁、管柱、管涵等離心成型混凝土制品設(shè)計和生產(chǎn)的技術(shù)人員及從事纖維混凝土研究的科技人員參考。離心成型鋼纖維混凝土是作者將鋼纖維混凝土應(yīng)用于離心成型混凝土制品領(lǐng)域獲得的一種新型材料品種。全書共分9章，內(nèi)容包括離心成型鋼纖維混凝土的增強機理、力學(xué)性能和耐久性能，鋼纖維混凝土電桿的離心成型工藝及成品檢驗和質(zhì)量控制，離心成型鋼筋鋼纖維混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土電桿的受力性能與設(shè)計方法，大型無拉線單叉梁門型預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土桿塔的設(shè)計、受力性能試驗及工程應(yīng)用等。

作者簡介

　　張?zhí)旃猓呒壒こ處?，河南省電力技術(shù)院A級專家、河南省電力勘測設(shè)計院線路室主任兼項目經(jīng)理。兼任中國機電工程學(xué)會送電專委會結(jié)構(gòu)學(xué)組委員、河南機電工程學(xué)會電業(yè)土建專委會委員等職。長期從事高壓輸電線路設(shè)計工作，先后完成了交／直流架空線路、河南省第一條500kV緊湊型線路、電纜隧道、光纜通信、國網(wǎng)2000年示范送電線路工程、國網(wǎng)典型設(shè)計、國外線路設(shè)計等百項線路工程設(shè)計。負責(zé)完成8項科研項目，參編電力行業(yè)標(biāo)準1部，獲全國優(yōu)秀工程勘察設(shè)計銀質(zhì)獎1項，省部級優(yōu)秀工程設(shè)計一等獎2項、二等獎2項、三等獎1項，轉(zhuǎn)角塔優(yōu)化Qc小組獲全國工程建設(shè)優(yōu)秀質(zhì)量管理小組?！　≮w順波，博士，教授，博士生導(dǎo)師，國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，河南省高校特聘教授，河南省優(yōu)秀專家，河南省高校教學(xué)名師。現(xiàn)任華北水利水電學(xué)院土木與交通學(xué)院名譽院長、河南省重點學(xué)科——水工結(jié)構(gòu)工程學(xué)科帶頭人，河南省特色專業(yè)——土木工程專業(yè)負責(zé)人，兼任中國土木工程學(xué)會——混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土分學(xué)會——纖維混凝土專業(yè)委員會委員、中國工程建設(shè)標(biāo)準化協(xié)會混凝土結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會委員、河南省人民政府安全生產(chǎn)委員會專家組專家等職。主要從事現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)、混凝土結(jié)構(gòu)仿真模型試驗技術(shù)、大型和復(fù)雜結(jié)構(gòu)靜動力分析與優(yōu)化設(shè)計、纖維水泥基復(fù)合材料等領(lǐng)域的研究，主持完成20余項國家和省部級科技項目，參加多項國家級和省級重點工程建設(shè)項目的技術(shù)咨詢工作。發(fā)表論文150余篇，被sCI、EI收錄30余篇，出版專著《混凝土疊合結(jié)構(gòu)設(shè)計原理與應(yīng)用》、《環(huán)形高效預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)與工程應(yīng)用》，主編教材4部。參編國家行業(yè)標(biāo)準3部。研究成果獲省部級科技進步特等獎1項、二等獎3項、三等獎7項，中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金會歐威姆預(yù)應(yīng)力技術(shù)工程設(shè)計一等獎1項?！　±铒L(fēng)蘭，碩士，教授，河南省重點學(xué)科——結(jié)構(gòu)工程學(xué)科帶頭人，河南省高校精品課程——混凝土結(jié)構(gòu)課程主講教師，鄭州市優(yōu)秀教師，河南省教育廳學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人。主要從事纖維水泥基復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究，主持完成10余項省部級科技項目，發(fā)表論文40余篇，主編、參編教材4部。研究成果獲省部級科技進步二等獎1項、三等獎2項。

書籍目錄

序前言第1章　緒論1.1　離心成型混凝土的發(fā)展?fàn)顩r1.1.1　電桿1.1.2　輸水管（涵）1.1.3　管樁1.2　離心成型混凝土制品的工程應(yīng)用問題1.2.1　離心成型工藝對混凝土組織結(jié)構(gòu)的影響1.2.2　離心成型混凝土制品的縱向裂縫1.2.3　離心成型混凝土制品的耐久性1.3　離心成型混凝土制品質(zhì)量的改善途徑1.3.1　改進離心成型混凝土制品的設(shè)計方法，從制品受力性能上降低出現(xiàn)裂縫的幾率1.3.2　嚴格控制原材料質(zhì)量和混凝土配制，研究合理的離心成型與養(yǎng)護工藝1.3.3　研究新型的纖維混凝土材料離心成型技術(shù)，從材性本質(zhì)上克服離心成型產(chǎn)生的不利影響參考文獻第2章　離心成型鋼纖維混凝土增強機理2.1　概述2.2　鋼纖維混凝土混合料顆粒離心運動的基本假定2.3　鋼纖維混凝土混合料顆粒的理論沉降速度2.3.1　固體顆粒沿圓周方向轉(zhuǎn)動分析2.3.2　固體顆粒沿徑向沉降運動分析2.3.3　固體顆粒沿徑向沉降時間分析2.4　鋼纖維在混凝土混合料中的離心運動理論分析2.4.1　鋼纖維分布方向理論模型2.4.2　鋼纖維在離心成型混凝土中的沉降速度分析2.4.3　鋼纖維與固體顆粒沉降速度對比2.4.4　鋼纖維在混凝土中的受力分析2.4.5　鋼纖維在混凝土混合料中的分布方向分析2.5　鋼纖維在混凝土混合料中分布規(guī)律試驗研究.2.5.1　鋼纖維分布規(guī)律主要參數(shù)的確定及其意義2.5.2　初次試驗成果2.5.3　第二次試驗成果2.5.4　試驗研究結(jié)論參考文獻第3章　離心成型鋼纖維混凝土的力學(xué)性能3.1　概述3.2　彎曲抗拉性能3.2.1　側(cè)壓試驗方法3.2.2　初次試驗結(jié)果分析3.2.3　第二次試驗結(jié)果分析3.2.4　彎曲抗拉強度計算公式3.3　劈裂抗拉性能3.3.1　初次試驗結(jié)果分析3.3.2　第二次試驗結(jié)果分析3.3.3　劈裂抗拉強度計算公式3.4　軸心抗壓性能3.4.1　初次試驗結(jié)果分析3.4.2　第二次試驗結(jié)果分析參考文獻第4章　離心成型鋼纖維混凝土的耐久性能4.1　概述4.2　無應(yīng)力狀態(tài)下耐硫酸和硫酸鹽腐蝕性能4.2.1　試驗概況4.2.2　耐硫酸腐蝕試驗結(jié)果分析4.2.3　耐硫酸鹽腐蝕試驗結(jié)果分析4.2.4　試件浸泡6個月后的劈裂強度4.2.5　研究結(jié)論4.3　應(yīng)力狀態(tài)下耐硫酸腐蝕性能4.3.1　試驗概況4.3.2　試驗結(jié)果分析4.3.3　應(yīng)力狀態(tài)下中性化深度預(yù)測數(shù)學(xué)模型4.3.4　應(yīng)力狀態(tài)下硫酸根離子含量預(yù)測數(shù)學(xué)模型4.3.5　研究結(jié)論4.4　抗凍性能4.4.1　試驗概況4.4.2　試驗結(jié)果分析4.4.3　研究結(jié)論參考文獻第5章　離心成型鋼纖維混凝土電桿的生產(chǎn)工藝與質(zhì)量檢驗5.1　概述5.2　組成材料及其性能5.2.1　鋼筋5.2.2　混凝土5.2.3　鋼纖維5.3　鋼筋骨架的制作與成型5.3.1　鋼筋的基本加工5.3.2　鋼筋骨架的制作與成型及質(zhì)量要求5.4　電桿的預(yù)應(yīng)力技術(shù)5.4.1　鋼圈的制作5.4.2　預(yù)應(yīng)力筋的鐓頭5.4.3　預(yù)應(yīng)力筋的張拉5.4.4　預(yù)應(yīng)力筋的錨固與放張5.5　電桿的離心成型工藝5.5.1　托輪式離心成型方法5.5.2　離心成型工藝的效果5.5.3　離心成型工藝制度5.5.4　鋼纖維混凝土電桿離心成型工藝特殊要求5.6　電桿的常壓蒸養(yǎng)工藝5.6.1　常壓蒸養(yǎng)方式5.6.2　常壓蒸養(yǎng)工藝制度5.7　電桿成品檢驗與質(zhì)量控制參考文獻第6章　鋼筋鋼纖維混凝土電桿試驗研究與設(shè)計方法6.1　概述6.2　鋼筋鋼纖維混凝土等徑桿的受力性能試驗研究6.2.1　試驗概況6.2.2　跨中區(qū)段正截面受力性能6.2.3　抗裂度6.2.4　純彎段裂縫的分布形態(tài)與裂縫寬度6.2.5　變形6.2.6　正截面的破壞情況6.2.7　斜截面受力性能6.3　鋼筋鋼纖維混凝土錐形桿的受力性能試驗研究6.3.1　試驗概況6.3.2　截面變形特征6.3.3　抗裂度6.3.4　裂縫的分布形態(tài)與裂縫寬度6.3.5　變形性能6.3.6　破壞情況6.4　鋼筋鋼纖維混凝土電桿的承載力計算方法6.5　鋼筋鋼纖維混凝土電桿的正常使用極限狀態(tài)驗算方法6.5.1　抗裂度驗算6.5.2　裂縫寬度驗算6.5.3　撓度驗算參考文獻第7章　預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土電桿試驗研究與設(shè)計方法7.1　概述7.2　單循環(huán)荷載作用下預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土電桿受力性能試驗研究7.2.1　試驗概況7.2.2　測試成果分析7.3　反復(fù)加卸載作用下預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土電桿的受力性能試驗研究7.3.1　試驗概況7.3.2　測試成果分析7.4　預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土電桿的承載力計算方法7.5　預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土電桿的正常使用極限狀態(tài)驗算方法7.5.1　抗裂度驗算7.5.2　裂縫寬度驗算7.5.3　變形驗算參考文獻第8章　大型無拉線單叉梁門型預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土桿塔設(shè)計與試驗研究8.1　概述8.2　漯河—淮陽220kV線路工程桿塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計8.2.1　呼稱高與設(shè)計檔距的確定8.2.2　結(jié)構(gòu)設(shè)計與構(gòu)造8.2.3　桿塔基礎(chǔ)的設(shè)計8.3　桿塔受力性能的實驗室內(nèi)試驗研究8.3.1　試驗設(shè)計8.3.2　安裝工況受力性能8.3.3　大風(fēng)工況桿身的受力性能8.3.4　大風(fēng)工況叉梁的受力性能8.3.5　大風(fēng)工況地線支架、橫擔(dān)的受力性能8.3.6　斷線工況地線支架、邊橫擔(dān)的受力性能8.3.7　斷線工況單根電桿的受力性能8.3.8　雙桿對拉試驗與單桿試驗的比較8.4　桿塔受力性能的室外立式試驗研究8.4.1　試驗概況8.4.2　試驗荷載組合8.4.3　桿塔結(jié)構(gòu)變形分析8.4.4　桿身試驗結(jié)果分析8.4.5　鋼結(jié)構(gòu)試驗結(jié)果分析8.5　桿塔試驗與設(shè)計計算結(jié)果對比分析8.5.1　立式與臥式試驗結(jié)果對比分析8.5.2　桿身試驗與設(shè)計計算結(jié)果的對比分析參考文獻第9章　大型無拉線單叉梁門型預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土桿塔的工程應(yīng)用9.1　概述9.2　桿塔的組立施工方法9.2.1　施工前的準備工作9.2.2　單桿吊裝組立施工9.2.3　人字型抱桿整體起立施工9.2.4　桿塔施工質(zhì)量要求9.3　工程技術(shù)經(jīng)濟效益評價9.3.1　使用條件對比9.3.2　單基比較9.3.3　工程應(yīng)用比較9.3.4　比較結(jié)論參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　離心成型混凝土的發(fā)展?fàn)顩r　　將混凝土混合料裝入鋼模內(nèi)，通過高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心加速度，混合料在離心力作用下向鋼模內(nèi)壁聚集分布，并排出空氣和多余水分，從而獲得密實和較高強度的混凝土，稱為離心成型混凝土（spun-cast concrete）。　　早在19世紀中葉，離心成型工藝方法就已應(yīng)用于金屬鑄管的成型。1915年，澳大利亞人w.R.Hume發(fā)明了用離心方法成型混凝土，由于該工藝簡單、效率高、混凝土質(zhì)量好、無需內(nèi)模等優(yōu)點，逐步被日本、美國和歐洲國家應(yīng)用于生產(chǎn)截面外緣形狀為圓形或偶數(shù)正多邊形、內(nèi)緣為空心圓形的混凝土制品。我國于20世紀30年代后期開始進行混凝土離心成型技術(shù)研究，目前的離心成型混凝土制品主要包括電桿、輸水管（涵）、管樁等3個領(lǐng)域?！　?.1.1　電桿　　離心成型鋼筋混凝土電桿（spun—cast reinforced concrete pole）和.預(yù)應(yīng)力混凝土電桿（spun-cast prestressed concrete pole）廣泛應(yīng)用于架空輸電線路、照明線路、通信及接觸網(wǎng)架空線路的電桿、變電站構(gòu)支架、照明支柱和信號機柱等領(lǐng)域，尤其在架空輸電線路上使用的混凝土電桿更是具有特殊的地位與重要性。1938年，我國成功研制離心成型鋼筋混凝土電桿，至1952年鋼筋混凝土電桿的離心成型技術(shù)已相當(dāng)成熟，并得到廣泛工程應(yīng)用。1959年開始研制預(yù)應(yīng)力混凝土電桿，1963年成功生產(chǎn)直徑300ram等徑帶法蘭盤環(huán)形預(yù)應(yīng)力混凝土電桿并應(yīng)用于河北省易縣到紫荊關(guān)的110kV輸電線路。

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