第四章钢筋混凝土结构工程—预应力混凝土工程

4.4.1预应力用钢材4.4.2预应力张拉锚固体系4.4.3预应力用液压千斤顶4.4.4预应力混凝土施工工艺第4章混凝土结构工程4.4预应力混凝土工程P187在结构或构件承受使用荷载之前，预先在混凝土受拉区施加一定的预应力并产生一定压缩变形的混凝土。1预应力混凝土定义4.4预应力混凝土工程2预应力混凝土分类按施加预应力的方式不同可分为：先张法混凝土、后张法混凝土和自应力混凝土。按预应力筋与混凝土的粘结状态不同可分为：有粘结预应力混凝土、无粘结预应力混凝土和缓粘结预应力混凝土。4.4.1预应力用钢材常用的预应力钢筋主要有预应力螺纹钢筋、钢丝和钢绞线预应力螺纹钢筋(精轧螺纹钢筋)，可直接用配套的连接器接长和螺母锚固。特点：锚固简单、无需冷拉焊接、施工方便。4.4预应力混凝土工程预应力钢丝是采用优质高碳钢盘条经酸洗或磷化后冷拔制成。根据加工深度的不同，可分为冷拉钢丝、消除应力钢丝、刻痕钢丝；根据表面形状可分为光圆钢丝和螺旋肋钢丝。预应力钢绞线一般用7根冷拉钢丝在交线机上以一根钢丝为中心，其余6根钢丝围绕其进行螺旋状绞合，并经消除应力回火处理而成。钢绞线的整根破断力大，柔性好，施工方便。酸洗和磷化是针对金属表面处理的工序。酸洗就是用一定浓度的酸清洗金属以除去表面的锈。磷化就是用磷化液浸泡酸洗过的金属，使其表面形成一层氧化膜，可起到防锈作用。螺纹钢筋预应力钢丝预应力钢绞线张拉锚固体系包括锚具、夹具、连接器和锚下支撑系统。锚具——在后张法结构或构件中，用于保持预应力筋的拉力并将其传递到砼上所用的永久性锚固装置。夹具——在先张法构件施工时，用于保持预应力筋的拉力并将其固定在生产台座(或设备)上的临时性锚固装置连接器——是将多段预应力筋连接形成一条完整预应力锚束的装置。预应力锚固体系总成图张拉端锚具锚固端锚具连接器波纹管及预应力筋4.4.2预应力张拉锚固体系4.4预应力混凝土工程1)预应力螺纹钢筋锚具预应力螺纹钢筋锚具由螺母和垫板组成，可锚固Ф25、Ф32高强精轧螺纹钢筋。主要用于先张法、后张法施工的预应力箱梁、纵向预应力及大型预应力屋架。连接器主要用于螺纹钢筋的接长。精轧螺纹钢锚具、连接器垫板连接器4.4预应力混凝土工程①钢质锥形锚具(锚环与锥塞组成)锚环锥塞钢质锥形锚具使用时，应保证锚环孔中心、预留孔道中心和千斤顶轴线三者同心，以防止压伤钢丝或造成断丝。锚塞的预压力宜为张拉力的50%~60%。2)钢丝锚具4.4预应力混凝土工程墩头锚具是利用钢丝两端的墩粗头来锚固预应力钢丝的一种锚具。具有加工简单、张拉方便、锚固可靠，成本低，但对钢丝束的等长要求较严。常用镦头锚分为A型和B型，A型由锚杯和螺母组成，用于张拉端；B型为锚板，用于固定端。主要用于后张法施工中。镦头锚具与预应力钢丝束A型B型高强钢丝束②墩头锚具4.4预应力混凝土工程夹片式锚具分为单孔夹片锚具和多孔夹片锚具，由工作锚板、工作夹片、锚垫板、螺旋筋组成。可锚固预应力钢绞线。工作锚板工作夹片锚垫板螺旋筋波纹管预应力筋灌浆孔3)钢绞线锚具(夹片式锚具)4.4预应力混凝土工程为了接长预应力筋或边缘预应力筋的分段张拉，常采用连接器。按使用部位不同，可分为锚头连接器和接长连接器。4)连接器4.4.3预应力用液压千斤顶预应力张拉设备主要有电动张拉设备和液压张拉设备两大类。电动张拉设备仅用于先张法，液压张拉设备可用于先张法与后张法，由液压千斤顶、高压油泵和外接油管组成。张拉设备应装有测力仪器，以准确建立预应力值。张拉设备应由专人使用和保管，并定期维护和校验。前卡式千斤顶高压油泵穿心式千斤顶4.4预应力混凝土工程常用的电动张拉机械主要有：电动螺杆张拉机、电动卷扬张拉机等，常用于先张法施工中。电动螺杆张拉机构造图电动螺杆张拉机电动卷扬张拉机4.4预应力混凝土工程1)电动张拉设备是一种利用双液压缸张拉预应力筋和顶压锚具的双作用千斤顶。既可用于需要顶压的夹片锚的整体张拉，配上撑脚与拉杆后，还可张拉镦头锚和冷铸锚。广泛用于先张、后张法的预应力施工。①穿心式千斤顶YDC型穿心式千斤顶构造示意图千斤顶张拉中YDC型穿心式千斤顶点击穿心式千斤顶动画2)液压张拉设备4.4预应力混凝土工程拉杆式千斤顶适用于张拉带螺丝端杆锚具、锥形螺杆锚具、钢丝墩头锚具等锚具的预应力筋。目前常用的拉杆式千斤顶是YL60型，最大张拉力600kN,张拉行程150mm。拉杆式千斤顶构造示意图YL拉杆式千斤顶点击拉杆式千斤顶动画4.4预应力混凝土工程②拉杆式千斤顶是一种具有张拉、顶锚和退楔功能的三作用千斤顶，专用于张拉及顶压锚固带钢质锥形(弗氏)锚的钢丝束。锥锚式千斤顶4.4预应力混凝土工程③锥锚式千斤顶④前卡式千斤顶将工具锚安装在千斤顶前部的一种小型穿心式千斤顶，适用于张拉单根钢绞线。前卡式千斤顶是一种整体预应力张拉千斤顶。采用双并列油缸的结构，扁锚采用整体一次张拉，克服了扁锚由于单孔张拉而引起构件应力不均匀，预应力筋延伸量不足，构件扭曲现象，并且可提高施工工效。可广泛用于各种锚固体系的扁锚预应力施工。⑤扁锚整体张拉千斤顶扁锚整体式千斤顶扁锚整体式千斤顶施工图4.4预应力混凝土工程高压油泵与向液压千斤顶的油缸高压供油。油泵的额定压力应等于或大于千斤顶的额定压力。高压油泵的额定压力为40～80MPa。千斤顶张拉时，张拉力的大小是通过油泵上的油压的读数来控制的。油压表的读数表示千斤顶张拉油缸活塞单位面积的油压力。在理论上如已知张拉力N，活塞面积A，则可求出张拉时油表的相应读数P。ZB型油泵YBZ型高压泵站3)高压油泵4.4预应力混凝土工程4.4预应力混凝土工程4.4.4预应力混凝土施工工艺P1941先张法施工2后张法施工3无粘结预应力施工1先张法施工先张法是在砼构件浇筑前先张拉预应力筋，并用夹具将其临时锚固在台座或钢模上，再浇筑构件砼，待其达到一定强度后(约75%)放松并切断预应力筋，预应力筋产生弹性回缩，借助砼与预应力筋间的粘结，对砼产生预压应力。先张法施工工艺示意图先张法生产有台座法和台模法(机组流水法)种。先张法施工动画4.4预应力混凝土工程底模、安放钢筋骨架及预应力筋预应力筋制作张拉预应力筋调整初应力张拉机具准备支侧模安预埋件浇混凝土制作混凝土试块养护拆模放松预应力筋压试块构件起吊堆放先张法预应力筋张拉4.4预应力混凝土工程台座承受全部预应力筋的拉力，故台座应具有足够的强度、刚度和稳定性，以免因台座变形、倾覆和滑移而引起预应力的损失。台座由台面、横梁和承力结构组成。按构造形式不同，可分为墩式台座、槽形台座和钢模台座等。台座可成批生产预应力构件。墩式长线台座台座台面1）台座4.4预应力混凝土工程墩式台座由承力台墩、台面与横梁组成，其长度宜为100~150m。台座的承载力应根据构件的张拉力大小，设计成200~500kN/m。台座的宽度取决于构件的布筋宽度，以及张拉预应力筋和浇筑混凝土是否方便，一般不大于2m。台座的端部应留出张拉操作场地和通道，两侧要有构件运输和堆放的场地。墩式台座近景台座钢横梁线杆连接器预应力筋①墩式台座4.4预应力混凝土工程墩式台座的基本形式有重力式和架构式两种。由端柱、传力柱、横梁和台面组成，既可承受张拉力和倾覆力矩,加盖后又可作为蒸汽养护槽。适用于张拉吨位较大的吊车梁、屋架、箱梁等大型预应力砼构件。槽式台座构造示意图②槽式台座4.4预应力混凝土工程钢模台座主要在工厂流水线上使用。它是将制作构件的模板作为预应力钢筋锚固支座的一种台座。模板具有相当的刚度，可将预应力钢筋放在模板上进行张拉。箱梁钢模组装箱梁端部模板作张拉台座③钢模台座2）预应力张拉4.4预应力混凝土工程张拉程序应符合设计要求，设计未要求时应符合下表规定①张拉控制应力钢筋0→初应力→1.05𝛔𝐜𝐨𝐧→0.9𝛔𝐜𝐨𝐧→𝛔𝐜𝐨𝐧(锚固)钢丝、钢绞线0→初应力→1.05𝛔𝐜𝐨𝐧(持荷2min)→0→𝛔𝐜𝐨𝐧(锚固)对于夹片式等具有自锚性能的锚具：普通松弛预应力筋0→初应力→1.03𝛔𝐜𝐨𝐧(锚固)低松弛预应力筋0→初应力→𝛔𝐜𝐨𝐧(持荷2min)先张法预应力筋张拉程序注：①表中𝛔𝐜𝐨𝐧为张拉时的控制应力，包括预应力损失值②张拉钢筋时，为保证施工安全，应在超张拉放张至0.9𝛔𝐜𝐨𝐧时，安装模板、普通钢筋及预埋件等③预应力张拉时，应先调整初应力𝛔𝟎，该初应力宜为张拉控制应力𝛔𝐜𝐨𝐧的10%~15%,伸长值应从初应力时测量a)张拉程序4.4预应力混凝土工程预应力损失包括如下几个部分b)预应力损失(先张法、后张法)①预应力钢筋与管道的摩擦(后张法)②锚具变形③台座温差(先张法)④混凝土弹性压缩⑤预应力钢筋应力松弛⑥混凝土收缩徐变应力松弛指钢材在常温、高应力状态下由于塑性变形而使应力随时间的延续而降低的线性。该现象在张拉后的头几分钟发展得特别快，往后趋于缓慢。3）预应力放张4.4预应力混凝土工程砼强度达到设计规定的数值(不小于设计强度等级的75%)后，才可放松预应力筋。a)放张顺序①轴心受预压构件，所有预应力筋应同时放张；②偏心受预压构件，应先同时放张预压力较小区域的预应力筋，再同时放张预压力较大区域的预应力筋；③不能满足上述要求时，应分阶段、对称、交错地放张，防止构件在放张过程中产生弯曲、裂纹或预应力筋断裂。b)放张方法长线台座上放松后预应力筋的切断顺序，一般由放松端开始,逐次切向另一端。①台座法张拉预应力筋时，应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋，避免台座承受过大的偏心压力。②采用应力控制法张拉时，应校核预应力筋的伸长值。当实际伸长值与计算伸长值的偏差大于±6%时，应暂停张拉，查明原因并采取措施调整后，方可继续张拉。③多根预应力筋同时张拉时，须事先调整初应力，使相互间的应力一致。预应力筋张拉锚固后的实际预应力值与设计规定检验值的相对允许偏差为±5%。4）先张法施工注意事项4.4预应力混凝土工程④施工中必须注意安全，严禁正对钢筋张拉的两端站立人员，防止断筋回弹伤人。预应力筋张拉安全防护活动横梁固定横梁工具锚台座式千斤顶高压油泵墩式台座预应力筋后张法是先制作构件并预留孔道，待构件砼达到规定强度后，在孔道内穿入预应力筋，张拉并锚固，然后孔道灌浆。点击后张法施工动画后张法不需台座，构件在张拉过程中完成砼的弹性压缩。广泛应用于现场生产的大型预应力构件和现浇砼结构中。T梁预应力张拉2后张法施工P1984.4预应力混凝土工程后张法施工工艺示意图4.4预应力混凝土工程铺底模、钢筋及侧模埋管制孔浇筑混凝土制作混凝土试块抽管、养护拆模穿筋锚具制作预应力筋制作张拉预应力筋张拉机具准备压混凝土试块孔道灌浆灌浆机具准备制作砂浆试块压砂浆试块构件起吊运输4.4预应力混凝土工程先张法施工工序后张法施工工序预应力筋的孔道形状有直线、曲线和折线三种，其直径与布置根据构件的受力性能、张拉锚固体系特点及尺寸确定。预制构件的孔道留设现浇构件的孔道留设4.4预应力混凝土工程1）孔道留设P198粗钢筋的孔道直径应比对焊接头外径或需穿过孔道的锚具、连接器外径大10～15mm；钢丝、钢铰线的孔道直径应比预应力束外径或锚具外径大5～10mm，且孔道面积宜为预应力筋净面积的3～4倍。①孔道直径孔道至构件边缘的净距不小于40mm，孔道之间的净距不小于50mm；端部的预埋钢板应垂直于孔道中心线；凡需起拱的构件，预留孔道应随构件同时起拱。4.4预应力混凝土工程②孔道布置③孔道成型方法P198孔道成型有钢管抽芯法、胶管抽芯法和埋管法。孔道成型的要求是：孔道的尺寸与位置正确，孔道平顺，接头不漏浆。钢管要求平直、表面光滑，每根不超过15m，以便转动与抽管。固定钢管用的钢筋井架间距不宜大于1m，并与钢筋骨架扎牢A钢管抽芯法(适用于直线孔道)钢管固定井字架防止粘结措施：浇筑后，每隔10～15min时间转动钢管（两根钢管时，旋转方向要相反）；抽管时机：初凝后、终凝前，以手指按压砼，无明显压痕又不沾浆即可抽管；常温下一般在砼浇筑后3～5h；抽管顺序：先上后下；先中间，后周边；当部分孔道有扩孔时，先抽无扩孔管道，后抽扩孔管道；抽管时边抽边转、速