06 第六章 预应力混凝土工程

第六章预应力混凝土工程概述§6-1先张法§6-2后张法§6-3无粘结预应力混凝土施工概述一、预应力混凝土原理：在构件受拉区的混凝土预先施加压力，产生预压应力，当构件在外荷载作用下产生拉应力时，首先要抵消预压应力，然后随着荷载不断增加，受拉区混凝土才受拉开裂，从而延迟了构件裂缝的出现和限制了裂缝的开展，提高了构件的抗裂度和刚度。使混凝土结构在荷载作用状态下充分发挥钢筋抗拉强度高和混凝土抗压能力强的特点，提高构件的承载能力，并使高强钢材在钢筋混凝土构件中得到应用。二、施加预应力的目的：1、提高结构或构件的抗裂度；2、提高结构或构件的刚度；3、充分发挥高强钢材的作用；4、把散件拼成整体。三、预应力混凝土的施工方法：1、先张法先张拉钢筋，后浇筑混凝土，预应力靠钢筋与混凝土之间的粘结力传递给混凝土。2、后张法后张法是先浇筑混凝土并预留孔道，待混凝土达到一定强度后张拉钢筋，预应力靠锚具传递给混凝土。§6-1先张法一、概念：在浇筑混凝土构件之前将预应力筋张拉到设计控制应力，用夹具将其临时固定在台座或钢模上，进行绑扎钢筋，安装铁件，支设模板，然后浇筑混凝土；待混凝土达到规定的强度，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结力时，放松预应力筋，借助于它们之间的粘结力，在预应力筋弹性回缩时，使混凝土构件受拉区的混凝土获得预压应力。二、适用：构件厂生产中小型构件（如空心板、屋面板、走道板、平板、天沟板、吊车梁、薄腹梁……）夹具横梁台座预应力筋台面A、张拉预应力筋混凝土构件B、浇筑混凝土构件C、放张施加预应力三、先张法施工的设备：（一）台座：1、墩式台座（1）组成：台墩、台面、横梁（2）用途：用于以钢丝为预应力筋的中小型构件。长度100～150m。（3）台座设计：A.抗倾覆稳定性验算K=M/M′≥K1=1.5M——抗倾覆力矩M′——倾覆力矩K1——抗倾覆系数B.抗滑移稳定性验算K=（N+EP+F）/T≥K2=1.3N——台面抗滑移EP——台座前被动土压力F——台座与土的摩阻力T——滑移力K2——抗滑移系数C.强度验算横梁——均布荷载的简支梁牛腿——按牛腿台墩外伸部分——偏心受压台面——轴心受压重力式墩式台座的几种形式与台面共同作用式构架式桩基构架式锚桩式台座2、槽式台座（1）组成：钢筋混凝土传力柱、上下横梁、台面、砖墙（2）用途：用于张拉力和倾覆力矩都较大的中小型双向预应力构件。易于蒸汽养护，长度45～76m。（3）台座设计：横梁——均布荷载的简支梁端部传力柱——偏心受压、抗倾覆稳验算中间传力柱——偏心受压槽式台座压杆砖墙上横梁下横梁砖墙压杆（二）夹具：1、锚固夹具：（1）锥销夹具（2）穿心式夹具（锚片夹具）适用锚固单根直径12～14预应力筋。（2）镦头夹具——带槽螺栓、梳子板。适用：冷拉筋、冷拔丝、碳素钢丝。（3）楔形夹具2、张拉夹具：（1）偏心式夹具（2）楔形张拉夹具（3）偏心式夹具（4）单根粗钢筋螺杆夹具锥销夹具穿心式夹具（三片式锚片夹具）方套筒二片式夹具穿心式夹具（二片式锚片夹具）固定端镦头夹具单根镦头钢筋螺杆夹具高强镦头钢丝用梳筋板夹具接千斤顶镦头梳筋板夹具（制作预应力圆孔板用）（三）张拉设备1、要求：简单可靠，能准确控制内力，能以稳定的速率增大拉力。2、设备：（1）卷扬机＋滑车组：用弹簧测力计或杠杆测力计测定张拉力。（2）电动螺杆张拉机：用弹簧测力计或杠杆测力计测定张拉力。拉力30～60t、行程800mm，用于钢筋、钢丝。（3）千斤顶：用油压表测定张拉力。拉杆式（YL）——粗钢筋或钢丝束穿心式（YC）——钢丝束、钢筋束和钢绞线束锥锚式（YZ）——钢丝束拉杆式千斤顶张拉钩连接套筒承力架电动螺杆张拉机的工作原理图四、先张法施工工艺准备台座→刷隔离剂→安放预应力钢筋→张拉固定钢筋→立模板、安钢筋和预埋件→浇混凝土→养护→放松预应力钢筋→预留试块→试压（一）预应力筋张拉：1、张拉程序（1）0→1.05σcon（持荷2分钟）→σcon超张拉5%并持荷2分钟的目的：加速钢筋松弛的早期发展。（2）0→1.03σcon超张拉3%目的：弥补钢筋松弛引起的预应力损失。fptk：极限抗拉强度标准值fpyk：屈服强度标准值预应力筋种类σcomσmax碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线0.75fptk0.80fptk热处理钢筋、冷拔低碳钢丝0.70fptk0.75fptk冷拉钢筋0.90fpyk0.95fpyk2、控制应力及最大应力：超张拉可比设计要求提高5%，但最大张拉控制应力不得超过下列规定：3、张拉要点：（1）从台座中间向两侧进行（防偏心损坏台座）；（2）多根成组张拉，初应力应一致(测力计抽查)；（3）拉速平稳，锚固松紧一致，设备缓慢放松；（4）冬施张拉时，温度≮－15℃；（5）注意安全：两端严禁站人，敲击楔块不得过猛。4、张拉偏差：（1）位置：≯5mm且≯构件截面短边的4%；（2）应力：≯5%预应力总值；（3）伸长值：重要结构（吊车梁、屋架）≯设计计算值的10%且≮设计计算值的5%。(二)预应力筋放张：1.条件：混凝土达到设计规定且≮75%强度值后。2.方法：（1）钢丝A.配筋不多：可逐根放张（自中间向两侧），可剪断、锯断。B.配筋多：应同时放张，用放张横梁配合千斤顶、楔块、砂箱等。（2）钢筋A.配筋不多：可逐根放张（自中间向两侧），可熔断、或用楔块、砂箱（固定端）。B.配筋多：应同时放张，用放张横梁配合千斤顶、楔块、砂箱等。配筋多时，不得逐根放张，以防最后放张的钢丝（钢筋）应力增加过大而断裂或使构件端部开裂。3.放张顺序：（1）轴心受压构件：同时放张；（2）偏心受压构件：先同时放张预压应力较小区域的钢筋，再同时放张预压应力较大区域的钢筋；（3）如不能满足上述要求，应分阶段、对称、相互交错放张。横梁螺杆螺母承力板台座钢块钢块钢楔块楔块放张法活塞钢套箱进砂口出砂口砂子钢套箱底板砂箱放张法§6-2后张法一、概念：先制作构件，预留孔道，待构件混凝土达到规定强度后，在孔道内穿入预应力筋进行张拉并加以锚固，最后进行孔道灌浆。借助构件两端的锚具将钢筋的张拉力传给混凝土，使混凝土产生预压应力。二、适用：大构件及结构的现场施工，如屋架、现浇大梁等。三、预应力筋、锚具和张拉机具（一）单根粗钢筋（直径18～36mm）：1、锚具：（1）固定端A.螺丝端杆锚具螺杆45#钢，钢筋冷拉前焊接好；螺母、垫板用Q235钢。B.帮条锚具帮条与预应力筋同级，互成120°，E50焊条；垫板用3#钢。C.镦头锚具（2）张拉端：螺丝端杆锚具螺丝端杆锚具帮条锚具2、张拉千斤顶：（1）拉杆式千斤顶（YL－60）；（2）穿心式千斤顶（YC－60、YC－20、YC－18）。YL-60拉杆式千斤顶YC60型千斤顶配装撑脚和拉杆后的外貌图（二）钢筋束、钢绞线束：1、锚具：（1）固定端A.镦头锚具（固定板）：钢筋可用；B.挤压锚具：钢绞线可用。（2）张拉端A.JM－12型锚具：锚环、夹片用45#钢。可锚3～6根直径12的光圆、螺纹HRB500级筋或钢绞线；B.KT－Z型锚具：可锚3～6根直径12的HRB400~500级筋；C.单孔夹片式锚具：二片式、三夹片（直、斜开缝）D.多孔夹片式锚具：XM型、QM型、OV型、BS型…JM12锚具镦头锚具JM12锚具JM12锚具(a)l1JM12－6锚具KT-Z型锚具锚环锚塞(a)组装图锚环夹片钢绞线(b)锚环(c)三夹片式夹片(e)斜开缝夹片(d)二夹片式夹片单孔夹片式锚具多孔夹片锚固体系多孔锚固体系构造图2、张拉千斤顶：（1）锥锚式千斤顶（YZ60、YZ85）：用于KT－Z、XM型及钢制锥形锚具。（2）穿心式千斤顶（YC60、YC120）：用于KT－Z、XM型及JM－12、JM－15锚具。（3）大孔径穿心式千斤顶（YCD、YCQ、YCW型）：用于大吨位钢绞线束（群锚）。锥锚式千斤顶构造简图YCD型千斤顶工作示意图工具锚缸体顶压器工作锚活塞YCQ型千斤顶的操作顺序（三）钢丝束：1、锚具：（1）固定端：用镦头锚具（锚板）（DM5B）（2）张拉端：A.镦头锚具（DM5A）：锚12～54根φ5钢丝；B.锥形螺杆锚具：由锥形螺杆、套筒、螺母组成，锚14、16、20、24、28根φb5钢丝束等；C.钢质锥形锚具：由锚环、锚塞组成，锚18根以下φ5钢丝。D.XM型锚具（穿心式锚具）：由锚环、夹片组成，锚钢筋、钢筋束、钢铰线束、钢丝束。锥形螺杆锚具钢质锥形锚具镦头锚具2、张拉千斤顶：（1）锥锚双作用千斤顶：用于钢质锥形锚具、XM型锚具；（2）拉杆式千斤顶：用于镦头锚具、锥形螺杆锚具；（3）穿心式千斤顶：用于镦头锚具、锥形螺杆锚具；锥形螺杆锚具的预紧锥形螺杆锚具与拉杆式千斤顶的安装示意图四、预应力筋制作（一）单根粗钢筋的配料：工序：下料→对焊→冷拉。1、当两端采用螺丝端杆锚具时l4钢筋下料长度：l=+n△（1＋δ）（1－δ1）式中：l4——冷拉后长度l4=L－2l5L——预应力筋全长L=l1＋2l2l1——孔道长度l2——螺丝端杆在构件外的外露长度120~150l5——螺丝端杆长度320或370δ——钢筋冷拉δ——钢筋冷拉后弹性回缩率n——对焊接头总数△——每个对焊接头的预留量，取1d2、当一端用螺丝端杆锚具、一端用帮条锚具或镦头锚具时：l4钢筋下料长度：l=+n△（1＋δ）（1－δ1）式中l4=L－l5L=l1＋l2＋l3l3——帮条锚具长度（70~80）或镦头锚具中镦头留量与垫板厚度之和（2.25d＋垫板厚）l3（二）钢筋束和钢铰线束的配料：工序：冷拉→下料→编束。1、两端张拉：l＝l1＋2a2、一端张拉：l＝l1＋a＋bA——张拉端留量（600～850mm，由机具定）B——固定端外露长度（80～100mm）（三）钢丝束的配料：工序：下料→编束→安锚具。下料长度与锚具形式、张拉方法有关。五、施工工艺浇筑混凝土结构或构件（留孔）→养护拆模→（达75%强度后）穿筋张拉→固定→孔道灌浆→（浆达15N/mm2,混凝土达100%后）移动、吊装。（一）孔道留设：1、要求：（1）位置准确；（2）内壁光滑；（3）端部预埋钢板垂直于孔道轴线（中心线）；（4）直径、长度、形状满足设计要求（直径与锚具及筋有关）。2、方法：（1）钢管抽芯法留设直孔，钢管应平直、光滑，用前刷油；每根长≯15米，每端伸出500mm；两根接长，中间用木塞及套管连接；用钢筋井字架固定，@≯1米；浇混凝土后每10～15分钟转动一次；混凝土初凝后、终凝前抽管；抽管先上后下，边转边拔。（灌浆孔间距≯12米）（2）胶管抽芯法留设长孔或曲线孔。充气或充水；钢筋井字架@≯0.5米；混凝土达一定强度（200℃·h）后拔管。（3）埋管法留设长孔或曲线孔。预埋螺旋管，不抽管。可先穿筋，接头严密，有一定刚度；井字架@≯0.8米；灌浆孔间距≯30米；波峰设排气泌水管。胶管与阀门连接钢管的连接胶管的封端处理金属螺旋管螺旋管的连接螺旋管上留灌浆孔螺旋管的固定(二)预应力筋张拉：1、张拉条件：（1）结构的混凝土强度符合设计要求或达75%强度标准值；（2）做好各种准备工作。2、张拉控制应力和超张拉最大应力：（比先张法均低0.05f）3、张拉程序：同先张法。4、张拉方式：（1）对抽芯法：A.长度≤24m直孔——一端张拉（多根筋时，张拉端设在结构两端）；B.长度24m直孔、曲线孔——两端张拉（一端锚固后，另一端补足再锚固）。（2）对埋螺旋管法：A.长度≤30m直孔——一端张拉；B.长度＞30m直孔、曲线孔——两端张拉。5、张拉顺序：预应力筋不能同时张拉时，应分批、分阶段、对称地张拉。张拉顺序应保证混凝土构件尽可能小承受偏心压力。分批张拉，应补偿后批钢筋张拉时混凝土受压变形引起先批张拉钢筋的预应力损失。可将先批张拉钢筋的预应力增加αE·σC（但不应超过最大张拉值），或者补张拉。αE——预应力筋与混凝土弹性模量之比σC——第二批预应力筋张拉时，在已张拉预应力筋处产生的混凝土法向应力。σC=（σcom-σ1x）Ap/Anσcom——控制应力σ1x——第一批变形损失Ap——后批张拉筋面积An——混凝土净截面面积（包括构造钢筋的折算面积6、叠浇构件：自上而下逐层张拉。下层构