5 预应力混凝土工程

土木工程施工1第5章预应力混凝土工程土木工程施工2预应力混凝土定义预应力混凝土：在投入使用经受载荷之前，预先建立混凝土的内(压)应力，其大小能抵消或减少使用载荷作用产生的(拉)应力，并提高构件的抗裂度和刚度，预压应力是通过张拉预应力筋实现的。普通钢筋混凝土构件的极限抗拉应变只有：0.001~0.0015，此时钢筋受拉力：20~30N/mm2；钢筋的抗拉能力得不到发挥。5-1、概述：土木工程施工3预应力混凝土分类•按应力分布范围：–全预应力混凝土；–部分预应力混凝土；•施加预应力工艺：–先张法/后张法/自应力混凝土；–有粘结/无粘结预应力混凝土；–预制/现浇/叠合预应力混凝土；•预应力混凝土是土木工程的一门高技术，1928年由法国人弗来西奈成功后，在世界各国得到广泛应用。它是衡量建筑技术先进的重要标志之一。土木工程施工4•根据现行国家标准，用于预应力混凝土结构中的预应力钢筋有以下几种（图5-1）：a,热处理钢筋；b,刻痕钢丝；c,螺旋肋钢丝；d,钢绞线图5-1预应力混凝土用钢筋5.1.2材料和机具要求土木工程施工对钢材的要求：①强度高;②具有一定的塑性：冷扎钢筋Δ6%;钢丝钢绞线4%③与混凝土有良好的粘接度：光面钢丝表面刻痕或压波钢筋：II,III级热轧或热处理钢筋；钢丝：高碳素钢丝或冷拔低碳钢丝5土木工程施工61.热处理钢筋热处理钢筋是由特定强度的热轧钢筋通过加热、淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。热处理后，钢筋强度能得到较大幅度提高，而塑性降低并不多。2.高强度钢丝预应力混凝土结构常用的高强钢丝，按交货状态分为冷拉和矫直回火两种，按外形分为光面并经消除应力的高强度圆形钢丝、刻痕钢丝和螺旋肋钢丝等。土木工程施工73.钢绞线预应力混凝土用钢绞线用冷拔钢丝制造而成，方法是在绞线机上以一种稍粗的直钢丝为中心，其余钢丝围绕其进行螺旋状绞合，再经低温回火处理即可。钢绞线规格有2股、3股、7股、19股等，常用的是3股、7股钢绞线。土木工程施工8①高强度。混凝土强度等级不宜低于C40。②收缩小，徐变小，弹性模量高；③快硬早强；④不能掺用对钢筋有侵蚀作用的氯盐、氯化钠等，通常用C40~C50;少数C60~C80，一般不低于C30；对混凝土要求土木工程施工95.2先张法先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋，然后浇筑混凝土，待混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75％，放张预应力筋，借助于混凝土与预应力筋的粘结，对混凝土施加预应力的施工工艺，如图5-2所示。适用范围：预制厂批量生产预应力混凝土构件土木工程施工105.2先张法图5-2先张法施工工艺流程1—台座；2—横梁；3—台座面；4—预应力筋，5—夹具，6—混凝土构件土木工程施工115.2.1、先张法施工工艺土木工程施工125.2.2施工设备一、台座1）墩式台座。墩式台座是由传力墩、台面和横梁组成图4-55墩式台座1—混凝土墩；2—横梁；3—台面；4—预应力筋土木工程施工132）槽式台座槽式台座是由端柱，传力柱和上、下横梁以及砖墙组成的，端柱（传力柱）又叫钢筋混凝土压杆。台座的长度一般不超过50m，承载力可大于1000kN以上。为了便于浇筑混凝土和蒸汽养护，槽式台座一般低于地面。1----压杆；2----砖墙；3----下横梁；4----上横梁土木工程施工14图锥形夹具示意图1-套筒，2-齿板，3-锥销，4-定位板，5-预应力筋二．夹具（1）锥形夹具土木工程施工15它是利用预应力钢筋末端缴粗加以固定的，墩头卡在锚固垫板上。这种镦头锚具用于预应力筋的固定端。如图5-6所示。1-锚固板，2—镦粗头；3-预应力筋（2）镦头锚具。土木工程施工16由圆锥孔形套筒和三个夹片组成（图5-7）。套筒和夹片均由45号钢制作。它是利用挤压摩擦阻力自锁固定的。图5-7，1-套筒，2-夹片，3-预应力筋；（3）圆套筒三片式夹具。土木工程施工17a）圆锥齿板式；b）圆锥槽式；c）锲形1—套筒；2—齿板；3—钢丝4—锥塞；5—锚板；6—锲块（4）钢丝用锚固夹具土木工程施工18土木工程施工19土木工程施工20a）钳式；b）偏心式；c）锲形1—钢丝；2—钳齿；3—拉钩；4—偏心齿条；5—拉环；6—锚板；7—锲块钢丝的张拉端夹具土木工程施工21张拉设备1、电动螺杆张拉1—电动机；2—手柄；3—前限位开关；4—后限位开关；5—减速箱；6—夹具；7—测力器；8—计量标尺；9—螺杆土木工程施工图4-57电动螺杆张拉机的工作原理土木工程施工232、液压的液压千斤顶1—台模；2、3—前后横梁；4—钢筋；5、6—拉力架横梁；7—大螺丝杆；8—油压千斤顶；9—放松装置土木工程施工245.2.2施工工艺1．预应力钢筋的张拉1)预应力筋的就位：钢筋的定位板必须安装准确，定位板的挠度不应大于lmm，横梁挠度不大于2mm。2)张拉控制应力的确定。预应力筋的张拉控制应力，应按设计规定数值选用。土木工程施工253)张拉程序的确定。超张拉法•0→1.05σcon（持荷2分钟）→σcon或一次张拉法：0→1.03σcon（fpyk屈服强度；fptk极限强度）钢筋种类张拉方法超张最大控制应力先张法后张法预应力钢丝、钢铰线0.75fptk0.75fptk0.80fptk热处理钢筋0.70fptk0.75fptk精轧螺纹钢筋0.85fpyk0.95fpyk表4-22张拉控制应力限值σcon土木工程施工264）预应力筋的检查。•应严格控制多根钢筋之间内应力的一致性，避免产生因内力大小不均而导致应力集中现象。•多根钢丝同时进行张拉完毕后，应抽查钢丝的内应力值，一根钢丝的预应力值的偏差，不得大于或小于按一个构件全部钢丝预应力总值的5％，避免各钢丝受力的不均衡性。土木工程施工274）预应力筋的检查。•预应力筋张拉后，对设计位置的偏差不得超过5mm，同时也不得大于构件截面最短边尺寸的4%。否则，将会影响设计的受力状况。•应合理确定截面内预应力筋的张拉顺序，原则上应尽量避免使台座承受过大的偏心压力，故宜先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋，防止台座产生弯曲变形。土木工程施工282．混凝土的浇筑•预应力混凝土构件的混凝土浇筑，应一次连续浇筑完成，不允许留设施工缝。•尽可能采用低水灰比，控制水泥用量，选用级配优良的骨料。•浇筑时应充分捣实，尤其要注意靠近端部混凝土的密实度。这些都是为了减少混凝土在预加应力作用下的收缩和徐变值，从而减小应力损失。土木工程施工29•放张时混凝土的强度不得低于设计强度标准值的75％。具体放张时间要通过同条件养护的混凝土试块试压结果决定。•按照以下原则进行放张：1）对于轴心受压构件，所有预应力筋应同时放张，避免产生偏心受压现象；3．预应力筋的放张土木工程施工302）对于偏心受压构件，应先同时放张预压力较小区域内的预应力筋，然后再同时放张压力较大区域内的预应力筋，否则，容易产生弯曲或裂缝。3）如果按上述二原则放张有困难时，则应分阶段、对称、相互交错地进行放张，这样可以防止在放张过程中构件翘曲或裂缝。土木工程施工31对预应力筋配置较多的构件，不允许采用剪断或割断等方式突然放张，应进行缓慢放张。图5-11砂箱放张装置土木工程施工32•楔块（图5-12）进行缓慢放张。图5-12土木工程施工335-3后张法预应力施工定义：后张法是先制作构件或结构，待混凝土达到一定强度后，在构件，或结构上张拉预应力筋的方法。后张法预应力施工，不需要台座设备，灵活性大，广泛用于施工现场生产大型预制预应力混凝土构件和就地浇筑预应力混凝土结构。后张法预应力施工，又可分为有粘结预应力施工和无粘结预应力施工两类。•适用范围：现场生产大型预应力构件、各种特殊结构和构筑物，也可作为预制构件的拼装。土木工程施工34土木工程施工35土木工程施工365.3.1锚具和预应力筋制作1.常用锚具(1)螺纹端杆锚具。螺纹端杆锚具它由螺纹端杆、螺母和垫板组成，如图5-13所示，是单根预应力粗钢筋张拉端常用的锚具。图5-13螺杆锚具a--螺杆，b--螺母，c--垫板土木工程施工37•(2)帮条锚具。帮条锚具（图5-14）由帮条和衬板组成。帮条筋采用与预应力筋同级钢筋，而衬板则可用普通低碳钢钢板，焊条应选用E5003。焊接帮条时，三根帮条与衬板相接触面应在同一垂直平面上，防止受力后产生扭曲。图5-14土木工程施工38•（3）钢质锥形锚具。钢质锥形锚具（下图）由锚塞和锚环组成。一般适用于锚固碳素钢丝束，可锚固12～24根钢丝。锚塞和锚环均用45号钢制作。锚塞和锚环的锥度应严格保持一致，保证对钢丝的挤压力均匀，不致影响摩擦阻力。图5-15土木工程施工39（4）镦头锚具。镦头锚具由锚环、锚板和螺母组成（图5-16）。镦头锚具适用锚固12～24根碳素钢丝。图5-16土木工程施工40（5）锥形螺杆锚具。锥形螺杆锚具是由锥形螺杆、套筒、螺母和垫板组成（图5-17）。该锚具适用于14～28根碳素钢丝的锚固。图5-17锥形螺纹锚具土木工程施工41•（6）JM－12型锚具。JM－12锚具由锚环和夹片组成（图5-18）。多用于钢绞线束的锚固。JM－12锚具有良好的锚固性能，预应力筋滑移量比较小，施工方便，但是加工量大且成本高。图5-18土木工程施工42（7）多孔夹片锚具。它也称群锚，由多孔的锚板与夹片组成（图5-19）。在每个锥形孔内装一副夹片，夹持一根钢绞线。这种锚具的优点是每束钢绞线的根数不受限制；任何一根钢绞线锚固失效，都不会引起整束锚固失效。图5-19土木工程施工43XM型土木工程施工44c)QM型锚具及配件（中国建筑科学院）1—锚板；2—夹片；3—钢绞线；4—喇叭形铸铁垫板；5—螺旋筋；6—预留孔道用的螺旋管；7—灌浆孔；8—锚垫板土木工程施工45土木工程施工46（3）握裹式a)挤压锚具的构造土木工程施工47b)多根钢绞线压花锚具土木工程施工48b)多根钢绞线压花锚具土木工程施工49土木工程施工50（4）连接器a)锚头连接器1—波纹管；2—螺旋筋；3—铸铁喇叭管：4—挤压锚具；5—连接体；6—夹片；7—白铁护套；8—钢绞线；9—钢环；10—打包钢条设置在构件端部，用于锚固前段钢绞线束，并连接后段束土木工程施工51c)接长连接器1—波纹管；2—白铁护套；3—挤压锚具；4—锚板；5—钢绞线；6—钢环；7—打包钢条土木工程施工522．预应力筋的制作（1）单根粗钢筋下料。取决于锚具和张拉方式1）当预应力筋两端采用螺杆锚具（图5-20a）时，其成品全长L1（包括螺杆全长）为L1=l＋2l2土木工程施工2．预应力筋的制作•单根预应力钢筋主要采用φ12~φ24冷拉的II\III\IV钢筋;•两端张拉:两端螺丝端杆锚具;•一端锚固一端张拉:螺丝端杆锚具+敦头锚具螺丝端杆锚具+棒条锚具•下料尺寸考虑:结构孔道长度\锚具厚度\千斤顶长度\焊接接头或敦头的预流量\冷拉伸长值\弹性回缩量\张拉伸长值53土木工程施工542．预应力筋的制作（1）单根粗钢筋下料。取决于锚具和张拉方式式中l——构件孔道长度；l2——螺杆伸出构件外的长度，按下式计算张拉端l2＝2H＋h＋5mm锚固端l2＝H＋h＋10mm式中H、h——螺母高度和垫板厚度。预应力筋钢筋下料长度L0为:L=L1−2l1式中l1——螺杆长度。土木工程施工55带焊接接头预应力筋钢筋下料长度为式中l0——每个对焊接头的压缩长度，根据焊时所需要的闪光留量和顶锻留量而定；n——对焊接头的数量。图5-20l2——螺杆伸出构件外的长度l1——螺杆长度012122土木工程施工562）当预应力筋一端用螺丝端杆，另一端用帮条（或镦头）锚具（图b）时式中l3——镦头或帮条锚具长度（包括垫板厚度h）。土木工程施工57（2）钢筋束、钢绞线预应力筋制作及锚具。1）锚具：JM型锚具；XM型锚具；穿心式千斤顶张拉2）预应力筋制作：开盘冷拉----下料----编束（砂轮锯切割而非电弧切割）图5-211231232(100)2(100)LllllLllll两端张拉：一端张拉：123----------------llll构件孔道长度；夹片式工作锚厚度穿心