5预应力混凝土工程

建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院5预应力混凝土工程主要内容：预应力混凝土工程的先张法、后张法的施工工艺，机具设备和施工方法。电热张法、无粘结预应力混凝土施工原理、特点及应用。学习要求：了解预应力混凝土的概念，及其在工程应用中的优点；熟悉预应力混凝土的材料品种、规格及要求；建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院熟悉先张法、后张法、电热张法的施工工艺；掌握先张法、预应力筋的控制应力、张拉程序和放张顺序的确定和注意事项；掌握后张法孔道留设、锚具选择、预应力筋的张拉顺序、孔道灌浆等施工方法及注意要点；了解电热张法、无粘结预应力混凝土施工原理及应用；熟悉预应力混凝土质量保证措施及安全技术。建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院预应力混凝土能充分发挥高强度钢材的作用，即在外荷载作用于构件之前，利用钢筋张拉后的弹性回缩，对构件受拉区的混凝土预先施加压力，产生预压应力，使混凝土结构在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，可以提高构件的承载能力。当构件在荷载作用下产生拉应力时，首先抵消预应力，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。这种利用钢筋对受拉区混凝土施加预压应力的钢筋混凝土，叫做预应力混凝土。建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院预加应力的方法，可以分为先张法和后张法两类。先张法是先张拉钢筋，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。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。为了达到较高的预应力值，宜优先采用高标号混凝土当采用冷拉HRB335、HRB400钢筋和冷轧带肋钢筋作预应力钢筋时，其混凝土强度不宜低于C30；当采用消除应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院5.1先张法5.3无粘结预应力混凝土施工本章内容5.2后张法5.4质量检查与安全措施建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院5.1先张法先张法：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(≥设计强度75%)，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。先张法生产示意图见图5.1所示。建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院图5.1先张法（台座）生产示意图(a)预应力筋张拉；(b)混凝土灌注；(c)放松预应力筋1—台座承力结构；2—横梁；3—台面；4—预应力筋；5—锚固夹具；6—混凝土构件建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院先张法一般用于预制构件厂生产定型的中小型构件，如楼板、屋面板、檩条及吊车梁等。先张法生产时，可采用台座法和机组流水法。采用台座法时，预应力筋的张拉、锚固，混凝土的浇筑、养护及预应力筋放松等均在台座上进行；预应力筋放松前，其拉力由台座承受。采用机组流水法时，构件连同钢模通过固定的机组，按流水方式完成（张拉、锚固、混凝土浇筑和养护）每一生产过程；预应力筋放松前，其拉力由钢模承受。建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院5.1.1台座台座由台面、横梁和承力结构等组成，是先张法生产的主要设备。预应力筋张拉、锚固，混凝土浇筑、振捣和养护及预应力筋放松等全部施工过程都在台座上完成；预应力筋放松前，台座承受全部预应力筋的拉力。因此，台座应有足够的强度、刚度和稳定性。台座按构造形式分：敦式台座和槽式台座。墩式台座由台墩、台面与横梁等组成。台墩和台面共同承受拉力。墩式台座用以生产各种形式的中小型构件。一般100—150m长，2—4m宽。1、墩式台座建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院图5.2墩式台座1—混凝土墩座；2—横梁；3—局部加厚台面；4—预应力筋建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院①台墩台墩是承力结构，由钢筋混凝土浇筑而成。承力台墩设计时，应进行稳定性和强度验算。稳定性验算一般包括抗倾覆验算与抗滑移验算。抗倾覆系数不得小于1.5，抗滑移系数不得小于1.3。A、抗倾覆验算的计算简图如图5.3所示，按下式计算：建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院式中K0—台座的抗倾覆安全系数；M—由张拉力产生的倾覆力矩，kN·m；M=T·ee—张拉合力T的作用点到倾覆转动点o的力臂，m；M′—抗倾覆力矩，kN·m。M′=G1·l1+G2·l2建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院11.3eTKTB、抗滑移能力按下式验算：式中Ke—抗滑移安全系数；T—张拉力合力，kN；T1—抗滑移的力，kN；对于独立的台墩，由侧壁土压力和底部摩阻力等产生；对与台面共同工作的台墩，其水平推力几乎全部传给台面，不存在滑移问题，可不作抗滑移计算，此时应验算台面的强度。建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院②台面台面是预应力构件成型的胎模，要求地基坚实平整，它是在厚150mm夯实碎石垫层上，浇筑60～80mm厚C20混凝土面层，原浆压实抹光而成。台面要求坚硬、平整、光滑，沿其纵向有3%的排水坡度。③横梁横梁以墩座牛腿为支承点安装其上，是锚固夹具临时固定预应力筋的支承点，也是张拉机械张拉预应力筋的支座。横梁常采用型钢或钢筋混凝土制作。建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院2、槽式台座槽式台座由端柱、传力柱、横梁和台面组成。槽式台座既可承受拉力，又可作蒸汽养护槽，适用于张拉吨位较高的大型构件，如屋架、吊车梁等。槽式台座构造如图5.5所示。槽式台座需进行强度和稳定性计算。端柱和传力柱的强度按钢筋混凝土结构偏心受压构件计算。槽式台座端柱抗倾覆力矩由端柱、横梁自重力矩及部分张拉力矩组成。1.钢混端柱2.砖墙3.下横梁4.上横梁5.传力柱6.柱垫建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院5.1.2夹具(1)圆锥齿板式夹具（锥销夹具）可分为圆锥齿板式夹具和圆锥槽式夹具，如图5.6所示。夹具是先张法构件施工时保持预应力筋拉力，并将其固定在张拉台座（或设备）上的临时性锚固装置。按其工作用途不同分为锚固夹具和张拉夹具。1、锚固夹具6建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院(2)固定端镦头夹具如图5.7所示，采用镦头夹具时，将预应力筋端部热镦或冷镦，通过承力分孔板锚固。7建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院2、张拉夹具张拉夹具是夹持住预应力筋后，与张拉机械连接起来进行预应力筋张拉的机具。常用的张拉夹具有月牙形夹具、偏心式夹具、楔形夹具等，如图5.8所示，适用于张拉钢丝和直径16mm以下的钢筋。建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院5.1.3张拉设备张拉机具的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍；张拉机具的张拉行程不小于预应力筋伸长值的1.1～1.3倍。常用的设备有油压千斤顶、卷扬机、电动螺杆张拉机。1、油压千斤顶——可用来张拉单根和多根成组的预应力钢筋，可直接从油压表的读书求得张拉应力值。一般适用与较粗的钢筋，拉伸长度较小。2、卷扬机——在长线台座上张拉钢筋时，由于千斤顶行程不能满足要求，小直径钢筋用卷扬机张拉，用杠杆或弹簧测力。3、电动螺杆张拉机——由螺杆、电动机、变速箱、测力计及顶杆组成。可单根张拉预应力钢丝或钢筋。运行稳定、速度快、行程大。建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院油压千斤顶多根成组张拉1—台座；2、3—前后横梁；4—钢筋；5、6—拉力架横梁；7—大螺丝；8—油压千斤顶；9—放松装置建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院5.1.4.1预应力筋的铺设、张拉5.1.4先张法施工工艺预应力筋的张拉混凝土的浇注与养护预应力筋放张1、张拉准备预应力筋铺设前先做好非油脂隔离层，碳素钢丝表面可刻痕或压波以增加其和混凝土的粘结力，钢丝接长可借助钢丝拼接器用20—22号铁丝密排绑扎。绑扎长度：冷拔低碳钢丝不得小于40倍钢丝直径；高强度钢丝不得小于80倍钢丝直径建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院预应力筋的张拉控制应力，应符合设计要求。施工中预应力筋需要超张拉时，可比设计要求提高3%～5%，但其最大张拉控制应力不得超过表5.1的规定。2、预应力筋张拉应力的确定表5.1张拉控制应力限值钢筋种类张拉方法先张法后张法消除应力钢丝、钢绞线热处理钢筋0.75fptk0.70fptk0.75fptk0.65fptk注：fptk为预应力筋极限抗拉强度标准值建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院(1):(%)conpPmAnmconp单位kN超张拉百分比:张拉控制应力A:预应力筋截面积n:同时张拉的钢筋根数3、张拉力的计算建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院2minconconcon0105%0103%持荷4、张拉程序两种方式：其中σcon为预应力筋的张拉控制应力为了减少应力松弛损失，预应力钢筋宜采用的超辣5%并持荷2min的张拉程序。预应力钢丝张拉工作量大时，宜采用一次超辣3%的张拉程序建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院5、预应力筋伸长值与应力测定pconspsFLLLEAEFP——预应力筋平均张拉力，kN；轴线张拉取张拉端的拉力；两端张拉的曲线筋取张拉端的拉力与跨中扣除孔道摩阻损失后拉力的平均值；L——预应力筋的长度，mm；AP——预应力筋的截面面积，mm2；ES——预应力筋的弹性模量，kN/mm2。(1)预应力钢筋的张拉力，一般用伸长值校核，偏差不超过±6%。预应力筋理论伸长值ΔL按下式计算：建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院预应力筋的实际伸长值，宜在初应力约为10%σcon时测量，并加初应力以内的推算伸长值。(2)预应力钢丝，不做伸长值校核，但在钢丝锚固后，用钢丝测力计测定钢丝应力。偏差在整个构件全部预应力钢丝预应力总值的5%范围内。国产2CN-1型钢丝内力测定仪如图5.13所示。建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院5.1.4.2混凝土的浇筑与养护1.为了减少混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失，在确定混凝土配合比时，应优先选用干缩性小的水泥，采用低水灰比，控制水泥用量，对骨料采取良好的级配等技术措施。①混凝土的收缩是水泥浆在硬化过程中脱水密结和形成的毛细孔压缩的结果。②混凝土的徐变是荷载长期作用下混凝土的塑性变形，因水泥石内凝胶体的存在而产生。2.预应力钢丝张拉、绑扎钢筋、预埋铁件安装及立模工作完成后，应立即浇筑混凝土，每条生产线应一次连续浇筑完成。建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院3.采用机械振捣密实时，要避免碰撞钢丝。混凝土未达到一定强度前，不允许碰撞或踩踏钢丝。4.预应力混凝土可采用自然养护或湿热养护，自然养护不得少于14d。干硬性混凝土浇筑完毕后，应立即覆盖进行养护。5.当预应力混凝土采用湿热养护时，要尽量减少由于温度升高而引起的预应力损失。6.为了减少温差造成的应力损失，采用湿热养护时，在混凝土未达到一定强度前，温差不要太大，一般不超过20°C。建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院5.1.4.3预应力筋放张预应力筋放张时，应缓慢放松锚固装置，使各根预应力筋缓慢放松。预应力筋放张顺序应符合设计要求，当设计未规定时，可按下列要求进行：承受轴心预应力的构件所有预应力筋应同时放张；承受偏心预压力构件，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。长线台座生产的预应力钢丝构件，剪断钢丝宜从台座中部开始；叠层生产的预应力构件，宜按自上而下的顺序进行放松；板类构件放松时，从两边逐渐向中心进行。1、放张顺序建筑施工技术开封大学土木建筑工程学院(1)对于中小型预应力混凝土构件，预应力钢丝的放张宜从生产线中间处开始，以减少回弹量且有利于脱模；对于构件应从外向内对称、交错逐根放张，以免构件扭转、端部开裂或钢丝断裂。(2)放张单根预应力筋，一般采用千斤顶放张，如图5.16(a)所示。(3)构件预应力筋较多时，整批同