桥梁预应力施工技术

桥梁结构中预应力工程施工技术太原市迎宾路桥工程施工项目经理部主讲：史兵松各位同仁晚上好！汇报单位：太原市迎宾路桥工程施工项目经理部汇报人:史兵松☆一、概述☆二、预应力混凝土定义☆三、预应力混凝土分类☆四、常用施工方法☆五、质量控制与检验☆六、预应力施工安全注意事项☆七、结束语目录一、概述近年来，在巨大工程建设任务特别是重点建设项目和大型工程的带动下，我国的混凝土及预应力混凝土工程技术水平有了很大的提高。目前，我国混凝土的年用量约为24～30亿立方米，用于房屋建筑和土木工程的水利、交通、市政等所有行业，从结构材料类型方面来讲，混凝土及预应力混凝土结构约占全部工程结构的90％以上。混凝土预应力混凝土结构将是现阶段乃至未来几十年内我国主导的工程结构形式。二、预应力施工的定义预应力混凝土：预应力混凝土能充分发挥高强度钢材的作用；它是在结构构件承受使用荷载之前，在构件的受拉区域张拉钢筋，利用钢筋张拉后的弹性回缩，对构件受拉区域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。1、改善结构的使用性能，提高结构的耐久性；2、减小构件截面高度，减轻自重；3、充分利用高强钢材；4、具有良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能；提高抗剪承载力；5、提高抗疲劳强度；6、具有良好的经济性。预应力混凝土结构的优点（特点）预应力原理应用木桶木锯虽然预应力混凝土结构是近50年才发展起来，但我们老祖先在预应力应用很多方面都有体现，如木桶、木锯子等预应力原理应用木桶木锯三、预应力分类1.按预应力的大小全部预应力部分预应力2.按施加应力方法先张法预应力后张法预应力自应力预应力3.按预应力筋的粘接状态有粘结预应力无粘结预应力4.按施工方法分为预制法预应力现浇法预应力叠合法预应力3.4、预应力施工材料1、混凝土在预应力混凝土结构中所采用的混凝土应具有高强、轻质和高耐久性的性质。一般要求混凝土的强度等级不低于C30。目前，我国在一些的预应力混凝土结构中，已普片采用C50～C60的高强混凝土，最高混凝土强度等级已达到C80，并逐步向更高强度等级的混凝土发展。国外混凝土的平均抗压强度每10年提高5～10MPa，现已出现抗压强度高达200MPa的混凝土。2、预应力钢筋及分类预应力筋通常由单根或成束的钢丝、钢绞线或钢筋组成。（1）高强钢筋——冷拉热轧低合金钢筋热处理低合金钢筋（2）高强钢丝——冷拉和矫直回火两种，按外形分为光面、刻痕和螺旋肋三种。常用的高强钢丝的直径（mm）有：4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0等几种。（3）钢绞线——是用冷拔钢丝绞扭而成，其方法是在绞线机上以一种稍粗的直钢丝为中心，其余钢丝则围绕其进行螺旋状绞合（下图），再经低温回火处理即可。预应力钢绞线的截面D—钢绞线直径；d0—中心钢丝直径；d—外层钢丝直径（4）无粘结预应力筋——是一种在施加预应力后沿全长与周围混凝土不粘结的预应力筋，它由预应力钢材、涂料层和包裹层组成。a）无粘结预应力筋；b）截面示意无粘结预应力筋1—聚乙烯塑料套管；2—保护油脂；3—钢绞线或钢丝束钢绞线一般由三股、七股Φ3、Φ4或Φ5的高强钢丝用铰盘拧成螺旋状，再经低温回火制成。直径8.6㎜～15.2㎜；1570、1720和1860MPa；弹性模量1.95×105N/mm2.无粘结预应力钢绞线底松弛预应力钢绞线（5）非金属预应力筋——非金属预应力筋主要是指用纤维增强塑料（简称FRP）制成的预应力筋，主要有玻璃纤维增强塑料（GFRP）、芳纶纤维增强塑料（AFRP）及碳纤维增强塑料（CFRP）预应力筋等几种形式3、锚具、夹具及连接器预应力筋用的锚具是在后张法预应力混凝土结构或构件中，为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的锚固装置。锚具按作用类型分：工作锚和工具锚锚具按锚固方式分：支承式、锥塞式、夹片式和握裹式（1）单根粗钢筋锚具①LM型螺丝端杆锚具（张拉端和固定端）；②帮条锚具；③镦头锚具；（2）钢筋束、钢绞线锚具①夹片式锚具：单孔和多孔。主要品牌有：QM、OVM、BM等。夹片的块数与预应力钢筋或钢绞线的根数相同，夹片呈楔形，其截面为扇形。每一块夹片有二个圆弧形槽，槽内有齿纹，用以锚住预应力钢筋。锚具靠摩擦力锚固预应力筋，依靠摩擦力将预拉力传给夹片。再通过夹片的楔入作用将承压力传给锚环，锚环挤压混凝土（或通过垫板）通过承压力将张拉力传给混凝土构件。扁锚（BM）QM锚具OVM锚具②固定端锚具：挤压锚具和压花锚具。其中挤压锚具既可埋在混凝土内，也可安装在结构之外，对有粘结、无粘结钢绞线都适用，应用范围最广。压花锚具仅用于固定端空间较大且具有足够的粘结长度的情况，但成本最低。挤压锚具压花锚具（3）钢丝束锚具①钢质锥形锚具；②锥型螺杆锚具；③镦头锚具钢质锥形锚具（4）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，适用于张拉钢丝和直径16mm以下的钢筋。①锚固夹具：钢质锥形夹具；墩头夹具②张拉夹具：月牙夹具、偏心式夹具和楔形夹具是用于连接预应力筋的装置。此外还有预应力筋与锚具等组合装配而成的受力单元，如预应力筋-锚具组装件、预应力筋-夹具组装件、预应力筋-连接器组装件等。（5）连接器预应力体系预应力体系预应力体系预应力张拉体系（6）预应力孔道成孔设备预应力孔道按照成孔方式分为预埋成孔和抽拔成孔。A、预埋成孔：将预应力孔道成孔设备按照预应力筋设计三维坐标通过定位钢筋固定在结构体内，混凝土浇筑、养护成型后即形成预应力钢筋孔道。成型孔道材料分为金属波纹管和塑料波纹管金属波纹管塑料波纹管钢管抽芯法：表面圆滑的钢管埋设在模板内预应力筋孔道位置上。在开始浇筑至浇筑后拔管前，间隔一定时间要缓慢匀速地转动钢管；待混凝土初凝后至终凝之前，用卷扬机匀速拔出钢管即在构件中形成孔道。钢管抽芯法只用于留设直线孔道，钢管长度不宜超过15m，钢管两端各伸出构件500mm左右，以便转动和抽管。构件较长时，可采用两根钢管，中间用套管连接。抽管时间与水泥品种、浇筑气温和养护条件有关。采用钢筋束镦头锚具和锥形螺杆锚具留设孔道时，张拉端的扩大孔也可用钢管成型，留孔时应注意端部扩孔应与中间孔道同心。钢管式连接方式B、抽拔式成孔：胶管抽芯法:胶管采用5～7层帆布夹层，壁厚6～7mm的普通橡胶管，用于直线、曲线或折线孔道成型。胶管一端密封，另一端接上阀门，安放在孔道设计位置上；待混凝土初凝后、终凝前，将胶管阀门打开放水（或放气）降压，胶管回缩与混凝土自行脱落。一般按先上后下、先曲后直的顺序将胶管抽出。（7）千斤顶在制作预应力混凝土构件时，对预应力钢筋施加张力。预应力专用液压千斤顶多为双作用式。常用的有穿心式和锥锚式两种。主要由张拉缸、顶压缸、顶压活塞及弹簧等部分组成。它的特点是：沿拉伸机轴心有一穿心孔道，钢筋(或钢丝)穿入后由尾部的工具锚锚固。张拉时，打开前后油嘴，从后油嘴向张拉工作油室内供油，张拉缸缸体向后移动。由于缸索锚固在千斤顶层部的工具锚上，因此千斤顶通过工具将钢索拉长。当钢索张拉到需要的长度时，关闭后油嘴，从前油嘴进油至顶压缸内，使顶压缸活塞向前伸移而顶住锚塞，并将锚塞压入锚圈中，从而使钢索锚固。打开后油嘴并继续从前油嘴进油，这时张拉缸向前移动，缸内油液回流。最后打开前油嘴，使顶压缸内的油液回流，顶压活塞由于复位弹簧的作用而复还原位。液压穿心式千斤顶前卡式单顶（8）张拉油泵、油表ZB4-500型电动油泵1、压力表应选择防震型；压力表精度不低于0.4级；最小分度值不应大于0.1MPa；表盘量程应在工作最大油压的1.25~2.0倍之间。2、油压表应与千斤顶同时标定，使用过程中与千斤顶一一对应配套使用。最小刻度0.4MPa,防震型，表盘直径不小于15cm。千斤顶、油表的标定张拉用千斤顶于油表应配套标定，配套使用，标定应经在国家授权的法定计量技术机构定期进行，标定式千斤顶活塞的运动方向与实际张拉工作状态一致，当处于一下情况时，应进行重新标定：1、使用超过6个月；2、张拉次数超过200次；3、使用过程中千斤顶或油表出现异常；4、千斤顶检修或更换配件后。：采用测力传感器测量张拉力时，测力传感器应按照相关国家标准的规定每年送检一次。配套标定后的回归分析用最小二乘法来处理一组数据，建立回归方程y=kx+b。其中y:油压；x:压力配套标定后的回归分析千斤顶标定后应进行线性回归分析，回归方程的相关系数不小于0.9999。千斤顶的校验系数不得大于1.05。校验系数=油顶活塞面积×压力表读数/该压力表读数下测力仪读数算术平均值钢种张拉方法先张法后张法清除应力钢丝、钢绞线0.75fptk0.75fptk热处理钢筋0.70fptk0.65fptk冷拉钢筋0.90fpyk0.85fpykjconPPA张拉力的计算1860*0.75*0.139/10*N=张拉控制应力（单位：吨）四、预应力施工方法4.1、先张法施工概念：先张法施工是在浇筑混凝土前在台座上或钢模上张拉预应力筋，并用夹具将张拉完毕的预应力筋临时固定在台座的横梁上或钢模上，然后进行非预应力钢筋的绑扎，支设模板，浇筑混凝土，养护混凝土至设计强度等级的75%以上，放松预应力筋，使混凝土在预应力筋的反弹力作用下，通过混凝土与预应力筋之间的粘结力传递预应力，使得钢筋混凝土构件受拉区的混凝土承受预压应力。施工流程：台座施工铺设、张拉预应力筋临时固定浇筑混凝土养护混凝土至设计强度等级的75%以上放松预应力筋先张法主要工序示意图4.2、后张法施工概念：先制作混凝土构件时，提前在预应力筋的位置留设孔道，待混凝土达到一定的设计强度后，穿入预应力筋，同时用张拉设备张拉预应力筋，并将预应力筋通过锚具锚固在构件的两端，最后进行孔道灌浆。施工流程：台座施工（支架搭设）绑扎钢筋安装波纹管（穿束）安装模板浇筑混凝土养护张拉压浆4.2、后张法工艺（一）孔道留设孔道留设是后张法预应力混凝土构件制作中的关键工序之一。预留孔道的尺寸与位置应正确，孔道应平顺；端部的预埋垫板应垂直于孔道中心线并用螺栓或钉子固定在模板上，以防止浇筑混凝土时发生走动；孔道的直径一般应比预应力筋的外径(包括钢筋对焊接头的外径或需穿入孔道的锚具外径)大10～15mm，以利于预应力筋穿入。为保证预应力筋线性能满足设计的线性，要对预应力孔道进行精确定位，根据预应力筋的布置计算出平纵横三维坐标进行精确定位，直线段定位筋间距不得大于0.8m,曲线段定位筋间距不得大于0.5m。定位筋通常采用U型圆钢制作并固定在普通钢筋上。注意事项：对于大型结构，普通钢筋较密，预应力孔道与普通钢筋空间位置发生干扰是应适当挪动普通钢筋位置。当构造物主筋与孔道位置发生干扰时，应尽量少截断主筋并在截断处采取局部补强措施。成孔用管道应密封良好，接头应严密且不得漏浆；对于孔道较长且呈抛物线性孔道为了保证后期压降密实及空气能及时排处因在最高点设置通气（灌浆）孔，并埋设通气管。曲线预应力筋孔道的每个波峰处，应设置泌水管。泌水管伸出梁面的高度不宜小于0.5m，泌水管也可兼作灌浆孔用孔径不宜小于20㎜。灌浆孔的作法，在螺旋管上开口，用带嘴的塑料弧形压板与海绵垫片覆盖并用铁丝扎牢，再接增强塑料管。，1－螺旋管；2－海绵垫；3－塑料弧形压板；4－塑料管；5－铁丝扎紧（二）下料钢绞线下料长度计算应考虑如下因素：孔道长度、工作锚厚度、穿心式千斤顶长度、工具锚长度1232100Lllll1232100Lllll两端张拉一端张拉1—夹片式工作锚厚度；2—穿心式千斤顶长度；3—夹片式工具锚厚度。钢绞线下料时应采用砂轮切割机切断、使用前因检查切割锯片的质量，断开、开裂的锯片不得使用。严禁采用电弧焊或氧割下料剪短。（三）穿束方