9预应力混凝土工程.

第九章预应力混凝土工程9.1概述混凝土拉应变值为0.0001～0.00015mm，对应的钢筋应力20～30MPa。允许出现裂缝也只限制在0.2～0.3mm，此时对应150～250MPa。HRB335级钢筋的屈服应力为335MPa，可见出现允许最大裂缝时，钢筋的抗拉强度仍未能发挥。联想：普通钢筋混凝土结构抗拉强度低的缺点使混凝土过早开裂，限制自身的发展。能否利用混凝土抗压强度高的特点来帮助抗拉呢？预应力混凝土就是解决这一问题的有效方法。预应力混凝土的概念•预应力混凝土是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，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。预应力混凝土梁结构•普通荷载下，当跨度＞6m，通常选用普通混凝土板；当跨度＞12m通常选用预应力混凝土板。•9m～24m的跨度范围对在普通活载作用下的普通混凝土梁板结构、预应力混凝土梁板结构进行比较分析。预应力混凝土的优点1）提高了构件的抗裂能力，刚度大耐久性，减轻自重，节省材料。在外荷载作用下，只有当混凝土的预应力被全部抵消转而受拉且拉应变超过混凝土的极限拉应变时，构件才会开裂。而普通钢筋混凝土结构中不存在预应力，其开裂荷载的大小仅由混凝土极限抗拉强度（为抗压强度的1/10左右）所决定。因为预应力混凝土构件正常使用时，在荷载效应标准组合下可能不开裂或只有很小的裂缝，混凝土基本上处于弹性阶段工作，因而构件的刚度比普通钢筋混凝土构件有所增大。2）充分利用了高强度材料预应力钢筋先被预拉，而后在外荷载作用下钢筋拉应力进一步增大，应而始终处于高拉应力状态，即能够有效利用高强度钢筋；而且钢筋的强度高，可以减小需要的截面面积。与此同时，应该尽可能采用高强度等级的混凝土，以便与高强度钢筋相配合，获得较经济的构件截面尺寸。3）扩大了构件的应用范围由于预应力混凝土改善了构件的抗裂性能，因而可用于有防水、抗渗透及抗腐蚀要求的环境；采用高强度材料，结构轻巧，刚度大，变形小，可用于大跨度、重荷载及承受反复荷载的结构。预应力混凝土局限性预应力混凝土具有施工工序多、对施工技术要求高且需要张拉设备、锚夹具及劳动力费用高等特点，因此特别适用于普通钢筋混凝土构件力不能及的情形（如大跨度及重荷载结构）；而普通钢筋混凝土构件由于施工较方便、造价较低等特点，应用于允许带裂缝工作的一般工程结构，仍具有强大的生命力。二、预应力混凝土分类和材料•1、预应力混凝土分类⑴先张法和后张法预应力混凝土⑵有粘结和无粘结预应力混凝土⑶全预应力混凝土和部分预应力•2、预应力混凝土材料•预应力筋1.性能要求高强、低松弛、高均匀延伸率2.类型(1)高强钢丝优质碳素钢盘条，经多次冷拔、低温回火消除内应力，直径3~9mm，1470~1860MPa;(2)钢绞线3股或7股钢丝扭成，直径9.5~15.7mm，1570~1960MPa;（3）螺纹钢筋980~1230MPa;⑵预应力混凝土•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，我国在一些重要的预应力混凝土结构中，已开始采用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。高耐久性：控制混凝土中活性碱含量、氯离子含量。9.2先张法一、概述1、概念2、优缺点3、应用：多用于工厂生产中小型构件。常用钢丝或直径不大于16mm冷拉钢筋作预应力筋。压杆砖墙上横梁下横梁砖墙压杆二、设备1、台座①槽式：由传力柱、上下横梁、砖墙等组成，长45～76m，适于双向预应力构件，易于蒸汽养护。②墩式：由传力墩、台面、横梁等组成，长度100～150m，适于中、小型构件。以混凝土墩作承力结构的台座称墩式台座。墩式台座l—混凝土墩；2—钢横梁；3—局部加厚的台面；4—预应力筋2、夹具——临时性，可重复使用1）钢丝夹具①张拉端夹具：锥形、楔形。③张拉机具：小型电动卷扬机。②固定端夹具：偏心式、钳式、楔形。圆套筒二片式夹具固定端镦头夹具2）钢筋夹具•拉杆式千斤顶拉杆式千斤顶张拉原理1一主油缸；2—主缸活塞；3一进油孔；4一回油缸；5一回油活塞；6—回油孔；7—连接器；8—传力架；9—拉杆；10—螺母；11一预应力筋；12一混凝土构件；13—预埋铁板；14—螺丝端杆•张拉机具•锥锚式千斤顶锥锚式千斤顶1—张拉油缸；2—顶压油缸（张拉活塞）；3—顶压活塞；4-弹簧；5—预应力筋；6—楔块；7—对中套；8—锚塞；9—锚环；10—构件•穿心式千斤顶：YC－20型，最大拉力20t、行程200mm，适于12～20单根钢筋。YC-20型千斤顶具和JM型锚的安装1—工作锚；2—YC-20型千斤顶；3—工具锚；4—预应力筋三、施工工艺流程•墩、板式长线台座•线杆连接器四、工艺要点1、张拉控制应力最大张拉控制应力不得超过表9-1规定。2、张拉程序超张拉：是指张拉应力超过规范规定的控制应力值，张拉程序是如果在设计中钢筋的应力松弛损失按一次张拉取值，则张拉程序是2minconcon01.05持荷01.03con超张拉——减少由于钢筋松弛变形造成的预应力损失。（3）预应力筋张拉计算预应力筋张拉力的计算公式：---超张拉系数，取1.03或1.05。---预应力筋张拉控制应力，N/mm2---预应力筋截面面积，mm2pconpAmFconpAm(二）混凝土的浇筑与养护1、浇筑要求：①同一生产线的构件应一次浇筑完毕；②构件应避开温度缝；③振捣时不应碰撞钢丝；④叠层生产时，下层混凝土强度达5MPa，方可浇筑上层构件；⑤混凝土的水灰比应严格控制，振捣应密实。养护混凝土可采用自然养护或湿热养护。进行湿热养护时，由于预应力筋张拉后锚固在台座上，温度升高预应力筋膨胀伸长，使预应力筋的应力减小。在这种情况下混凝土逐渐硬结，而预应力筋由于预应力筋膨胀伸长引起的的应力损失不能恢复。因此，应采取正确的养护制度以减少由于温差引起的预应力损失。一般可采用两次升温的措施：初次升温应在混凝土尚未结硬、未与预应力筋粘结时进行，初次升温的温差一般控制在20℃以内；第二次升温在混凝土构件具备一定强度（7.5~10MPa），即混凝土与预应力筋的粘结力足以抵抗温差变形后，再将温度升到养护温度进行养护，此时，预应力筋将和混凝土一起变形，预应力筋不再引起应力损失.(三）预应力筋放张1、放张要求①混凝土强度应大于75％C设；（重叠生产指最上层构件）②放张过程中，应使预应力构件自由伸缩，避免过大的冲击与偏心。同时还应使台座承受的倾覆力矩及偏心力减小；③保证预应力筋与混凝土之间的粘结。2、放张顺序①轴心受压构件：同时放张。②偏心构件：先同时放张预应力较小区域内的预应力筋；再同时放张预应力较大区域内的预应力筋。③如不能满足上述要求，应分阶段、对称、相互交错进行放张。9.3后张法一、概念、适用性二、设备1、锚具——永久性的，一次性使用预应力筋固定端锚具张拉端锚具张拉设备单根粗钢筋邦条、镦头螺丝端杆拉杆式千斤顶钢筋束镦头JM-12型锥锚式、穿心式钢丝束镦头锥形螺杆钢质锥形同上2、预埋管道——抽芯管（钢管，胶管）、预埋波纹管后张法的特点是直接在构件上张拉预应力筋，构件在张拉过程中受到预压力而完成混凝土的弹性压缩，因此，混凝土的弹性压缩，不直接影响预应力筋有效预应力值的建立。后张法适宜于在施工现场制作大型构件（如屋架等），以避免大型构件长途运输的麻烦。但后张法预应力的传递主要依靠预应力筋两端的锚具，锚具作为预应力筋的组成部分，永远留置在构件上，不能重复使用，这样，不仅需要耗用钢材多，而且锚具加工要求高，费用昂贵，加上后张法工艺本身要预留孔道、穿筋、张拉、灌浆等因素，故施工工艺比较复杂，成本也比较高。1、锚具在后张法构件生产中，锚具、预应力筋和张拉机具是配套使用的，目前我国在后张法构件生产中采用的预应力筋钢材主要有冷拉Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋，热处理钢筋，精轧螺纹钢筋，碳素钢丝和钢绞线等。归纳成三种类型预应力筋，即单根粗钢筋（包括精轧螺纹钢筋）、钢筋束（或钢绞线束）和钢丝束。下面分别叙述三种类型预应力的锚具及制作。帮条锚具螺丝端杆锚具三、施工工艺（一）孔道留设1、要求：位置准确；内壁光滑；端部预埋钢板垂直于孔道轴线；直径、长度、形状满足设计要求。2、方法：①钢管抽芯法②胶管抽芯法③预埋波纹管。①钢管抽芯法（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）胶管抽芯法•胶管弹性大，易于弯曲，它不但可以用于留设直线孔道，而且可用于留设任何形状的曲线孔道和折线孔道，因而胶管抽芯法的应用范围较钢管抽芯法要大。常用胶管有五层或七层夹布胶管和供预应力混凝土专用的钢丝网橡皮管两种。•夹布胶管质软，必须在管内充气或充水后，才能使用。•钢丝网橡皮管质硬，具有一定的弹性，预留孔道时与钢管一样使用，所不同的是浇筑混凝土后不需转动，抽管时可利用其有一定弹性的特点，在拉力作用下断面缩小，即可把管抽出。•胶管在使用时应当注意：当管内充气或充水时，应考虑充气或充水后直径胀大的影响，以免造成孔径过大与设计不符。一般情况下，胶皮管中充气或充水压力达到0.6～0.8MPa时，直径可增大3mm左右。•为保证预留孔道的质量，对夹布胶管，必须具有良好的密封装置。使用前，应把胶管的一端密封，勿使漏水漏气，另一端接上阀门。胶管与阀门连接胶管的封端处理预埋波纹管法•波纹管是由厚0.3mm的薄钢带经压波后螺旋咬合卷成(如图5-37所示)，它具有重量轻、刚度好、弯折方便、连接简单、摩阻系数小、与混凝土粘结性好等优点。预埋波纹管法最早于1981年开始应用在南京金陵饭店预应力混凝土井式梁板屋盖施工中，它是目前最常用的孔道留设方法。波纹管的连接1—波纹管；2—接头管；3—密封胶带波纹管的固定波纹管固定1—箍筋；2—钢筋托架；3—波纹管；4—后绑的钢筋(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•与先张法相同。4、张拉方式（1）对抽芯法：长度≤24m直孔——一端张拉（多根筋时，张拉端设在结构两端）；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）对预埋波纹管法：长度≤30m直孔——一端张拉；长度＞30m直孔、曲线孔——两端张拉。5、张拉程序：同先张法。（三）孔道灌浆1、目的：防止生锈；增加整体性。2、基本要求：（尽早进行，饱满、密实）①水泥≮32.5级普硅；②水泥浆强度≮20MPa；③水灰比0.4-0.50；④可掺无腐蚀性外加剂：铝粉（水泥重的0.5～1/万），木钙（0.25%），微膨胀剂；⑤孔道冲洗和润湿，由下层孔到上层灌浆；⑥灌满孔道并封闭排气孔后，加压0.5～0.6MPa，稍后再封闭灌浆孔；⑦不掺外加剂时，可用二次灌浆法。问题：后张法施工为何要进行孔道灌溉？对水泥浆有何要求？应如何进行？•答：1孔道灌浆是为了预防预应力钢筋锈烛，增加结构的整体性和耐久性。•2水泥浆应有足够强度和黏结力，并有较大的流动性和较小的干缩性及泌水性。•3灌浆前冲刷湿润孔壁；灌浆时应不断搅拌，以免沉淀析水，应连续灌浆不得中断；封闭气孔后继续加注0.5-0.6MPa，确保孔道密实性；灌浆顺序，应先下后上；直线孔道灌浆应从构件的一端到另一端，曲线孔道灌浆，应从孔道最低处开始向两端进行。作业题1、先张法施工工艺流程及主要工艺过程？2、后张法施工工艺流程及主要工艺过程？3、后张法施工为何要进行孔道灌溉？对水泥浆有何要求？应如何进行？9.4无粘结预应力