预应力混凝土工程课件

预应力混凝土工程先张法施工后张法施工普通钢筋混凝土的抗拉极限应变只有0.0001～0.0015，在正常使用条件下受拉区混凝土开裂，构件的刚度小、挠度大。要使混凝土不开裂，受拉钢筋的应力只能达到30Mpa；对允许出现裂缝的构件，当裂缝宽度限制在0.2～0.3mm时，受拉钢筋的应力也只能达到200Mpa左右。为了克服普通钢筋混凝土过早出现裂缝和钢筋不能充分发挥其作用这一矛盾，人们创造了对混凝土施加预应力的方法。概述1、预应力混凝土：即在结构或构件受拉区域，通过对钢筋进行张拉后将钢筋的回弹力施加给混凝土，使混凝土受到一个预压应力，产生一定的压缩变形。当该构件受力后，受拉区混凝土的拉伸变形，首先与压缩变形抵消，然后随着外力的增加，混凝土才逐渐被拉伸，明显推迟了裂缝出现时间。•2、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。•3、施加预应力的方法：•张拉结构或构件受拉区中的预应力钢筋，并锚固在其端部，将钢筋的弹性收缩力传递到混凝土构件上，即产生预应力。•4、预应力混凝土的施工方法：•按施工顺序分：先张法；•后张法。•按张拉方法分：•机械张拉（液压或电动螺杆）•电热张拉预应力材料准备预应力设备准备预应力筋安装安装锚具并张拉留孔材料准备、锚具准备预应力钢材准备有粘结预应力：安装波纹管、穿钢束预应力工程施工工艺流程千斤顶配套标定灌浆设备准备无粘结预应力：安装无粘结预应力筋灌浆并封锚有粘结灌浆先张法施工•工艺过程：张拉固定钢筋→浇混凝土→养护（至75%强度）→放松钢筋•适用于：构件厂生产中、小型构件（楼板、屋面板、吊车梁、薄腹梁……）预应力空心板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、放张施加预应力一、先张法施工的设备•（一）台座：•1、要求：有足够的强度、刚度和稳定性；–满足生产工艺的要求。•2、形式：•①墩式（传力墩、台面、横梁）–长度100～150m，适于中、小型构件。•②槽式（传力柱、上下横梁、砖墙）–长45～76m，–适于双向预应力构件，易于蒸汽养护。•③钢模台座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锥形（锥销式、二片式、三片式）•——锚固单根直径12～14预应力筋；•②镦头锚具—带槽螺栓、梳子板。•用于：冷拉筋（热镦），•冷拔丝（热、冷镦），•碳素钢丝（冷镦）。•要求：镦头强度不低于材料强度的98%，•钢丝束长度差值≯L/5000、≯5mm。•成组张拉长度≯10m的钢丝，长度极差≯2mm•2、张拉夹具：偏心式、楔形。锥销夹具圆套筒三片式夹具方套筒二片式夹具圆套筒二片式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）拉杆式千斤顶张拉钩连接套筒承力架（三）张拉机械•1、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。•2、电动螺杆：•拉力30～60t、行程800mm，•用于：钢筋、钢丝。•3、卷扬机＋滑车组。电动螺杆张拉机的工作原理图二、先张法施工工艺（一）张拉预应力筋：•1、张拉程序•0→1.05σcon（持荷2分钟）→σcon•0→1.03σcon•超张拉——减少由于钢筋松弛变形造成的预应力损失。2、控制应力及最大应力：预应力筋种类先张法后张法碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线0.80fptk0.75fptk•热处理钢筋、冷拔低碳钢丝0.75fptk0.7fptk•冷拉钢筋0.95fpyk0.9fpyk•fptk：极限抗拉强度标准值•fpyk：屈服强度标准值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）张拉时应校核预应力筋的伸长值。实际伸长值•与设计计算值的偏差不得超过±6%，否则应停拉；•ΔL计=•ΔL实=10%时量取+以后的推算值•（2）从台座中间向两侧进行（防偏心损坏台座）•（3）多根成组张拉，初应力应一致(测力计抽查)•（4）拉速平稳，锚固松紧一致，设备缓慢放松•（5）拉完的筋位置偏差≯5mm，且≯构件截面短边的4%•（6）冬施张拉时，温度≮－15℃•（7）注意安全：两端严禁站人，敲击楔块不得过猛。SPPEALNcon（二）混凝土浇筑与养护：•1、混凝土一次浇完，混凝土≮C30。•2、防止较大徐变和收缩：选收缩变形小的水泥，水灰比≯0.5，级配良好，振捣密实（特别是端部）。•3、防止碰撞、踩踏钢丝。•4、减少应力损失：非钢模台座生产，采取二次升温养护，(开始温差≯20℃，达10MPa后按正常速度升温）。(三)预应力筋放松：•1.条件：混凝土达到设计规定且≮75%强度值后。•2.方法：•锯断，剪断，熔断（仅限于Ⅰ～Ⅲ级冷拉筋）。•3.要点：•放张顺序：•轴心受压构件同时放；•偏心受压构件先同时放预压应力小的区域的，再同时放大的区域的；•其它构件，应分阶段、对称、相互交错放张。•粗筋放张应缓慢（砂箱法、楔块法、千斤顶）。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后张法施工•工艺过程：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。•适于：大构件及结构的现场施工——预制拼装，结构张拉。•特点：不需台座；但工序多、工艺复杂，锚具不能重复利用。一、预应力筋、锚具和张拉机具•锚具按锚固性能分两类：–锚具性能Ⅰ类Ⅱ类–锚具效率系数ηa≧0.95ηa≧0.9–锚具的总应变εu≧2.0%εu≧1.7%•用途：•Ⅰ类——承受动、静载的无粘结、有粘结的预应力混凝土；•Ⅱ类——有粘结、预应力筋的应力变化不大的部位。（一）单根粗筋（直径18～36mm）：•1、锚具：•（1）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•适于:直径18～36mm筋。•（2）帮条锚具–（帮条与预应力筋同级，–互成120°，E50焊条；–垫板用3#钢），•适于:冷拉HRB335、HRB400级筋；•（3）镦头锚具精轧螺纹钢筋的预应力筋主要用于连续梁桥和连续刚构桥的腹板内竖向预应力筋，提高截面的抗剪能力。螺丝端杆锚具帮条锚具2、预应力筋制作：•工序：下料→对焊→冷拉。•下料长度计算：–①当两端用螺丝端杆锚具时——nd)(llll15211)1(22钢筋下料长度：②当一端用螺杆、一端用帮条时:ndlllll)1)(1(13521钢筋下料长度：YL-60拉杆式千斤顶3、张拉设备：拉杆式千斤顶（YL－60）；•穿心式千斤顶（YC－60、YC－20、YC－18）。YC60型千斤顶工作原理图配装撑脚和拉杆后的外貌图穿心式千斤顶前卡式千斤顶（二）钢筋束、钢绞线束：•1、锚具：•张拉端——•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；•KT－Z型锚具：可锚3～6根直径12的HRB400~500级筋•单孔夹片式锚具：二片式、三夹片（直、斜开缝）；•多孔夹片式锚具：XM型、QM型、OV型、BS型…•非张拉端——钢筋可用镦头锚具（固定板）；–钢绞线可用挤压锚具钢绞线一般成盘供货至施工现场。现场下料时，应用钢管和型钢架夹持钢绞线盘，以免开盘时钢绞线弹伤人。JM12锚具镦头锚具JM12锚具JM12锚具(a)l1JM12－6锚具KTZ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vlm型工作锚板、夹片多孔夹片锚固体系多孔锚固体系构造图•2、筋的制作：•工序：冷拉→下料→编束。•下料长度l：–两端张拉：l＝l0＋2a–一端张拉：l＝l0＋a＋b•a－－张拉端留量（600～850mm，由机具定）•b－－非张拉端外露长度（80～100mm）••3、张拉设备：•锥锚式千斤顶（YZ60、YZ85）–――用于KT－Z及钢制锥形锚具；•穿心式千斤顶（YC60、YC120）–――用于KT－Z及JM－12、JM－15锚具•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：•张拉端——•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）；•钢质锥形锚具（由锚环、锚塞组成，锚18根以下φ5钢丝）；•镦头锚具（DM5A，锚12～54根φ5钢丝）。•非张拉端——用镦头锚具（锚板），DM5B准备穿的预应力钢绞丝束锥形螺杆锚具钢质锥形锚具镦头锚具•2、钢丝束制作：下料→编束→安锚具。•（1）下料长度：用钢质锥形锚具时，同钢筋束；•用锥形螺杆锚具时——•（2）下料方法：•采取应力下料，控制应力取300N/mm2。•（3）编束：•测量直径，同束误差≯0.1mm；•3、张拉设备：•锥锚式双作用千斤顶；•拉杆式千斤顶；•穿心式千斤顶。钢丝束的编束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二、有粘结后张法施工工艺•1、要求：位置准确；内壁光滑；–端部预埋钢板垂直于孔道轴线（中心线）；–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（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）（一）孔道留设：•②胶管抽芯法－－用于长孔或曲线孔。有一定刚度或充压；钢筋井字架@≯0.5米；混凝土达一定强度后拔管。•③埋管法－－预埋螺旋管。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。波纹管金属螺旋管螺旋管及锚座安装后张有粘结预应力需要留孔，留孔材料通常用金属波纹管。金属波纹管用厚度为0.3～0.35mm的钢带卷制而成。金属波纹管有镀锌和非镀锌之分，波纹有单波和双波之分。金属波纹管要求咬口牢固，波纹高度符合要求，弯曲的波纹管不渗水，环向刚度足够。塑料波纹管其刚度比金属波纹管大，孔壁摩擦系数小，不易被混凝土振捣棒振瘪，价格比金属波纹管高。在桥梁的长孔道中应用的比例在增加。电热板塑料波纹管的材料有高密度聚乙烯和聚丙烯。塑料波纹管的接管可采用热接，即用电加热板加热管口至热塑状态后，加压使管口对接在一起。有粘结螺纹管预留孔道南京火车站站前广场高架桥的镀锌金属波纹管安装，波纹管内已穿入钢绞线。南京奥体中心工程体育场四周大平台双向有粘结预应力梁的金属波纹管及泌水管的安装。南京长江三桥引桥的连续梁箱梁底板及腹板塑料波纹管的安装。胶管与阀门连接钢管的连接胶管的封端处理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、张拉顺序：•配有多根钢筋或多束钢丝的构件－－分批对称张拉（注意：后批对先批产生应力影响）；•后批钢筋张拉对前面的预应力钢筋的影响•后批张拉钢筋的第一批预应力损失（包括锚具变形与摩擦损失）•叠浇构件——自上而下逐层张拉，逐层加大拉应力，但顶底相差≯5%（钢丝、钢绞线、热处理筋）≯9%（冷拉筋）。cpconCSconconAAEE)(1→叠层平卧预制屋架的预应力张拉采用由上而下的逐层超张拉程序。预制时应注意减小叠层面间摩擦力。固定端的挤压锚张拉端的夹片锚→*在实际工作中，弥补因为混凝土弹性压缩而引起的应力损失的方法：•1、采用同一张拉值，逐根复拉补足损失；•2、采用同一张拉值，在设计中扣除弹性压缩损失平均值