第五章预应力工程

第五章预应力砼工程5.1概述5.1.1预应力砼的原理、特点原理：在外荷载作用前，在结构或构件受拉区域，通过对钢筋进行张拉、锚固、放松，来预先建立起有内应力的砼。内应力的大小与分布应能抵消或减少使用荷载作用所产生的内力。特点：提高钢筋砼构件的刚度、抗裂性、耐久性，有效利用高强度钢筋和高强度等级砼。减小构件的截面尺寸、自重轻、节省材料，扩大预制装配化程度。5.1.2预应力砼分类按施加预应力的方式分：先张法、后张法；按预应力筋与砼的粘结状态分：有粘结、无粘结；按施加预应力的方法分：机械张拉、电热张拉；按施加预应力大小的程度分：全预应力、部分预应力；按施工方法分：预制、现浇、组合预应力砼。5.1.3预应力砼材料预应力砼结构钢筋有非预应力钢筋和预应力钢筋。预应力钢筋：预应力钢绞线、高强钢丝、热处理钢筋等。预应力砼：≥C30。5.1.4预应力夹具和锚具锚具：后张法预应力砼构件中为保持预应力筋的拉力并将其传递给砼所用的永久性锚固装置。夹具：先张法预应力砼构件施工时为保持预应力筋的拉力并将其固定在张拉台座上的临时锚固工具。5.1.5常用预应力张拉锚固体系（1）单根钢筋螺杆锚具：螺丝端杆、螺母、垫板组成。螺丝端杆与预应力筋焊接应在预应力筋冷拉前进行。适用于14～36mm的冷拉Ⅱ、Ⅲ级钢筋。（2）单根钢筋帮条锚具：帮条钢筋、衬板、冷拉钢筋组成。帮条钢筋采用与冷拉钢筋同级别的钢筋，三根，施焊方向由里向外。（3）精轧螺纹钢筋用锚具：精轧螺纹钢筋外形为无纵肋而横肋不相连的螺扣。（4）KT-Z型锚具。由锚环和锚塞组成，适用于锚固3-6根直径12mm的冷拉螺纹钢筋与钢绞线束。1-锚环；2-锚塞（5）固定端用墩头锚具。由锚固板和带墩头的预应力筋组成。常用的钢丝束镦头锚具分A型与B型。A型由锚环与螺母组成，可用于张拉端；B型为锚板，用于固定端。（a)A型；（b)B型1-锚环；2-螺母；3-锚板；4-钢丝束（6）多孔夹片锚具：在一块多孔锚板上，利用每个锥形孔装一副夹片夹持一根钢绞线的一种锲紧式锚具。这种锚具的优点是任何一根钢绞线锚固失效，都不会引起整束锚固失效，并且每束钢绞线的根数不受限制。5.2先张法施工先张法：在浇筑砼前张拉预应力筋并将预应力筋临时固定在台座或钢模上，然后浇筑砼，待砼达到一定强度后放松预应力筋，借助砼与预应力筋的粘结，使砼产生预压应力。适用于中小型预制预应力构件生产。5.2.1台座生产工艺分为长线台座法与短线钢模板法。台座按构造形式不同分墩式和槽式台座。5.2.3施工工艺台座准备→刷隔离剂→铺放预应力筋→张拉→安侧模绑横向筋→浇砼→养护→放松预应力筋→脱模。夹具横梁台座预应力筋台面A、张拉预应力筋砼构件B、浇筑砼构件C、放张施加预应力张拉夹具：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。钢筋种类张拉控制应力限值超张拉最大张拉控制应力先张法后张法消除应力钢丝、钢绞线0.75fptk0.75fptk0.80fptk热处理钢筋0.70fptk0.65fptk0.75fptk精轧螺纹钢筋0.90fpyk0.85fpyk0.95fpyk3.预应力筋张拉⑴张拉控制应力的确定最大张拉控制应力允许值⑵张拉程序：预应力筋由初始应力达到控制应力的加载过程和方法。预应力钢丝由于张拉工作量大，宜采用一次张拉程序：0→（1.03～1.05）σcon→锚固粗钢筋宜采用超张拉程序：0→1.05σcon（持荷2min）→σcon→锚固超张拉：就是指张拉应力超过规范规定的控制应力值。目的：为了减少应力松弛损失。应力松弛：指钢材在常温高应力下由于塑性变形而使应力随时间的延续而降低的现象。（3）预应力值校核预应力钢筋的张拉力一般用伸长值校核。当实测伸长值与理论伸长值的差值与理论伸长值相比在-5%～10%之间时，表明张拉后建立的预应力值满足设计要求。（4）砼浇筑、养护砼一次浇完，砼≮C30；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）；防止碰撞、踩踏钢丝；采取湿热养护，(开始温差≯20℃，达10MPa后按正常速度升温）。（5）预应力筋放张条件：砼达到设计规定，≮75%强度值后。放张顺序，设计无规定时，按下列规定：轴心受压构件，同时放张；偏心受压构件，先同时放张预压应力较小区域，再同时放张预压应力大的区域；叠层生产的预应力构件，宜自上而下放张；板类构件从两边逐渐向中心放张。其它构件，应分阶段、对称、相互交错放张。（6）方法：锯断、剪断。放张方法：放张单根预应力筋，一般采用千斤顶放张。构件预应力筋较多时，整批同时放张可采用砂箱、楔块等放松装置。对于配置预应力筋数量不多的砼构件放张时，可以采用钢丝钳剪断、锯割等。5.3后张法施工后张法：浇筑砼构件时，在放置预应力筋的位置处预留孔道，浇筑砼并养护，将预应力筋穿入孔道中，待砼达到设计规定强度后，张拉预应力筋，并用锚具将预应力筋锚固在构件端部，使砼产生预压应力；最后进行孔道灌浆与封头。适用于：大型构件及现浇预应力砼结构。特点：不需台座；但工序多、工艺复杂，锚具不能重复利用。5.3.1孔道留设孔道形状：直线、曲线、折线。端部或中部设置灌浆孔，间距不宜大于12m。孔道成型：钢管抽芯、胶管抽芯、预埋（波纹）管法。抽管：先上后下、先曲后直。孔道成型基本要求：尺寸与位置正确，线性平顺，接头不漏浆；孔道端部预埋钢板垂直于孔道中心线。5.3.2预应力筋张拉砼强度符合设计规定，≥75%。张拉控制应力：应符合设计要求，控制应力低于先张法。张拉程序：用超张拉减少预应力筋的松弛损失时：0→1.05σcon（持荷2min）→σcon设计中应力松弛损失按一次张拉取值：0→σcon预应力筋张拉吨位不大、根数很多，设计要求采用超张拉减少应力松弛：0→σcon张拉方法：一端张拉、两端张拉。曲线预应力筋：两端张拉；抽芯成孔直线预应力筋：长度大于24m两端张拉，不大于24m可一端张拉；预埋波纹管预应力筋：大于30m宜两端张拉，不大于30m可一端张拉；竖向预应力结构，宜采用两端分别张拉，以下端张拉为主；同一截面中有多根一端张拉预应力筋时，张拉端设在两端。张拉顺序：按设计要求。设计无要求时，分批、分阶段对称张拉，避免构件承受过大偏心压力；减少张拉机械的移动次数。目的：使砼不产生超应力，构件不扭转、侧弯，结构不变位。叠浇构件：宜自上而下逐层张拉，逐层加大拉应力（减少上下层之间因摩阻引起的预应力损失）。5.3.3孔道灌浆作用：保护预应力筋，防止锈蚀；使预应力筋与构件砼有效粘结，以控制裂缝开展并减轻两端锚具负荷。材料要求：水泥浆应具有较大流动性、较小干缩性与泌水性，强度≥20MPa。水泥≥42.5MPa，水灰比：0.4～0.5；可掺入木质磺酸钙或其他减水剂。灌浆前孔道应湿润洁净，灌浆应连续进行。灌满孔道并封闭排气孔后，宜继续加压至0.5～0.6MPa，稍后再封闭灌浆孔。灌浆孔和泌水孔从一端灌浆孔灌入搅浆机制浆端头封裹：预应力筋锚固后外露长度应≥30mm，多余部分宜用砂轮锯切割。锚具应采用封头砼保护。封头砼尺寸应大于预埋钢板尺寸，厚度≥100mm。封头处原有砼应凿毛，以增加粘结性。封头内应配有钢筋网片，细石砼强度为C30～C40。