土木工程施工讲义(邵阳学院房屋建筑方向杨宗耀)第14讲

土木工程施工第5章预应力工程第14讲预应力材料与机具第15讲预应力施工邵阳学院杨宗耀（教授级高工）土木工程施工第5章预应力工程【教学要求】了解预应力砼的特点和工作原理；了解先张法台座的类型、预应力值建立和传递原理，掌握张拉程序、张拉力控制和放张方法；了解后张法的施工工艺、锚夹具类型及张拉设备。了解无粘结预应力筋的施工工艺；熟悉预应力工程质量检验和质量控制的主要方法。【教学重点】先张法和后张法的施工工艺过程、质量控制与技术措施。【教学难点】锚(夹)具、张拉机具的构造及使用方法；施工过程中可能产生的应力损失及弥补的方法。【时间安排】本章共2讲、4学时。土木工程施工第14讲预应力材料及机具第5章预应力工程1概述2预应力钢筋3预应力锚固体系4张拉机具5一般规定挤压器墩头机高压油泵千斤顶JPM夹片式锚具挤压式锚具螺母锚具压花机土木工程施工1概述普通钢筋砼构件的抗拉极限应变只有0.1--0.15×10-3。构件砼受拉开裂时，受拉钢筋的应力仅达1/4--1/3，钢筋的抗拉强度未能充分发挥。1.1预应力砼工作原理预应力砼是在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉区对砼施加预压应力。使用阶段的构件在外荷载作用下产生拉应力时，先要抵消预压应力，这就推迟了砼裂缝的出现并限制了裂缝的开展，从而提高构件的抗裂度和刚度。第14讲预应力材料与机具共63页第1页土木工程施工1.2建立预压应力的方法是通过对受拉区的预应力钢筋进行张拉、锚固、放松，借助预应力钢筋的弹性回缩，使受拉区砼事先获得预压应力来实现的。1概述砼箱梁中的预应力筋T梁中的预应力钢丝束共63页第2页土木工程施工预应力砼的种类按预应力大小分按施加预应力方式分按预应力筋的粘结状态分按施工方式分全预应力砼先张法预应力砼后张法预应力砼自应力砼有粘结预应力砼无粘结预应力砼预制预应力砼部份预应力砼现浇预应力砼叠合预应力砼1概述共63页第3页土木工程施工1.3预应力砼的优缺点⑴有效利用高强钢材；⑵减小结构构件的截面尺寸、自重，能增大结构构件跨度，降低结构构件占用空间；⑶提高使用荷载下结构的抗裂性和刚度；⑷质量好、降低工程造价、结构耐久性好；⑸技术含量高、操作要求严，需要增添专用设备。1概述共63页第4页土木工程施工1.4预应力工艺的应用1.4.1先张法的应用先张法主要应用于房屋建筑中的空心板、多孔板、槽形板、双T板、V形折板、托梁、檩条、槽瓦、屋面梁等；道路桥梁工程中的轨枕、桥面空心板、简支梁等。在基础工程中应用的预应力方桩及管桩等。1概述预应力双T板桥面预应力空心板预应力方桩共63页第5页土木工程施工1.4.2后张法的应用后张法不但用于房屋建筑中的吊车梁、屋面梁、屋架，桥梁中的T形梁、箱形梁等构件，且在大跨度的现浇结构及空间结构中的应用也日趋成熟；在特种结构如塔体的竖向预应力、筒体的环向预应力也有突破，尤其为桥梁工程的悬索结构、斜拉结构提供了丰富的发展空间。1.4预应力工艺的应用预应力箱梁竖向预应力斜拉索张拉共63页第6页土木工程施工2预应力钢筋预应力钢筋宜采用螺旋肋钢丝、刻痕钢丝和低松驰钢铰线，也可采用热处理钢筋。预应力钢筋是指在预应力结构中用于建立预加应力的单根或成束的预应力钢丝、钢绞线或钢筋等。冷拔低碳钢丝和冷拉钢筋由于存在残余应力、屈强比低，已逐渐为螺旋肋钢丝、刻痕钢丝或1×3钢绞线所取代，不再作为预应力钢筋使用。第14讲预应力材料与机具共63页第7页土木工程施工2.1预应力钢丝螺旋肋钢丝是通过专用拔丝模冷拔使钢丝表面沿长度方向产生规则间隔肋条的钢丝。直径为4～9mm，标准抗拉强度1570～1770N/mm2。螺旋肋能增加与砼的握裹力，可用于先张法构件。2.1.1螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝外形螺旋肋钢丝近照2预应力钢筋共63页第8页土木工程施工2.1.2刻痕钢丝刻痕钢丝是用冷轧或冷拔方法使钢丝表面产生周期性变化的凹痕或凸纹的钢丝。直径为5、7mm，标准抗拉强度1570N/mm2。钢丝表面的凹痕或凸纹能增加与砼的握裹力，可用于先张法构件。三面刻痕钢丝外形刻痕钢丝近照刻痕钢丝2.1预应力钢丝共63页第9页土木工程施工2.2预应力钢绞线钢绞线是由多根碳素钢丝在绞线机上成螺旋形纹合，并经低温回火消除应力制成。钢绞线的整根破断力大、柔性好，施工方便，具有广阔的发展前景。但价格比钢丝贵。钢绞线可分为光面钢绞线、无粘结钢绞线、模拔钢绞线、镀锌钢绞线、环氧涂层钢绞线、不锈钢钢绞线等。预应力钢绞线光面预应力钢绞线2预应力钢筋共63页第10页土木工程施工2.2.1光面预应力钢绞线常用光面钢绞线的规格有1×3和1×7两种，直径为8.6～15.2mm，标准抗拉强度1570～1860N/mm2。后张法预应力均采用1×7钢绞线，1×3钢绞线仅用于先张法构件。光面预应力钢绞线的形式钢绞线的包装2.2预应力钢绞线共63页第11页土木工程施工2.2.2无粘结钢绞线是用防腐润滑油脂涂敷在钢绞线表面上、外包塑料护套制成，主要用于后张法中无粘结预应力筋，也可用于暴露或腐蚀环境中的体外索、拉索等。无粘结钢绞线无粘结钢绞线生产线2.2预应力钢绞线共63页第12页土木工程施工2.3热处理钢筋热处理钢筋是由普通热轧中碳合金钢筋经淬火和回火调质热处理制成。具有高强度、高韧性和高粘结力等优点，直径为6～10mm。成品钢筋为直径2m的弹性盘卷，开盘后自行伸直，每盘长度为l00～120m。热处理钢筋的螺纹外形，有带纵肋和无纵肋两种。有纵肋热处理钢筋无纵肋热处理钢筋2预应力钢筋共63页第13页土木工程施工2.4精轧螺纹钢筋精轧螺纹钢筋是用热轧方法在钢筋表面上轧出不带肋的螺纹外形。钢筋的接长用连接螺纹套筒，端头锚固用螺母。精轧螺纹钢筋具有锚固简单、施工方便、无需焊接等优点。目前国内生产的精轧螺纹钢筋品种有Φ25和Φ32，其屈服点为750MPa和900MPa两种。精轧螺纹钢筋外形精轧螺纹钢筋近照2预应力钢筋共63页第14页土木工程施工2.5预应力钢筋的特性碳素钢丝或钢绞线均属硬钢。当钢丝拉伸到超过比例极限σp(取残余应变为0.01%时的应力)后，σ-ε关系呈非线性变化，没有明显的屈服点。2.5.1应力-应变曲线当钢丝拉伸超过σ0.2(残余应变为0.2%)后，应变ε增加较快；当拉伸至最大应力σb时，应变ε继续发展，在σ-ε曲线上呈现为一水平段，然后断裂。预应力筋σ-ε曲线见右图：2预应力钢筋共63页第15页土木工程施工2.5.2应力松弛应力松弛是钢材受到一定的张拉力后，在长度保持不变的条件下，钢材的应力随时间的增长而降低的现象，其降低值称为应力松弛损失。产生应力松弛的原因主要是由于金属内部位错运动使一部分弹性变形转化为塑性变形引起的。右图根据碳素钢丝和热处理钢筋的试验数据，绘出其松弛率与时间、钢种、温度的关系：预应力筋的应力松弛损失2.5预应力钢筋的特性共63页第16页土木工程施工⑴松驰率与时间的关系：应力松弛初期发展较快，以后逐渐减慢。钢丝应力松弛损失率与时间t有较好的对数线性关系。⑵松驰率与钢种的关系：钢丝和钢绞线的应力松弛率比热处理钢筋和精轧螺纹钢筋大。⑶松驰率与初应力的关系：初应力大，松弛损失也大。当σi＞0.7σb时，松弛损失率明显增大。⑷松驰率与温度的关系：随着温度的升高，松弛损失率急剧增加。根据国外试验资料，400C时1000h松弛损失率约为200C时的1.5倍。2.5预应力钢筋的特性共63页第16页土木工程施工2.5.3减少应力松弛损失的措施⑴采取超张拉程序；⑵采用低松弛钢绞线或钢丝，其松弛损失可减少70～80%。2.5预应力钢筋的特性共63页第18页预应力砼箱梁张拉现场箱梁采取超张拉土木工程施工2.6预应力钢筋的验收包括标牌和外观检查，并按有关规定取样进行力学性能检验。预应力钢筋出厂，每捆(盘)应挂有二个标牌(上注厂名、品名、规格、生产工艺及日期、批号等)，并有随货同行的出厂质量证明书。每验收批由同一牌号、同一规格、同一生产工艺的预应力钢筋组成，每批数量不超过60t。2.6.1标牌检查2预应力钢筋标牌标牌共63页第19页土木工程施工2.6.2外观检查钢丝和钢绞线的外观检查均应逐盘进行。钢丝表面不得有油污、氧化铁皮、裂纹或机械损伤。钢丝直径检查按10%盘选取，但不少于6盘；钢绞线表面不得有油污、锈斑或机械损伤。镀锌、涂环氧钢绞线、无粘结钢绞线等涂层表面应均匀、光滑、无裂纹、无明显折皱。无粘结预应力筋每验收批应抽取3个试件检验油脂重量和护套厚度。精轧螺纹钢的外观检查应逐根进行。钢筋表面不得有锈蚀、油污、横向裂缝、结疤。2.6预应力钢筋的验收共63页第20页土木工程施工2.6.3力学性能检验在每批钢丝中任意选取10%盘(不少于6盘)，每盘在任意位置截取2根试件，1根做拉伸试验，1根做弯曲试验，如一项试验不合格，则该盘钢丝为不合格品；另从该批未经检验的钢丝盘中抽取双倍数量的试件进行检验，如仍有一项不合格，则该批钢丝判为不合格品；或逐盘检验取用合格品。2.6预应力钢筋的验收预应力钢丝力学性能检测共63页第21页预应力钢绞线松弛性能检测土木工程施工在每批钢绞线中任意选取3盘，每盘在任意位置截取一根试件做拉伸试验，如有某一项试验结果不合标准要求，则该不合格盘报废；另从未经检验过的钢绞线中抽取双倍数量的试件进行复检，如仍有一项不合格，则该批钢绞线判为不合格品。共63页第22页2.6.4运输及存放预应力筋由于强度高塑性差，在无应力状态下对腐蚀作用比普通钢筋敏感。预应力筋在运输或存放过程中如遭受雨淋、湿气或腐蚀介质的侵蚀，易发生锈蚀，不仅降低质量，钢筋表面出现腐蚀坑，有时甚至会造成钢筋脆断。2.6预应力钢筋的验收土木工程施工3预应力锚固体系预应力锚固体系包括锚具、夹具和连接器。锚固体系的种类很多，且配套化、系列化、工厂化生产，主要有QM系列(中国建科院)、OVM系列(柳州建机厂)、HVM系列(柳州海威姆)、VLM系列等。预应力锚固体系总成图张拉端锚具锚固端锚具连接器波纹管及预应力筋第14讲预应力材料与机具共63页第23页土木工程施工锚具——在后张法结构或构件中，用于保持预应力筋的拉力并将其传递到砼(或钢结构)上所用的夹持预应力筋的永久性锚固装置。后张法锚固体系包括锚具、锚垫板和螺旋筋。夹具——在先张法构件施工时，用于保持预应力筋的拉力并将其固定在生产台座(或设备)上的临时性锚固装置；在后张法结构或构件施工时，在张拉千斤顶或设备上夹持预应力筋的临时性锚固装置(又称工具锚)。连接器——用于连接预应力筋的装置。3预应力锚固体系共63页第24页土木工程施工锚具、夹具和连接器的代号分类代号锚具夹具连接器夹片式园形YJMYJJYJL扁形BJM支承式镦头DTMDTJDTL螺母LMMLMJLML锥塞式钢质GZM——冷铸LZM——热铸RZM——握裹式挤压JYMJYJJYL压花YHM——共63页第25页土木工程施工锚具、夹具和连接器的标记示例：YJM15-12产品代号企业体系代号，需要时标注预应力钢材根数预应力钢筋直径锚具、夹具和连接器的标记由产品代号、预应力钢筋直径、预应力钢材根数三部份组成(生产企业的体系代号只在需要时加注)。表示为锚固12根直径为15.2mm预应力砼用钢绞线的园形夹片式群锚锚具3预应力锚固体系共63页第26页土木工程施工3.1种类及性能要求3.1.1锚具的种类锚具类型常见锚具备注夹片式单孔夹片锚具1、按在构件中的位置又可分为张拉端锚具、固定端锚具两种。2、锚具一般由设计单位按结构要求、产品性能和张拉施工方法选用。多孔夹片锚具支承式镦头锚具螺母锚具锥塞式钢质锥形锚具锥形螺杆锚握裹式挤压锚具压花锚具3预应力锚固体系共63页第27页土木工程施工3.1.2性能要求应符合国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2007。⑴静载锚固性能：锚具应同时满足ηa≥0.95，εapu≥2.0%；夹具应满足ηg≥0.92。3.1种类及性能要求锚具静载试验机模拟钢绞线张拉锚具静载试验共63页第28页土木工程施工⑵动载锚固性能：满足循环次数为200万次的疲劳试验要求。3.1种类及性能要求洛氏硬度检测磁粉探伤无损检验内孔精确角度检验锚具的出厂检验韦氏硬度检测共6