第五章預(yù)應(yīng)力混凝土工程

1、第五章第五章 預(yù)應(yīng)力混凝土工程預(yù)應(yīng)力混凝土工程 1.混凝土的物理力學(xué)性能； 2.鋼筋的物理力學(xué)性能； 3.預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)。 1.了解預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)和適用性； 2.熟悉預(yù)應(yīng)力鋼筋的基本形式 和適用性； 3.熟悉錨具、夾具和連接器的種類和使用； 4.熟悉張拉機(jī)械的原理和適用性； 5.掌握預(yù)應(yīng)力鋼筋、錨具、張拉機(jī)械配套使用。 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)可以定義為：在結(jié)構(gòu)承受外荷 載之前，預(yù)先對(duì)其在外荷載作用下的受拉區(qū)施 加壓應(yīng)力，以改善結(jié)構(gòu)使用性能的這種結(jié)構(gòu)形 式稱之為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有如下的一些特點(diǎn)：改善結(jié)構(gòu) 的使用性能，提高結(jié)構(gòu)的耐久性；減小構(gòu)件截 面高度，減輕自重；充分利用高強(qiáng)鋼材

2、；具有 良好的裂縫閉合性能與變形恢復(fù)性能；提高抗 剪承載力；提高抗疲勞強(qiáng)度，此外，預(yù)應(yīng)力混 凝土結(jié)構(gòu)具有良好的經(jīng)濟(jì)性。 一.預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念 混凝土的抗拉強(qiáng)度只有其抗壓強(qiáng)度的1/10- 1/15，而且很不可靠。其抗拉變形能力也很小， 破壞前沒(méi)有明顯預(yù)兆。 為彌補(bǔ)混凝土抗拉強(qiáng)度太低的缺點(diǎn)，對(duì)混凝 土預(yù)期出現(xiàn)拉力的部位用鋼筋來(lái)加強(qiáng)，但在某些 情況下還是存在難以克服的本質(zhì)缺陷-開(kāi)裂。因 此，所有的鋼筋混凝土構(gòu)件在使用狀態(tài)下都存在 開(kāi)裂。 而在外荷載作用前，在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受拉區(qū)域 通過(guò)對(duì)鋼筋的張拉、錨固、放松來(lái)預(yù)先建立起有 內(nèi)應(yīng)力的混凝土，就可抵消拉力，消除開(kāi)裂。 （一）預(yù)應(yīng)力混凝土的材料 預(yù)應(yīng)力

3、混凝土抗裂性能的高低，取決于鋼 筋的預(yù)拉應(yīng)力值。 1.對(duì)鋼材的要求 （1）高強(qiáng)度 鋼筋張拉過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種應(yīng)力損失，鋼材強(qiáng) 度越高，損失率越小，經(jīng)濟(jì)效果也越高，因此， 應(yīng)盡量采用強(qiáng)度高的鋼筋作預(yù)應(yīng)力筋。 （2）具有一定的塑性 要求鋼筋切斷時(shí)具有一定的延伸率。 （3）與混凝土有較好的粘結(jié)度 先張法構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力以及后張法構(gòu)件在使用 中的預(yù)應(yīng)力是靠鋼筋和混凝土的粘接力完成的。 （4）有良好的加工性能 加工后不影響原來(lái)的物理力學(xué)性能。 2.對(duì)混凝土的要求 （1）高強(qiáng)度 高強(qiáng)混凝土與高強(qiáng)鋼筋結(jié)合共同承受外力， 可以減少構(gòu)件的截面尺寸，減輕構(gòu)件自重并節(jié)約 原材料用量。 （2）收縮、徐變小 彈性模量高，有利

4、于減少預(yù)應(yīng)力損失。 （3）盡可能做到快硬、早強(qiáng) 快硬、早強(qiáng)才能盡早施加預(yù)應(yīng)力，加快施工 速度，提高臺(tái)座、錨具使用率，減少預(yù)應(yīng)力筋的 強(qiáng)度損失。 目前，我國(guó)在一些重要的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 中，已開(kāi)始采用C50-C60的高強(qiáng)混凝土，最高混 凝土強(qiáng)度等級(jí)已達(dá)到C80，并逐步向更高強(qiáng)度等 級(jí)的混凝土發(fā)展。國(guó)外混凝土的平均抗壓強(qiáng)度每 10年提高5-10MPa，現(xiàn)已出現(xiàn)抗壓強(qiáng)度高達(dá) 200MPa的混凝土。 （二）預(yù)應(yīng)力混凝土與鋼筋混凝土的 比較 提高了混凝土的抗裂度和剛度。 增加了構(gòu)件的耐久性。 節(jié)約材料。 減輕構(gòu)件自重。 擴(kuò)大了高、大、重型結(jié)構(gòu)的預(yù)制裝配化程度。 抗疲勞性能優(yōu)于鋼筋混凝土。 另一方面，制作

5、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時(shí)增加了張拉工序， 灌漿錨具以及錨固裝置等專用設(shè)備，制作技術(shù)也 比鋼筋混凝土復(fù)雜得多。 （三）預(yù)應(yīng)力混凝土的分類 預(yù)應(yīng)力混凝土 機(jī)械張拉電熱張拉 先張法后張法 二.先張法施工 （一）先張法的基本概念 在構(gòu)件澆筑混凝土之前張拉預(yù)應(yīng)力筋，并 將張拉的預(yù)應(yīng)力筋臨時(shí)錨固在臺(tái)座或鋼模上， 然后澆筑混凝土，待混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到不低于混 凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度值的75%，保證預(yù)應(yīng)力筋與混凝土 有足夠粘結(jié)時(shí)，放松預(yù)應(yīng)力筋，借助于預(yù)應(yīng)力 筋與混凝土的粘結(jié)，對(duì)混凝土施加預(yù)應(yīng)力。 適用于生產(chǎn)中小型構(gòu)件，多在工廠預(yù)制， 也可在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。 1.臺(tái)座 先張法施工中主要的承力構(gòu)件，必須具有足 夠的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性。 （1）鐓

6、式臺(tái)座 由承力臺(tái)墩、臺(tái)面、橫梁組成。張拉一次可 生產(chǎn)多根構(gòu)件，可以減少因?yàn)殇摻罨瑒?dòng)引起的預(yù) 應(yīng)力損失。 （2）槽式臺(tái)座 由鋼筋混凝土壓桿、上下橫梁及臺(tái)面組成。 2.張拉機(jī)具和夾具 先張法生產(chǎn)的構(gòu)件之中，常用的預(yù)應(yīng)力筋有 鋼筋和鋼絲。張拉預(yù)應(yīng)力鋼絲時(shí)，一般直接采用 卷?yè)P(yáng)機(jī)或電動(dòng)螺桿張拉機(jī)；張拉預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，在 槽式臺(tái)座中常采用四橫梁式成組張拉裝置，用千 斤頂張拉。 （二）先張法 特點(diǎn)：預(yù)應(yīng)力筋在澆筑混凝土前張拉，預(yù)應(yīng)力的 傳遞靠預(yù)應(yīng)力筋和混凝土之間的粘結(jié)力。 1.預(yù)應(yīng)力筋的鋪設(shè) 2.預(yù)應(yīng)力筋張拉 施工工藝 3.預(yù)應(yīng)力筋放張 u放張要求：符合設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)不 得低于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，放

7、張時(shí)應(yīng)使預(yù)應(yīng) 力構(gòu)件自由壓縮。 u放張方法：鋼絲數(shù)量不多時(shí)可采用剪切、鋸 割或氧-乙炔焰熔斷；鋼絲多時(shí)不允許逐根放張。 u放張順序：軸心預(yù)壓力構(gòu)件同時(shí)放張；偏心 預(yù)壓力構(gòu)件先同時(shí)放張預(yù)應(yīng)力較小區(qū)域，在同 時(shí)放張預(yù)應(yīng)力較大區(qū)域。 三.后張法施工 后張法指在制作構(gòu)件或塊體時(shí)，在放置預(yù) 應(yīng)力筋的部位留設(shè)孔道，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī) 定的強(qiáng)度后，將預(yù)應(yīng)力筋穿入預(yù)留孔道內(nèi)，用 張拉機(jī)具將預(yù)應(yīng)力筋拉到規(guī)定的控制應(yīng)力，然 后借助錨具把預(yù)應(yīng)力筋錨固在構(gòu)件端部，最后 進(jìn)行孔道灌漿（也有不灌漿的）預(yù)加應(yīng)力的方 法。適用于在施工現(xiàn)場(chǎng)制作大型構(gòu)件（屋架 等）。 由于后張法可分件制作預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，運(yùn)到 現(xiàn)場(chǎng)利用預(yù)應(yīng)力鋼筋連成

8、整體，因此靈活性大， 現(xiàn)已逐漸從單個(gè)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件發(fā)展到整體預(yù)應(yīng)力 結(jié)構(gòu)。 （一）預(yù)應(yīng)力筋及錨具 錨具是后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中或結(jié)構(gòu)中 為保持預(yù)應(yīng)力筋的拉力并將其傳遞到混凝土上 所用的永久性錨固裝置；而夾具是先張法預(yù)應(yīng) 力混凝土構(gòu)件施工時(shí)為保持預(yù)應(yīng)力筋的拉力并 將其固定在臺(tái)座上的臨時(shí)錨固裝置。 后張法拉用的錨具又稱為工具錨，是將千斤 頂?shù)鹊膹埨鬟f到預(yù)應(yīng)力筋上的裝置。后張 法錨固體系包括錨具、鋪墊板、螺旋筋等。 1.單根預(yù)應(yīng)力筋的錨具及制作 主要采用直徑1240的冷拉、級(jí)鋼 筋或精軋螺紋鋼筋，以及配套錨具組成。 （1）錨具 螺絲端桿錨具（兩端張拉）、幫條錨具、鐓 頭錨具（固定一端）。 （2）預(yù)

9、應(yīng)力筋的制作 單根預(yù)應(yīng)力筋：配料、對(duì)焊、冷拉等工序。 2.鋼筋束、鋼絞線預(yù)應(yīng)力筋及錨具 鋼筋束：3-6根鋼筋組成； 鋼絞線：3-7根j15.2-j12.7鋼絞線組成。 （1）錨具 （2）預(yù)應(yīng)力筋制作 3.鋼絲束預(yù)應(yīng)力筋及錨具 預(yù)應(yīng)力鋼絲為碳素鋼絲：冷拉鋼絲、消除應(yīng) 力鋼絲、刻痕鋼絲、低松弛鋼絲、鍍鋅鋼絲。 （1）錨具 鋼質(zhì)錐形錨具、鐓頭錨具、錐形螺桿錨具。 （2）鋼絲束的制作 主要有下料、編束、組裝錨具等工序。 （二）張拉機(jī)具和設(shè)備 后張法用的張拉設(shè)備主要由液壓千斤頂、高壓油 泵和外接油管等組成。 1.千斤頂 （1）穿心式千斤頂 具有穿心孔，利用雙液缸張拉預(yù)應(yīng)力筋和頂壓 錨具。 YC60型千斤

10、頂 （2）錐錨式Y(jié)Z型千斤頂 具有張拉、頂錨、退楔功能的三作用千斤頂， 僅用于帶鋼質(zhì)錐形錨具的鋼絲束。 錐錨式千斤頂 （3）拉桿式千斤頂 只適用于張拉力不大（600KN）的支承式錨具 2.高壓油泵 3.千斤頂校驗(yàn) 4.后張法施工工藝 施工過(guò)程可分為孔道的留設(shè)、預(yù)應(yīng)力筋穿入孔 道、預(yù)應(yīng)力筋張拉和孔道灌漿等主要工序。 流程 （1）孔道的留設(shè) 孔道留設(shè)是有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力后張法構(gòu)件制作 中的關(guān)鍵工作。孔道留設(shè)方法有鋼管抽芯法、 膠管抽芯法和預(yù)埋波紋管法。預(yù)埋波紋管法只 用于曲線形孔道。在留設(shè)孔道的同時(shí)還要在設(shè) 計(jì)規(guī)定位置留設(shè)灌漿孔。一般在構(gòu)件兩端和中 間每隔12 m留一個(gè)直徑20 mm的灌漿孔，并在構(gòu) 件

11、兩端各設(shè)一個(gè)排氣孔。 鋼管抽芯法 預(yù)先將鋼管埋設(shè)在模板內(nèi)孔道位置處，在混 凝土澆筑過(guò)程中和澆筑之后，每間隔一定時(shí)間慢 慢轉(zhuǎn)動(dòng)鋼管，使之不與混凝土粘結(jié)，待混凝土初 凝后、終凝前抽出鋼管，即形成孔道。該法只可 留設(shè)直線孔道。 鋼管要平直，表面要光滑，安放位置要準(zhǔn)確。 一般用間距不大于1 m的鋼筋井字架固定鋼管位 置。每根鋼管的長(zhǎng)度最好不超過(guò)15 m，以便于旋 轉(zhuǎn)和抽管，較長(zhǎng)構(gòu)件則用兩根鋼管，中間用套管 連接。鋼管的旋轉(zhuǎn)方向兩端要相反。 恰當(dāng)掌握抽管時(shí)間很重要，過(guò)早會(huì)坍孔，太 晚則抽管困難。一般在初凝后、終凝前，以手指 按壓混凝土不粘漿又無(wú)明顯印痕時(shí)則可抽管。為 保證順利抽管，混凝土的澆筑順序要密切

12、配合。 膠管抽芯法 膠管有布膠管和鋼絲網(wǎng)膠管兩種。用間距 不大于0.5 m的鋼筋井字架固定位置，澆筑混凝 土前，膠管內(nèi)充入壓力為0.60.8 N/mm2的壓縮 空氣或壓力水，此時(shí)膠管直徑增大3 mm左右， 待澆筑的混凝土初凝后，放出壓縮空氣或壓力 水，管徑縮小而與混凝土脫離，便于抽出。后 者質(zhì)硬、具有一定彈性，留孔方法與鋼管一樣， 只是澆筑混凝土后不需轉(zhuǎn)動(dòng)，由于其有一定彈 性，抽管時(shí)在拉力作用下斷面縮小易于拔出。 采用膠管抽芯留孔，不僅可留直線孔道，而且 可留曲線孔道。 預(yù)埋波紋管法 波紋管為特制的帶波紋的金屬管，它與混 凝土有良好的粘結(jié)力。波紋管預(yù)埋在構(gòu)件中， 澆筑混凝土后不再抽出，預(yù)埋時(shí)用

13、間距不宜大 于0.8 m的鋼筋井字架固定。 塑料波紋管是前幾年國(guó)外發(fā)展起來(lái)的一種 新型制孔器。它采用的塑料為聚丙烯或高密度 聚乙烯。管道外表面的螺旋肋與周圍的混凝土 具有較高的粘結(jié)力，從而能將預(yù)應(yīng)力傳遞到管 道外的混凝土。塑料波紋管具有耐腐蝕性能好、 孔道摩擦損失小、可提高后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的抗 疲勞性能等優(yōu)點(diǎn)。 （2）預(yù)應(yīng)力筋穿入孔道（穿筋） p先穿筋法：澆筑混凝土之前穿筋。穿筋簡(jiǎn)便， 但穿筋占用工期，預(yù)應(yīng)力筋的自重引起波紋管 擺動(dòng)會(huì)增大摩擦損失，預(yù)應(yīng)力筋端部保護(hù)不當(dāng) 易生銹。 p后穿筋法：澆筑混凝土之后穿筋，可在混凝土 養(yǎng)護(hù)期內(nèi)進(jìn)行，不占工期，便于用通孔器或高 壓水通孔，穿筋后即張拉，易于防銹

14、，但穿筋 費(fèi)力。 （3）預(yù)應(yīng)力筋張拉 設(shè)計(jì)要求或不低于設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的75%。 （4）孔道灌漿 作用：保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋，防止銹蝕；預(yù)應(yīng)力筋 與構(gòu)件能有效粘結(jié)，以控制超載時(shí)的裂縫間距與 寬度并減輕梁端錨具的負(fù)荷狀況。 5.無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的主要施工工序?yàn)椋簩o(wú) 粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋準(zhǔn)確定位（涂防腐油脂并包覆塑料 套管），并與普通鋼筋一起綁扎形成鋼筋骨架， 然后澆筑混凝土；待混凝土達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度后（一 般不低于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%）進(jìn)行張拉（一 端錨固一端張拉或兩端同時(shí)張拉）。張拉完成后， 在張拉端用錨具將預(yù)應(yīng)力筋錨住，形成無(wú)粘結(jié)預(yù) 應(yīng)力結(jié)構(gòu)。 例圖 （1）無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的制作 預(yù)應(yīng)力

15、鋼材、涂料層、外包層、錨具組成。 （2）無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的鋪設(shè) （3）無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的張拉 宜采用單根張拉。 l混凝土墩；2鋼橫梁；3局部加厚的臺(tái)面； 4預(yù)應(yīng)力筋 槽式臺(tái)座 壓桿 磚墻 上橫梁 下橫梁 磚墻 壓桿 1預(yù)應(yīng)力筋；2混凝土構(gòu)件；3臺(tái)座；4夾具 動(dòng)畫(huà) 臺(tái)座準(zhǔn)備刷隔離劑鋪放預(yù)應(yīng)力筋 張拉 安側(cè)模扎橫向筋 澆筑混凝土 養(yǎng)護(hù) 制作試塊 放張預(yù)應(yīng)力筋脫模出槽堆放試塊試壓 先張法工藝流程圖 螺母 精軋螺紋鋼筋 精軋螺紋鋼筋體系 鐓頭錨具 YX錨具 LD-10（20）型鐓頭器 預(yù)應(yīng)力鋼絞線圖 (a)17鋼絞線；(b)12鋼絞線； (c)l3鋼絞線；d一鋼絞線公稱直徑 l混凝土構(gòu)件；2預(yù)留孔道；3預(yù)應(yīng)力筋；4張拉千斤頂；5錨具