第六章 建筑施工技術 預應力混凝土工程

1、第五章第五章 預應力混凝土工程預應力混凝土工程學習目標：學習目標：1、了解預應力混凝土的基本原理2、掌握先張法、后張法預應力混凝土施工3、掌握預應力混凝土的施工質量驗收標準及檢測方法4、掌握預應力混凝土結構施工的安全技術內容提要預應力混凝土基本原理先張法后張法123預應力分類預應力混凝土作用基本原理預應力砼作用預應力基本原理5預應力損失4預應力鋼材 利用拉伸的鋼筋（在彈性范圍內）對砼預加壓應力，當構件受荷時，產生的拉應力，首先要抵消砼中的預壓應力。然后隨著荷載的不斷增加，受拉區(qū)砼才受拉開裂。一、預應力砼作用 預應力prestressing force： 預應力是為了改善結構服役表現(xiàn)，在施工期間

2、給結構預先施加的壓應力，結構服役期間預加壓應力可全部或部分抵消荷載導致的拉應力，避免結構破壞。常用于混凝土結構。預應力混凝土結構，是在結構承受荷載之前，預先對其施加壓力，使其在外荷載作用時的受拉區(qū)混凝土內力產生壓應力，用以抵消或減小外荷載產生的拉應力，使結構在正常使用的情況下不產生裂縫或者裂得比較晚。 預應力混凝土是在外荷載作用前，預先建立有內應力的混凝土?；炷恋念A壓應力一般是在結構或構件受拉區(qū)域，通過對預應力筋進行張拉、錨固、放松，借助鋼筋的彈性回縮，使受拉區(qū)混凝土事先獲得預壓應力來實現(xiàn)的。預壓應力的大小和分布應能減少或抵消外荷載所產生的拉應力。1.特點：推遲了裂縫的出現(xiàn)和限制了裂縫的開展

3、。提高了構件的抗裂度和剛度。達到了鋼筋與砼共同工作的目的，可以節(jié)約鋼材。構件屬于脆性破壞，施工工藝復雜。2.缺點:與普通混凝土結構相比，施工難度大，需要使用專門的施工設備和工具。預應力混凝土的技術含量高，設計和施工的要求高，需要有專門的理論和工藝指導。預應力混凝土構件遇到火災時，由于構件受熱伸長，施加的預應力會降低甚至消失，從而造成結構或構件失效，所以要特別重視防火。 二、預應力混凝土作用基本原理按施加預應力的方式機械張拉電熱張拉按施加預應力的時間先張法后張法按施工方法預制預應力混凝土現(xiàn)澆預應力混凝土三、預應力分類按預應力度大小全預應力混凝土按預應力筋的粘結狀態(tài)的時間有粘結預應力混凝土部分預應

4、力混凝土無粘結預應力混凝土（一）預應力鋼絲根據(jù)加工深度不同，分為冷拔鋼絲和消除應力鋼絲根據(jù)表面形狀不同，分為光圓鋼絲、刻痕鋼絲和螺旋肋鋼絲1.冷拔鋼絲特點 存在殘余應力，屈強比低，伸長率低，僅用于鐵路軌枕、壓力管道、電桿等2.消除應力鋼絲（普通松弛型）冷拔鋼絲經(jīng)矯直回火，消除殘余應力特點 提高屈強比、彈性模量，有較好的伸直性，施工方便，應用廣泛管道用鋼絲四、預應力鋼材3.消除應力鋼絲（低松弛型） 冷拔后在張力狀態(tài)下經(jīng)回火處理的鋼絲 特點 彈性極限和屈服強度提高，應力松弛率大大降低，在房屋、橋梁、市政、水利等大型工程中推廣應用4.刻痕鋼絲 用冷軋或冷拔方法使鋼絲表面產生規(guī)則變化的凹痕或凸紋的鋼絲

5、 特點 可增加鋼絲與砼的握裹力，可用于先張法預應力砼構件5.螺旋肋鋼絲 通過專用拔絲模冷拔使鋼絲表面沿長度方向產生規(guī)則間隔肋條的鋼絲 特點 可增加鋼絲與砼的握裹力，可用于先張法預應力砼構件低松弛刻痕鋼絲螺旋肋預應力鋼絲(二)鋼絞線由多根冷拔鋼絲在絞線機上成螺旋形絞合，并經(jīng)消除應力回火處理而成。特點：強度大，與砼粘結好，柔性好，運輸、施工方便（三）精軋螺紋鋼筋用熱軋方法在整根鋼筋表面上軋出不帶縱肋而橫肋為不連續(xù)的梯形螺紋的直條鋼筋13低松弛預應力鋼絞線17低松弛預應力鋼絞線鋼絞線（四）涂層預應力鋼絞線1.鍍鋅鋼絲合鋼絞線 用熱鍍方法在鋼絲表面鍍鋅 特點 抗腐蝕能力強，主要用于 纜索、體外索及環(huán)境

6、條件惡劣的工程結構2.無粘結預應力鋼絞線用防腐蝕潤滑油脂涂敷在鋼絞線表面上，并外包所料護套制成。 特點 用于后張預應力砼結構中的無粘結預應力筋以及用于暴露或腐蝕環(huán)境下的體外索、拉索等.無粘結預應力鋼絞線無粘結預應力鋼絞線鍍鋅鋼絞線 3.環(huán)氧涂層鋼絞線 在每根鋼絲周圍噴涂環(huán)氧保護膜 兩種類型：有粘結型、無粘結型 4.緩粘結鋼絞線 用緩慢凝固的特種樹脂涂料敷在鋼絞線表面，外包壓波的塑料護套 特點：具備有粘結與無粘結鋼絞線的優(yōu)點 5.不銹鋼鋼絞線（不銹鋼索）箱梁內的鍍鋅鋼絞線（四）涂層預應力鋼絞線1什么是“預應力損失”因材料的特性和預應力施工張拉工藝等原因，從張拉鋼筋開始，到整個預應力構件使用過程中

7、，人們注意到，預應力鋼筋本身的拉應力會慢慢降低，同時混凝土受到的預壓應力也隨之逐漸降低，所失去的預壓應力就是預應力損失。2認識“預應力損失”非常重要 此項技術發(fā)展初期，許多研制的失敗都是因為對預應力損失認識不足。若對預應力損失值估計過大，就要施加更大的預應力，材料不一定承擔得了；若估計過小，構件使用時將會失去預應力的作用；所以要對預應力損失值有一個適當?shù)墓烙?。五、預應力損失先張法12“先張法”原理“先張法”施工設備3“先張法”施工工藝 是先張拉預應力筋，臨時錨固在臺座或鋼模上，然后澆筑混凝土，待混凝土達到一定強度(一般應不低于設計強度的75)，預應力筋與混凝土之間有足夠粘結力時，放松預應力筋，

8、使預應力筋彈性回縮，對混凝土產生預壓應力。 一、“先張法”原理(一)臺座臺座按構造形式不同，可分為墩式臺座和槽式臺座。1墩式臺座 墩式臺座由承力臺墩、臺面與橫梁組成，其長度一般較大(為100-150m)，張拉一次可生產多根構件，減少張拉和臨時固定工作，同時，也能減少因預應力筋滑移和橫梁變形引起的預應力損失。墩式臺座二、先張法施工設備(1)承力臺墩 承力臺墩一般由現(xiàn)澆鋼筋混凝土制成。臺墩應具有足夠的承載力、剛度和穩(wěn)定性，穩(wěn)定性驗算包括抗傾覆驗箅與抗滑移驗算。(2)臺面 臺面是預應力混凝土構什成型的胎模，一般是在夯實的碎石墊層上澆筑一層厚度為60-100mm的混凝土。(3)預應力混凝土滑動臺面 預

9、應力混凝土滑動臺面是在原有的混凝土臺面或新澆的混凝土基層上刷隔離劑，張拉預應力鋼絲，澆筑混凝土面層，待混凝土達到放張強度后切斷鋼絲，臺面就發(fā)生滑動。容易開裂，壽命短2.槽式臺座槽式臺座由鋼筋混凝土傳力柱，上、下橫粱及臺面組成.生產中小型吊車梁、屋架等構件時，由于張拉力和傾覆力矩都很大，般多采用槽式臺座。 槽式臺座二、先張法施工設備 (二)夾具按作用不同，可以分為按作用不同，可以分為 錨固夾具 張拉夾具按預應力筋的類型不同，可以分為按預應力筋的類型不同，可以分為 鋼絲夾具 鋼筋夾具 1鋼絲夾具 (1)錨固夾具 前兩種均屬錐銷式體系，錨固時將齒板或錐銷打入套筒，借助摩阻力將鋼絲錨固。錐銷式錨夾具須

10、具備自鎖和自錨的能力。 自鎖：即錐銷或齒板打人套筒后不致彈回脫出。 自錨：是在預應力鋼筋拉力作用下，齒板（或錐銷）與預應力鋼筋在借助摩擦力一同向套筒內擠入位移后，可將預應力鋼筋自行錨固。 二、先張法施工設備 (2)張拉夾具 張拉時夾持鋼絲的張拉夾具類型較多，常用的有鉗式夾具和偏心式夾具，它們適用于在臺座上張拉鋼絲。 張拉夾具二、先張法施工設備2.鋼筋夾具及聯(lián)接器 鋼筋錨固可用螺絲端桿錨具、墩頭錨具和銷片夾具等。 銷片夾具必須具備自鎖和自錨能力螺絲桿端錨具二、先張法施工設備3.對夾具的要求 先張法錨夾具由于重復使用、要求工作可靠、使用方便、構造簡單、加工容易。應具有良好的自錨性能和良好的放松性能

11、。放松時對操作人員安全不造成危險。二、先張法施工設備(三)張拉機具1.張拉機具要求簡易可靠，能準確控制應力，能以穩(wěn)定速率增大拉力。2.預應力筋可成組張拉或單根張拉。（1）成組張拉時，由于拉力大，一般采用油壓千斤頂，用油壓表讀數(shù)控制張拉力。（2）單根張拉時，由于拉力小一般采用電動螺桿張拉機張拉，用彈簧測力；或用小型電動卷揚機張拉，用杠桿或彈簧測力。1.工藝流程 三、先張法施工工藝2張拉程序 （1） 0 105% （2） 0 103%在第一種張拉程序中，超張拉5并持荷2min，其目的是加速鋼筋松弛早期發(fā)展，以減少應力松馳引起的預應力損失(約減少50)；在第二種張拉程序中，超張拉3，其目的是為了彌補

12、應力松弛引起的預應力損失。concon持荷2mincon三、先張法施工工藝3.混凝土澆筑與養(yǎng)護嚴格控制用水量和水泥用量，以減少收縮和徐變而引起的預應力損失；澆灌混凝土時，應振搗密實，振動器不應碰撞預應力筋，混凝土未達到一定強度時，不允許碰撞和踩動預應力筋。濕熱養(yǎng)護預應力混凝土構件時，應建立正確的養(yǎng)護制度，以減少由于溫差引起的預應力損失。 4.預應力筋放張放張預應力筋時，混凝土強度必須符合設計要求。如設計未說明時，不得低于混凝土強度標準值的75。 放張順序 軸心受預壓構件 同時放張 偏心受預壓構件 應先同時放張預壓力較小區(qū)域的預應力筋，再同時放張預壓力較大區(qū)域的預應力筋。如不能按軸心、 偏心項放

13、張時，應分階段、對稱、相互交錯地放張三、先張法施工工藝放張方法 鋼絲：剪切、割據(jù)，且同時放松鋼絲：剪切、割據(jù)，且同時放松 鋼筋：鋼筋： 數(shù)量少：逐根加熱熔斷數(shù)量少：逐根加熱熔斷 數(shù)量多：同時放松數(shù)量多：同時放松同時放松方法：油壓千斤頂、楔塊放松、砂箱放松同時放松方法：油壓千斤頂、楔塊放松、砂箱放松 三、先張法施工工藝12“后張法”原理 錨具、預應力筋和張拉機具3“后張法”施工工藝后張法是在構件混凝土達到一定強度后，直接在構件或結構上張拉預應力筋并加以錨固，使混凝土產生預壓應力的方法。制作構件、預留孔道預應力筋穿入孔道張拉預應力筋孔道灌漿與封頭施工工藝(一)錨具及預應力筋 錨具是保證預應力值和結

14、構安全的關鍵 尺寸準確； 有足夠的強度和剛度，受力后變形小，錨固可靠，滑移不超過規(guī)定值； 能滿足分級張拉，補張拉及放松預應力鋼筋的要求 能保證灌漿暢通。 按其錨固鋼筋或鋼絲數(shù)量，分為單根筋錨具、鋼筋束和鋼絞線束錨具以及鋼絲束錨具。二、錨具、預應力筋和張拉機具 1單根粗鋼筋 (1)錨具 螺絲端桿錨具 幫條錨具 墩頭錨具 墩頭錨具(2) 預應力筋制作配料、對焊、冷拉下料計算： 預應力筋的成品長度(即預應力筋和螺絲端桿對焊并經(jīng)冷拉后的全長)為:212llL,10;5222mmhHlmmhHl錨固端：張拉端： 預應力筋(不包括螺絲端桿)冷拉后需要達到的長度為 預應力筋(不包括螺絲端桿)的下料長度為:1

15、102lLlnrlL10r-預應力鋼筋冷拉率；預應力鋼筋的冷拉彈性回縮率；n對焊接頭個數(shù)；每個對焊接頭的壓縮量；H-螺母高度二、錨具、預應力筋和張拉2鋼筋束和鋼絞線束 (1)錨具 鋼筋束和鋼絞線束常用的錨具有JM型、KT-Z型和固定端用的鐓頭錨具。 JM型錨具 JM型錨具由錨環(huán)和夾片組成。 KT-Z型錨具 固定端用鐓頭錨具KTZ型錨具JM型錨具二、錨具、預應力筋和張拉 (2)預應力筋制作開盤冷拉下料編束 3鋼絲束 (1)錨具 鋼絲束一般由幾根到幾十根直徑35mm的平行碳素鋼絲組成，目前國內常用的錨具有鋼質錐形錨具、錐形螺桿錨具、鋼絲束墩頭錨具、XM型錨具和QM型錨具。前二者在國外已較少采用鋼質

16、錐形錨具由錨環(huán)和錨塞組成，用于以普通雙作用千斤頂張拉的鋼絲束，錨環(huán)內孔的錐度應與錨塞的錐度一致。錨塞上刻有細齒槽，以卡緊鋼絲防止滑動二、錨具、預應力筋和張拉鋼絲束鐓頭錨具用于錨固12-54根碳素鋼絲的鋼絲束，分DM5A型和DM5B型兩種錨具。前者用于張拉端，后者用于固定端。錐形螺桿錨具 用于錨固14、18、20、24和28根直徑5mm的鋼絲束，它由錐形螺桿、套筒、螺母等組成。(2)鋼絲束制作鋼絲束制作隨錨具型式的不同而有差異，一般需經(jīng)調直、下料、編束和安裝錨具等工序。二、錨具、預應力筋和張拉 (二)張拉機具1、拉桿式千斤頂（40t、60t、80t） -張拉以螺絲端桿為錨具的單根鋼筋、錐形螺桿為

17、錨具的鋼絲束及以DM5A墩頭錨具為張拉端的鋼絲束2、YC-60穿心式千金頂（60t） -使用最廣泛千斤頂傳感器臺座二、錨具、預應力筋和張拉(一)孔道留設 由于孔道灌漿需要，在孔道留設中構件兩端及跨中心留設灌漿孔或排氣孔，孔距一般不宜大于12m，孔徑一般為20mm。留設灌漿孔或排氣孔時，可用木塞或鐵皮管成孔。 1鋼管抽芯法 1、鋼管要平直，安放位置要準確，表面光滑2、每根長度小于15米， 便于旋轉和抽管3、恰當掌握抽管時間4、注意抽管順序和方法三、后張法施工工藝 2膠管抽芯法 （1）膠管必須有良好的密封性能； （2）膠管的接頭處理 （3）掌握抽管時間和順序(Th=200) 3預埋波紋管法 不需要

18、抽管 三、后張法施工工藝(二)預應力筋張拉張拉時混凝土的強度應符合設計規(guī)定，如設計無規(guī)定時，不應低于設計強度標準值的75。1張拉控制應力 PconPAmFm為超張拉系數(shù)（取1.0、1.03或1.05）三、后張法施工工藝2張拉程序鋼筋張拉程序與先張法相同，一般應按設計規(guī)定采用，設計無規(guī)定時，在工地多采用一次張拉，以簡化張拉過程。3張拉順序預應力筋一般應對稱張拉。不能同時張拉時，應分批、分階段對稱地進行張拉，張拉順序應符合設計要求。分批張拉應考慮后批預應力筋張拉時混凝土產生彈性壓縮，使先張拉的預應力筋的應力下降，故先張拉的預應力筋應力應增加 。 三、后張法施工工藝 4減少預應力損失的措施預應力筋應力松弛損失、混凝土收縮徐變引起的預應力損失，已分別于張拉程序和混凝土配合比、張拉時混凝土的強度中考慮。還應考慮如下的預應力損失。 錨具變形 墊板數(shù)量按設計規(guī)定采用，錐塞體系按設計要求頂壓錨塞預應