情景6項目2先張法教學情景設計教師用活頁

1、項目2 先張法教學情景設計1 資訊1.1 布置任務，讓學生了解項目，并采集信息（咨訊）進行分組，每5-8人為一組，明確各自的任務：了解先張法施工的知識。 思考題：1. 預應力混凝土有何特點？2. 在預應力構(gòu)件生產(chǎn)過程中，造成預應力損失有哪些原因？3. 敘述先張法（臺座法）施工主要工藝流程。4. 敘述后張法施工的主要工藝流程。5. 簡述后張法預應力筋張拉端的設置原則。6. 簡述后張法預應力筋的張拉程序及建立超張拉的原因。7. 分批張拉的預應力損失是如何產(chǎn)生的？又是如何彌補的？8. 后張法孔道灌漿的作用有那些？9. 無粘結(jié)預應力混凝土對預應力鋼筋外包層的要求有哪些？1.2 收集信息（1）現(xiàn)有的相關(guān)

2、規(guī)范和規(guī)程混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范(GB500102002)建筑抗震設計規(guī)范(GB500112001)混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 (GB502042002)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D62-2004）（2）相關(guān)教材土木工程施工毛鶴琴主編，武漢理工大學出版社建筑施工技術(shù)本院自編施工技術(shù)王仕川主編，冶金工業(yè)出版社（3）地方工藝標準 四川省混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝規(guī)程本院主編（4）參考資料先張法施工是在澆筑混凝土前在臺座上或鋼模上張拉預應力筋，并用錨具將張拉完畢的預應力筋臨時固定在臺座的橫梁上或鋼模上，然后進行非預應力筋的綁扎，支設模板，澆筑混凝土，養(yǎng)護混凝土至規(guī)定強度（一般不低于混

3、凝土設計強度標準值的75%），保證預應力筋與混凝土之間有足夠的粘結(jié)力時，放張或切斷預應力筋，使預應力筋彈性回縮，通過混凝土與預應力筋之間的粘結(jié)力傳遞預應力，使之對鋼筋混凝土構(gòu)件受拉區(qū)的混凝土產(chǎn)生預壓應力。如圖1所示。圖1 先張法臺座示意圖a）預應力筋張拉；b）混凝土澆筑與養(yǎng)護；c）放松預應力筋1臺座承力結(jié)構(gòu)；2橫梁；3臺面；4預應力筋；5錨固夾具；6混凝土構(gòu)件先張法可采用臺座法、機組流水法和傳送帶法。采用臺座法生產(chǎn)時，預應力筋的張拉、錨固，混凝土構(gòu)件的澆筑、養(yǎng)護和預應力筋的放張等工序均在臺座上進行，預應力筋的張拉力由臺座承受。用機組流水法和傳送帶法生產(chǎn)時，預應力筋的張拉力由鋼模承受。先張法施工

4、時，由于臺座或鋼模承受預應力筋張拉力的能力受到限制，并考慮到構(gòu)件的運輸條件，所以一般適用于生產(chǎn)中小型預應力混凝土構(gòu)件，如預應力空心板、預應力屋面板、中小型預應力吊車梁等構(gòu)件。下面著重介紹用臺座法生產(chǎn)預應力混凝土構(gòu)件。1 先張法施工的設備和機具1） 臺座臺座是先張法生產(chǎn)的主要設備之一，它承受預應力筋的全部張拉力，因而要求臺座必須具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性，同時要滿足生產(chǎn)工藝要求。臺座法一般用于鋼絲或預應力筋的中小型構(gòu)件的生產(chǎn)。臺座的構(gòu)造形式有墩式臺座、槽式臺座和構(gòu)架式臺座，選用時根據(jù)構(gòu)件種類、張拉噸位和施工條件而定。（1）墩式臺座墩式臺座由臺墩、臺面與橫梁等組成（圖2）。目前常用的是現(xiàn)澆鋼筋混

5、凝土制成的、由臺座與臺面共同受力的臺座，橫梁用于錨固預應力筋。臺座的長度和寬度由場地大小、構(gòu)件類型和產(chǎn)量而定，一般長度100150m，這樣既可利用鋼絲長的特點，張拉一次可生產(chǎn)多根構(gòu)件，又可減少因鋼絲滑動或臺座橫梁變形引起的預應力損失。圖 墩式臺座1臺墩；2橫梁；3臺面；4預應力筋1）臺座的抗傾覆驗算臺座稍有變形、滑移或傾角，均會引起較大的應力損失。所以臺座設計時應進行穩(wěn)定性和強度驗算（圖3），穩(wěn)定性是指臺座的抗傾覆能力和抗滑移能力。 臺座的抗傾覆驗算可按下式進行： （1）式中 K抗傾覆安全系數(shù)； M傾覆力矩，由預應力筋的張拉力產(chǎn)生； N預應力筋的張拉力； e1張拉力合力作用點至傾覆點的力臂；

6、M1抗傾覆力矩，由臺座自重力和土壓力等產(chǎn)生； G臺座的自重力； 圖3 墩式臺座穩(wěn)定性驗算簡圖 L臺墩重心至傾覆點的力臂；Ep臺座后面的被動土壓力合力，當臺墩埋置深度較淺時，可忽略不計； e1被動土壓力合力至傾覆點的力臂。臺墩傾覆點位置，對臺墩與臺面共同工作的臺墩，按理論計算，傾覆點應在混凝土臺面表面處，但考慮到臺墩的傾覆趨勢使臺面端部頂點出現(xiàn)局部應力集中，傾覆點應在混凝土臺面面層下4050mm處。2）臺座抗滑移驗算臺座抗滑移驗算可按下式進行： （2）式中 K0抗滑移安全系數(shù)； N張拉力合力；N1抗滑移的力。對獨立的臺墩，由側(cè)壁土壓力和底部摩阻力等產(chǎn)生。對與臺面共同工作的臺墩，因臺面混凝土的彈性

7、模量（C20混凝土為2.6×104N/mm2）和土的壓縮模量（低壓縮土為20N/mm2）相差極大，二者不可能共同工作，而底部摩阻力也較?。s占5%），實際上臺墩的水平推力幾乎全部傳遞給臺面，不存在滑移問題。因此，臺墩與臺面共同工作時，可不作抗滑移計算。而應驗算臺面強度，即臺面承載力。3）臺座強度驗算臺座強度驗算時，支承橫梁的牛腿按柱子牛腿計算方法計算其配筋；臺墩與臺面接觸的外伸部分，按偏心受壓構(gòu)件計算；臺面按軸心受壓桿件計算，臺面承載力按下式計算： （3）式中 軸心受壓縱向彎曲系數(shù)，取=1； A臺面截面面積； fc混凝土軸心抗壓強度計算值； K1超載系數(shù)，取1.25；K2考慮臺面截面

8、不均勻和其他影響因素的附加安全系數(shù)，取1.5。臺面一般是在夯實的碎石墊層上澆筑一層60100mm的C15C20混凝土而成，臺面要求平整、光滑，沿其縱向設3%的排水坡度。臺面伸縮縫可根據(jù)當?shù)販夭詈徒?jīng)驗設置，一般大約10m設置一條伸縮縫。橫梁是錨固夾具臨時固定預應力筋的支點，也是張拉機械張拉預應力筋的支座，常采用型鋼或鋼筋混凝土制作，橫梁需有足夠的剛度，受力后撓度不應大于2mm，并不得產(chǎn)生翹曲。橫梁按承受均布荷載的簡支梁計算。預應力筋的定位板必須安裝準確，受力后其撓度不應大于1mm。（2）槽式臺座圖4 槽式臺座1鋼筋混凝土壓桿；2磚墻；3下橫梁；4上橫梁 槽式臺座由鋼筋混凝土壓桿、上下橫梁和磚墻等

9、組成，既可承受張拉力，又可作蒸氣養(yǎng)護槽，適用于張拉噸位較高的大構(gòu)件，如吊車梁、屋架、薄腹梁等（圖4）。槽式臺座長度一般為45m（可生產(chǎn)6根6m吊車梁）或76m（可生產(chǎn)10根6m吊車梁）。為便于混凝土運輸與蒸氣養(yǎng)護，臺座宜低于地面。槽式臺座也需進行強度和穩(wěn)定性計算。 2） 夾具 夾具是先張法施工時為保持預應力筋拉力并將其固定在臺座上的臨時性錨固裝置，構(gòu)件制作完畢可取下重復使用。對夾具的要求是應具有良好的自錨性能、松錨性能和重復使用性能，需敲擊才能松開的夾具，必須保證其對預應力筋的錨固沒有影響，且對操作人員的安全不造成危險。夾具應符合現(xiàn)行國家標準預應力筋錨具、夾具和連接器（GB/T 14370）的

10、要求。夾具按作用可分為兩類，一類是將預應力筋固定在臺座上的錨固夾具，另一類是張拉時夾持預應力筋用的張拉夾具。（1）錨固夾具1）錐形夾具：錐形夾具是用來錨固預應力鋼絲的（圖5），是常用的單根鋼絲夾具，適用于錨固直徑35mm的冷拔低碳鋼絲或碳素（刻痕）鋼絲。既可用于固定端，也可用于張拉端。2）圓套筒三片式夾具：圓套筒三片式夾具是用于錨固預應力鋼筋的，由中間開有圓錐形孔的套筒和三片夾片組成（圖6）。套筒的內(nèi)孔成圓錐形，三個夾片互成120o，鋼筋夾持在三片夾片中心，夾片內(nèi)槽上有齒紋，以保證鋼筋的錨固。這種夾具適用于夾持直徑12mm和14mm的單根預應力鋼筋。 圖5 錐形夾具 1套筒；2鋼絲；3錐體 圖

11、6 圓套筒三片式夾具 1套筒；2夾片3）鐓頭夾具：鐓頭夾具用于預應力筋固定端錨固（圖7）。冷拔低碳鋼絲可采用冷沖鐓粗的方法制作鐓頭，碳素鋼絲宜采用液壓冷鐓的方法制作鐓頭，直徑小于22mm的鋼筋可在焊機上采用電熱鐓粗的方法制作鐓頭，大直徑的鋼筋只能采用熱鍛方法鍛制鐓頭。圖7 固定端墩頭夾具1墊片；2鐓頭鋼絲；3承力板（2）張拉夾具 張拉夾具是將預應力筋與張拉機具連接起來，進 行預應力張拉的工具。常用的夾具有月牙形夾具、偏心式夾具和楔型夾具等（圖8）。3）張拉設備張拉設備要求簡易可靠，控制應力準確，能以穩(wěn)定的速率增加拉力。先張法施工中預應力筋可單根進行張拉或多根成組張拉，常用的張拉機具有油壓千斤頂

12、、卷揚機、電動螺桿張拉機等。應力控制方面有彈簧測力計、杠桿測力器、荷重控制及 油壓表等不同方法。張拉機具設備應與錨具配套使用，且 圖8 張拉夾具張拉機具及儀表應定期維護和校驗。千斤 a）楔型夾具：1錨板；2楔塊；3鋼筋頂與壓力表應配套校驗，以確定張拉力與 b）鉗式夾具：1倒齒形夾板；2拉柄；3拉環(huán)壓力表之間的關(guān)系曲線，校驗應在經(jīng)主管 c）月牙形夾具：1偏心塊；2環(huán)；3鋼筋部門授權(quán)的法定計量技術(shù)機構(gòu)定期進行。對長期不使用的張拉機具設備，應在使用前進行全面校驗。使用期間的校驗期限應視機具設備的情況確定，當千斤頂使用超過6個月或200次或使用過程中出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象以及在檢修以后應重新校驗。彈簧測力計的

13、校驗期限不宜超過2個月。 千斤頂一般張拉力較大，適于預應力筋成組張拉，用彈簧測力計或杠桿測力計控制應力。目前，隨著電阻應變技術(shù)的日益廣泛的應用，有些預制廠已采用電阻應變式傳感器控制張拉力，可達到很高的精度。（圖9、圖10）。選擇張拉機具時，為了保證設備、人身安全和張拉力準確，張拉機具的張拉力應不小于預應力筋張拉力的1.5倍，張拉機具的張拉行程應不小于預應力筋張拉伸長值的1.11.3倍。圖9 預應力筋成組張拉 圖10 電動螺桿張拉機1臺座；2、3前后橫梁；4鋼筋 1螺桿；2、3拉力架；3張拉機具；5頂桿；6電動機；5、6拉力架橫梁；7大螺絲桿； 7齒輪減速箱；8測力計；9、10車輪；11底盤；8

14、油壓千斤頂；9放松裝置 12把手；13橫梁；14鋼筋；15錨固夾具2 先張法施工工藝1. 先張法（臺座法）施工工藝流程：清理臺座、刷隔離劑預應筋制作、非預應筋骨架制作穿預應筋及安放非預應鋼筋骨架安放預埋鐵件調(diào)整初應力張拉預應力筋安裝模板澆筑混凝土養(yǎng)護混凝土拆除模板放張、切斷預應力筋構(gòu)件起吊堆放2. 涂刷隔離劑 臺座表面在鋪放預應力筋前應涂刷隔離劑，選用非油質(zhì)類模板隔離劑，隔離劑不得污染預應力筋，以免影響預應力筋與混凝土的粘結(jié)。如果預應力筋受到污染，應使用適當?shù)娜軇┘右郧逑础Ｔ谏a(chǎn)過程中，應防止雨水沖刷掉臺面上的隔離劑。3. 預應力筋的張拉張拉前，應對臺座、橫梁及各項張拉設備進行詳細檢查，符合要

15、求后方可進行操作。（1）張拉控制應力值 預應力筋的張拉控制應力，應符合設計要求。張拉控制應力的數(shù)值直接影響預應力的效果，控制應力越高，建立的預應力則越大。但控制應力過高，預應力筋處于高應力狀態(tài)，使構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的荷載與破壞荷載接近，破壞前無明顯的預兆，這是不允許的。因此預應力筋的張拉控制應力（con）應符合設計規(guī)定，施工中預應力筋需超張拉時，可比設計要求提高5%，但其最大張拉控制應力不得超過表1規(guī)定的張拉控制應力限值。表1 張拉控制應力限值鋼種張 拉 方 法先張法后張法消除應力鋼絲、鋼絞線0.75fptk0.75 fptk熱處理鋼筋0.70 fptk0.65 fptk注：1. fptk為預應力筋

16、極限抗拉強度值；2. 消除應力鋼絲指預應力混凝土用鋼絲（GB/T 5223）中的光面、螺旋肋和三面刻痕的消除應力鋼絲。3. 當符合下列情況之一時，表中的張拉控制應力限值可提高0.05fptk：要求提高構(gòu)件在施工階段的抗裂性能而在使用階段受壓區(qū)內(nèi)設置的預應力筋； 要求部分抵消由于應力松弛、摩擦、鋼筋分批張拉以及預應力筋與張拉臺座之間的溫差等因素產(chǎn)生的預應力損失。（2）預應力筋張拉力的計算預應力筋張拉力P按下式計算：（kN） （4）式中 m超張拉百分率（%）；con張拉控制應力；Ap預應力筋截面面積。（3）張拉程序同時張拉多根預應力筋時，應預先調(diào)整其初應力，使相互之間的應力一致，初應力宜為張拉控制

17、應力con的1015%。張拉過程中，應使活動橫梁與固定橫梁始終保持平行，并應抽查預應力筋的預應力值，其偏差的絕對值不得超過按一個構(gòu)件全部預應力筋預應力總值的5%。預應力筋的張拉程序應符合設計規(guī)定，設計無規(guī)定時，其張拉程序可按下列程序之一進行： 0103%con持荷2min或： 0105%concon 建立上述張拉程序的目的是為了減少預應力筋的預應力損失。造成預應力損失有兩方面的原因，其一是由于鋼材在常溫、高應力狀態(tài)下具有不斷產(chǎn)生塑性變形造成應力松弛使預應力損失；其二是由于張拉過程中摩擦、預應力筋分批張拉以及預應力筋與張拉臺座之間的溫差等因素產(chǎn)生的預應力損失。在第一種張拉程序中，超張拉3%是為了

18、彌補預應力筋的松弛等原因所造成的預應力損失。在第二種張拉程序中，超張拉5%并持荷2min，其目的是加速預應力筋應力松弛早期發(fā)生，以減少應力松弛引起的預應力損失（約減少50%）。 （4）預應力筋伸長值預應力筋采用應力控制方法張拉時，應以伸長值進行校核，實際伸長值與理論伸長值的差值應符合設計規(guī)定，設計無規(guī)定時，實際伸長值與理論伸長值的差值應控制在6%以內(nèi)，否則應停止張拉，待查明原因并采取措施予以調(diào)整后，方可繼續(xù)張拉。預應力筋理論伸長值可按下式計算：L （5）式中 Fp預應力筋的平均張拉力（kN），直線筋張拉端的拉力；兩端張拉的曲線筋取張拉端的拉力與跨中扣除孔道摩擦損失后拉力的平均值；L預應力筋的長

19、度（mm）；Ap預應力筋的截面面積（mm2）；Ep預應力筋的彈性模量（kN/mm2）。預應力筋的實際伸長值宜在初應力時開始量測，但必須加上初應力以下的推算伸長值。（5）多根預應力筋同時張拉時，預應力筋的斷絲根數(shù)不得超過表2的規(guī)定，且嚴禁相鄰兩根預應力筋斷裂和滑脫。構(gòu)件在澆筑混凝土前發(fā)生斷裂和滑脫的預應力筋必須予以更換。表2 先張法預應力筋斷絲限制類別檢 查 項 目控 制 數(shù)鋼絲、鋼絞線同一構(gòu)件內(nèi)斷絲根數(shù)不得超過鋼絲總數(shù)的1%鋼 筋斷 筋不允許張拉完畢，預應力筋對設計位置的偏差不得大于5mm，也不得大于構(gòu)件截面最短邊長的4%。施工中應注意安全，張拉時，正對鋼筋兩端禁止站人。敲擊錨塞時，不應用力過

20、猛，以免預應力筋斷裂傷人，要求錨塞可靠。4. 混凝土的澆筑和養(yǎng)護混凝土的澆筑應每條生產(chǎn)線一次完成，不允許留設施工縫。構(gòu)件應避開臺面的伸縮縫，若避不開，可在伸縮縫上先鋪薄鋼板或油氈，然后澆筑混凝土。為減少混凝土收縮徐變引起的預應力損失，應采用低水灰比，控制水泥用量，采用良好的砂石級配，保證振搗密實，特別是構(gòu)件端部，應保證混凝土的強度和粘結(jié)力。澆筑時，振搗器不應碰撞預應力筋。在混凝土未達到規(guī)定強度之前，仍不允許碰撞或踩動預應力筋。當疊層生產(chǎn)時，應待下層構(gòu)件的混凝土強度達到810N/mm2后，方可澆筑上層構(gòu)件的混凝土。一般當氣溫平均高于20時，每兩天可疊一層。當氣溫較低時，可采用早強措施，以縮短養(yǎng)護

21、時間，加速臺座周轉(zhuǎn)，提高生產(chǎn)效率。預應力混凝土可采用自然養(yǎng)護或蒸氣養(yǎng)護。當在臺座上生產(chǎn)的預應力混凝土采用蒸氣養(yǎng)護時，應采取正確地養(yǎng)護制度，以減少由于溫差引起的預應力損失。這種預應力損失是由于預應力筋張拉后錨固在臺座上，加熱后因預應力筋與臺面膨脹率不同，預應力筋膨脹率大，在加熱作用下產(chǎn)生膨脹，而臺座的膨脹率小，長度幾乎無變化，因而預應力筋的應力減小。如果在這種情況下混凝土逐漸硬化，那么預應力筋由于溫度升高而引起的應力減少則永遠不能恢復，造成預應力損失。所以宜在開始蒸氣養(yǎng)護時控制溫差在20內(nèi)，待混凝土強度達到10N/mm 2后，再正常升溫加熱養(yǎng)護混凝土至規(guī)定的強度。若以機組流水法或傳送帶法用鋼模制

22、作預應力構(gòu)件，蒸氣養(yǎng)護時由于鋼模與預應力筋同樣收縮，不存在因溫差引起的預應力損失。5. 預應力筋的放張先張法施工的預應力筋放張時，預應力混凝土構(gòu)件的強度必須符合設計要求，設計無規(guī)定時，其強度不得低于設計混凝土強度標準值的75%。重疊生產(chǎn)的構(gòu)件，需待最后一層構(gòu)件的強度達到75%的設計強度后方可進行預應力筋放張。過早放張會引起較大的預應力損失。預應力混凝土構(gòu)件在預應力筋放張前應對試塊進行試壓。 放張前，應將限制位移的側(cè)模、翼緣模板或內(nèi)模板拆除，使預應力筋放松時，構(gòu)件能自由壓縮，否則將損壞模板或使構(gòu)件開裂。對有橫肋的構(gòu)件（如大型屋面板），其橫肋斷面應有合適的斜度，或采用活動鋼模，以免放張預應力筋時，構(gòu)件端肋開裂。（1）放張順序預應力筋的放張順序應符合設計要求。對承受軸心預壓力的構(gòu)件（如壓桿、樁等），所有預應力筋應同時放張；對承受偏心預壓力的構(gòu)件（如梁），應先同時放張預應力較小區(qū)域的預應力筋，再同時放張預應力較大區(qū)域的預應力筋。如不能滿足上述要求時，應分階段