第5章預應力混凝土工程

1、第五章第五章 預應力混凝土工程預應力混凝土工程 第一節(jié) 先張法施工 第二節(jié) 后張法施工 第三節(jié) 無粘結預應力混凝土施工 概概 述述1、混凝土發(fā)展過程： 素混凝土 鋼筋混凝土 預應力混凝土2、預應力的優(yōu)點： 截面小，重量輕，剛度大； 抗裂性、耐久性好； 節(jié)約鋼材； 在較大跨度結構中，綜合經(jīng)濟效益好。概概 述述3、預應力筋的種類 碳素鋼絲，直徑：39； 刻痕鋼絲； 低松弛鋼絲 ； 鋼絞線，由6根直徑為5mm的高強鋼絲纏繞而成； 熱處理鋼筋，直徑：610； 冷軋帶肋鋼筋，級別代號：LL550、LL650、LL800。概概 述述4、對混凝土的要求 混凝土強度等級一般不低于C30； 當采用碳素鋼絲、鋼絞

2、線、V級鋼筋（熱處理）作預應力時，混凝土強度等級不宜低于C40。概概 述述5、預應力的施加方法 根據(jù)與構件制作相比較的先后順序，分為： 先張法 后張法按工藝分為：一般后張法； 后張自錨法； 無粘結后張法； 電熱法。第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工一、先張法第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工 先張法一般用于預制構件廠生產(chǎn)定型的中小型構件，如樓板、屋面板、檁條及吊車梁等。 先張法生產(chǎn)時，可采用臺座法和機組流水法。 采用臺座法時，預應力筋的張拉、錨固，混凝土的澆筑、養(yǎng)護及預應力筋放松等均在臺座上進行；預應力筋放松前，其拉力由臺座承受。 采用機組流水法時，構件連同鋼模通過固定的機組，按流水方式完成（

3、張拉、錨固、混凝土澆筑和養(yǎng)護）每一生產(chǎn)過程；預應力筋放松前，其拉力由鋼模承受。第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工（一）臺座 組成：臺面、橫梁、承力結構。 分為：墩式臺座、槽式臺座、樁式臺座等。1、 墩式臺座 以混凝土墩作為承力結構的臺座稱為墩式臺座。 一般用于生產(chǎn)中小型構件。（1） 墩式臺座分類：簡易墩式臺座； 重力墩式臺座； 構架式臺座；第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工計算簡圖：第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工（2） 墩式臺座計算要點： 穩(wěn)定性驗算：（抗傾覆、抗滑移的能力） A、抗傾覆驗算：1KMMM抗傾覆力矩 MG1l1+G2l2M，傾覆力矩 M，T1抗傾覆系數(shù)第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工

4、先張法施工B、抗滑移驗算：2KPTT抗滑移能力。TNF (G1+G2) 摩擦力N臺面抵抗力P張拉力合力第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工強度驗算： 支承橫梁的牛腿，按柱子的牛腿計算配筋； 墩式臺座與臺面接觸的外伸部分，按偏心受壓構件計算； 臺面按軸心受壓構件計算； 橫梁按承受均布荷載的簡支梁計算。 第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工 2、槽式臺座用于張拉力和傾覆力矩較大的構件生產(chǎn)。第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工 （二）張拉機具和夾具 1、鋼絲的夾具和張拉機具 （1）鋼絲夾具 錨固夾具：錐形、楔形。 第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工、張拉夾具：偏心式、鉗式、楔形。、墩頭錨具： 采用冷墩形成

5、。第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工（2）張拉機具 要求： 簡易可靠，準確控制鋼絲的拉力，穩(wěn)速增大拉力。 種類： A、卷揚機張拉：彈簧測力、杠桿測力。 B、電動螺桿張拉機張拉：構造簡單，體積小，重量 輕，操作靈活，移動方便。 第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工 2、鋼筋的夾具和張拉機具 （1）鋼筋夾具 錨固夾具：工具式螺桿螺絲端桿錨具； 穿心式夾具自錨； 墩頭錨固：d 12mm 冷墩 d 22mm 加熱鍛打 張拉夾具：壓銷式、穿心式。第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工 （2）鋼筋張拉機具 油壓千斤頂、拉伸機、穿心式千斤頂、電動螺桿張拉機。第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工第一節(jié)第一節(jié) 先張法施

6、工先張法施工（二）先張法施工工藝第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工 一）張拉 1、預應力筋的張拉控制應力 應符合下列規(guī)定：消除應力鋼絲、鋼絞線 中強度預應力鋼絲 預應力螺紋鋼筋0.75conptkf0.70conptkfy0.85conp kfcon式中： 預應力筋極限強度標準值； 預應力螺紋鋼筋屈服強度標準值。fp tkfp y k第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工 消除應力鋼絲、鋼絞線、中強度預應力鋼絲的張拉控制應力值不應小于 ；預應力螺紋鋼筋的張拉應力控制值不宜小于 。 當符合下列情況之一時，上述張拉控制應力限值可相應提高 或 ；1)要求提高構件在施工階段的抗裂性能而在使用階段受壓區(qū)內(nèi)設

7、置的預應力筋；2)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。0.4ptkf0.5pykf0.05ptkf0.05pykf第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工concon預應力鋼絲由于張拉工作量大，宜采用一次張拉程序： 0（1.031.05）錨固其中，系預應力筋的張拉控制應力；超張拉系數(shù)1.031.05是考慮彈簧測力計的誤差、溫度影響、臺座橫梁或定位板剛度不足、臺座長度不符合設計取值、工人操作影響等。采用低松弛鋼絞線時，可采用一次張拉程序：對單根張拉，0錨固對整體張拉，concon0 初應力調(diào)整值錨固2、張拉程序第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張

8、法施工 1、澆筑要求： 同一生產(chǎn)線的構件應一次澆筑完畢； 構件應避開溫度縫； 振搗時不應碰撞鋼絲； 疊層生產(chǎn)時，下層混凝土強度達5MPa，方可澆筑上層構件； 混凝土的水灰比應嚴格控制，振搗應密實。 2、養(yǎng)護： 自然養(yǎng)護； 濕熱養(yǎng)護。（二）混凝土的澆筑與養(yǎng)護第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工（三）預應力筋放張1、放張要求 混凝土強度應大于75C設；（重疊生產(chǎn)指最上層構件） 放張過程中，應使預應力構件自由伸縮，避免過大的沖擊 與偏心。同時還應使臺座承受的傾覆力矩及偏心力減??； 保證預應力筋與混凝土之間的粘結。第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工2、放張順序 軸心受壓構件：同時放張。 偏心構件：先同時

9、放張預應力較小區(qū)域內(nèi)的預應力筋； 再同時放張預應力較大區(qū)域內(nèi)的預應力筋。 如不能滿足上述要求，應分階段、對稱、相互交錯進行放 張。 注意：放張時，應拆除側(cè)模。注意：放張時，應拆除側(cè)模。第一節(jié)第一節(jié) 先張法施工先張法施工3、 放張方法 對于中小型預應力混凝土構件，預應力絲的放張宜從生產(chǎn)線中間處開始，以減少回彈量且有利于脫模；對于構件應從外向內(nèi)對稱、交錯逐根放張，以免構件扭轉(zhuǎn)、端部開裂或鋼絲斷裂。 放張預應力筋，一般采用千斤頂放張，如圖圖5.16(5.16(a)a)所示。也可采用砂箱、楔塊等放松裝置。v砂箱裝置如圖圖5. .16（b）所示。v楔塊放張裝置如圖圖5.165.16（c）所示。 第一節(jié)第

10、一節(jié) 先張法施工先張法施工第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工一、后張法第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工 1、定義： 制備留有孔道的混凝土構件，混凝土達到設計規(guī)定強度后，穿筋并用張拉機具張拉鋼筋至設計規(guī)定應力值，借助錨具把預應力筋錨固在構件端部，最后，孔道灌漿，這種預加應力的方法稱為后張法。2、特點： 混凝土的彈性壓縮對預應力值的建立無直接影響； 錨具不能重復使用，成本高； 工藝比較復雜（構件制作、留孔、穿筋、張拉、灌漿）；第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工3、適用范圍現(xiàn)場制作大型構件，避免大型構件運輸?shù)穆闊?、生產(chǎn)過程 （1）構件生產(chǎn)階段； （2）預加應力階段 （包括錨具、預應力筋制作、張

11、拉、灌漿等）第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工 （一）錨具和預應力筋的制作常見預應力筋類型： 單根鋼筋，直徑大于12毫米； 鋼筋束與鋼絞線束； 鋼絲束。對錨具的要求： 尺寸準確； 不致產(chǎn)生預應力筋的滑移； 有足夠剛度和強度。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工 1、錨具 張拉端：螺絲端桿錨具。 固定端：幫條錨具或墩頭錨具。（1）螺絲端桿錨具 組成：螺絲端桿、螺母、墊板。（2）幫條錨具 組成：幫條、襯板。（3）鐓頭錨具 直接在鋼筋端部用熱鐓、冷鐓、鍛打成型。（4）級精軋螺旋鋼筋直徑有25和32兩種。 一）單根預應力筋的錨具及制作第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工螺絲端桿錨具：第二節(jié)第二節(jié) 后張法施

12、工后張法施工2、預應力筋的制作（1）制作： 包括配料、對焊、冷拉等工序。（2）下料長度計算 錨具特點：螺絲端桿外露在孔道外的長度為120150mm，幫條、鐓頭視錨具尺寸而定。 對焊接頭：每個對焊接頭的壓縮量約等于鋼筋直徑。 鋼筋冷拉率：實際測定作為下料依據(jù)。 彈性回縮率：冷拉后的回縮值與冷拉完成時的長度的比值，一般為0.3左右。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工212llL1102lLL1兩端用螺絲端桿錨具時 預應力筋的成品長度L1（冷拉后的全長）為： 預應力筋中鋼筋冷拉完成后的長度為L0：預應力筋中的鋼筋冷拉前的下料長度L為：001nlLL第二節(jié)第二節(jié) 后張

13、法施工后張法施工式中：l構件的孔道長度。2l螺絲端桿伸出構件外的長度。1l預應力筋的冷拉率。預應力筋的冷拉彈性回縮率。 n 對焊接頭數(shù)量。0l每個對焊接頭的壓縮量。螺絲端桿的長度，一般為320mm。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工321lllL110lLL2一端用螺絲端桿，另一端用幫條錨具時預應力筋的成品長度：預應力筋中的鋼筋冷拉完成后的長度：預應力筋中的鋼筋下料長度：001nlLL3l式中：幫條或鐓頭錨具長度（包括墊板厚度）第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工 二）鋼筋束、鋼絞線束預應力筋的錨具及制作鋼筋束采用： 12，36根鋼絞線束采用： 36根 7 51、錨具（1）JM12型錨具 楔塊原

14、理 可錨具多根預應力筋 既可作張拉端錨具，又可作固定端錨具。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工JM12型錨具構造：第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工（2） KTZ型錨具（可鍛鑄鐵錐形錨具） 用于螺紋鋼筋束和鋼絞線束。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工（3） XM型錨具可錨固：可錨固： 鋼絞線束； 鋼絲束； 單根預應力筋； 多根預應力筋。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工2、預應力筋制作（1）制作工序： 調(diào)直下料編束（2）下料長度計算：（與張拉設備和選用的錨具有關）當采用JM型或XM型錨具，用穿心式千斤頂張拉時，鋼筋束和鋼絲束的下料長度L應等于構件孔道長度加上兩端為張拉、錨固所需的外露長度，如下

15、圖所示。 第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工兩端張拉時： L=l+2（l1+l2+l3+100）第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工一端張拉時： L=l+2（l1+100）+l2+l3 第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工 三）鋼絲束預應力筋的錨具及制作1、錨具（1）鋼質(zhì)錐形錨具 適用于6、12、18、24根直徑5mm碳素鋼絲第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工鋼絲束鐓頭錨具鋼絲束鐓頭錨具（2）鋼絲束鐓頭錨具 用于錨具1254根直徑5mm碳素鋼絲的鋼絲束。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工（3）錐形螺桿錨具 適用于14、16、20、24、28根直徑5mm的鋼筋束。第

16、二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工四）精軋螺紋鋼筋及錨具 精軋螺紋鋼筋在任意截面處都能擰上帶內(nèi)螺紋的連接器進行接長或擰上特制的螺母進行錨固，無需冷拉和焊接，施工方便。 主要用于房屋、橋梁與構筑物等直線筋。精軋螺紋鋼筋外形示意圖精軋螺紋鋼筋外形示意圖精軋螺紋鋼筋精軋螺紋鋼筋第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工 精軋螺紋鋼筋錨具是利用與該鋼筋螺紋匹配的特制螺母的一種支承式錨具。精軋螺紋鋼筋錨具包括螺母與墊板，如下圖所示。JLM精軋螺紋鋼筋錨具第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工 五）張拉機具及設備 1.千斤頂 （1）穿心式千斤頂 穿心式千斤頂是一種具有穿心孔，利用雙液缸張拉預應力筋和頂壓錨具的雙作用千斤

17、頂。YC60穿心式千斤頂穿心式千斤頂?shù)诙?jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工1）適用性：既可張拉需要頂壓的錨具，配上撐腳與拉桿后，也可用于張拉螺桿錨具和鐓頭錨具，目前是我國預應力張拉施工中應用最廣泛的一種張拉機具。2）張拉力：180、200、600、1200、1500和3000kN等3）張拉行程：150mm8mm不等。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工（2）錐錨式千斤頂 錐錨式千斤頂是一種具有張拉、頂錨和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?shù)诙?jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工2.高壓油泵 高壓油泵主要與各類千斤頂配套使用，提供高壓的油液。

18、高壓油泵的類型比較多，性能不一。如右圖所示為ZB4/500型高壓油泵。ZB4/500型電動高壓油泵型電動高壓油泵1-電動機主泵體；2-控制閥；3-壓力表；4-油箱小車；5-電氣開關；6-拉手；7-加油口第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工（二）后張法施工工藝第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工 一）孔道留設1、要求 （1）孔道尺寸、位置應正確，孔道要平順； （2）端部的預埋鋼板應垂直于孔道中心線； （3）孔道直徑取決于預應力筋和錨具、保證預應力筋穿入。2、施工方法 （1）鋼管抽芯法適宜于留設直線孔道 方法：在需留設孔道處預埋鋼管，在混凝土澆筑、養(yǎng)護中定期慢轉(zhuǎn)鋼管，以防粘結，待混凝土初凝后，終凝前抽

19、出鋼管，形成孔道。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工施工時應注意的問題 鋼管應平直，光滑，埋前應出銹，刷油，位置正確； 每根長度小于15米，以便于旋轉(zhuǎn)、抽管； 早：坍孔； 晚：抽管難，抽不出來。 一般在初凝后終凝前，手指按壓混凝土不粘漿又無明顯印痕時，則可抽管。 常溫下，一般 36小時即可抽管。 抽管順序和方法 先上后下，邊抽邊轉(zhuǎn)，速度均勻，與孔道保持在同一直線。恰當掌握抽管時間 第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工（2）膠管抽芯法 適宜于留設直線孔道、曲線孔道、折線孔道等 方法：在孔道留設處，安放膠管（內(nèi)充氣或水、鋼絲網(wǎng)膠 管），澆筑混凝土，養(yǎng)護，初凝后，通過放氣（水）或直 接拉，形成孔道。

20、施工時應注意的問題 ： 長度 2030米以內(nèi)整根管，一端抽出。較長時在中間接長， 接頭處應防漏氣、漏水。 抽管順序：先上后下，先曲后直。 第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工（3）預埋波紋管法 適宜于曲線孔道 方法：波紋管直接埋設在需留設孔道處，不再抽出。 施工時應注意的問題： 使用前應作灌水試驗，檢查有無滲漏； 連接用大一號波紋管（接長時）； 固定：用鋼筋卡子，并用鐵絲綁牢； 避免反復彎曲。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工 1、預應力筋的張拉控制應力 應符合下列規(guī)定： 消除應力鋼絲、鋼絞線 中強度預應力鋼絲 預應力螺紋鋼筋0.75conptkf0.70conptkfy0.85conp kfc

21、on式中： 預應力筋極限強度標準值； 預應力螺紋鋼筋屈服強度標準值。fp tkfp y k核心問題預應力筋的應力控制二）張拉第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工 孔道摩擦損失 錨固損失 鋼筋應力松弛損失 混凝土收縮徐變損失 受張拉的鋼筋與承受拉力的設備之間的溫差引起應力損失用螺旋式預應力筋作配筋的環(huán)形構件，當直徑d不大于3m時，由于混凝土的局部擠壓造成的損失6l3l5l4l2l1l2、預應力損失 盡可能減少預應力損失，是預應力混凝土結構設計中的重要問題。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工各階段預應力損失值的組合各階段預應力損失值的組合預應力損失值的組合先張法構件后張法構件混凝土預壓前（第一批）的

22、損失混凝土預壓后（第二批）的損失5l1234llll12ll456lll注：先張法構件由于預應力鋼筋應力松弛引起的損失值注：先張法構件由于預應力鋼筋應力松弛引起的損失值 在第一批和第在第一批和第二批損失中所占的比例，如需區(qū)分，可根據(jù)實際情況確定。二批損失中所占的比例，如需區(qū)分，可根據(jù)實際情況確定。4l第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工3、預應力筋有效預應力值計算預應力筋中建立的有效預應力值可按下式計算：式中：1inpcconliiconlipc預應力筋的有效預應力值；預應力筋的張拉控制應力值；第 項預應力損失值。對碳素鋼絲與鋼絞線，其有效預應力值 不宜大于 ，也不宜小于 。如設計上僅提供有效預

23、應力值，則需計算預應力損失值，兩者疊加即的所需的張拉力。pc0.6fptk0.4fptk第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工jP4、張拉程序根據(jù)構件類型、張錨體系、松弛損失取值等因素確定。采用低松弛鋼絲和鋼絞線時，張拉操作程序為：0錨固其中，jPjPconPAPA為預應力筋的張拉力：=式中預應力筋的截面面積。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工jPjP采用普通松弛預應力筋時，按超張拉程序進行：對墩頭錨具等可卸載錨具 01.05錨固對夾片錨具等不可卸載錨具01.03jP 超張拉并持荷2min的目的是加速預應力鋼筋松弛損失的早期發(fā)展。持荷2min第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工 以上各種張拉操作程序

24、，均可分級加載。對曲線預應力束，一般以（0.20.5） 為測量伸長值的起點，分三級加載（0.2 、0.6 及1.0 ）或四級加載（0.25 、0.50 、0.75 及1.0 ）。 當預應力筋長度較大，千斤頂張拉行程不夠時，應采取分級張拉、分級錨固。第二級初始油壓為第一級最終油壓。預應力筋張拉到規(guī)定油壓后，持荷校核伸長值，合格后進行錨固。jPjPjPjPjPjPjPjP第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工5、張拉力計算（1）全部筋一次張拉：)1(mANpconm超張拉百分率cEconcon式中：con設計控制應力，即第二批預應力筋的設計控制應力。E鋼筋與混凝土的彈性模量比值。csEEE（2）同一構

25、件分批張拉 設：分兩批張拉，則第一批的張拉應力為：第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工c第二批預應力筋張拉時，在已張拉預應力筋重心處產(chǎn) 生的混凝土法向應力。pAcAnlcon1其中：1l第一批預應力損失。 Ap 預應力筋截面面積（第一批總截面面積）。 An 混凝土凈截面面積。第一批張拉力：)1(mANpconcon第二批張拉力：)1(2mANpconcon第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工6、張拉注意事項（1）混凝土強度要求：張拉時應符合設計要求；若設計無要求 時，不應低于70C設計。塊體拼裝，立縫處混凝土或砂漿強度，不應低于15MPa或40C設計。（2）多根預應力筋張拉：當不可能同時張拉時，宜

26、分批、分階段、對稱地張拉。第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工（3）重疊多層張拉：現(xiàn)場生產(chǎn)構件，重疊多層構件中預應力的施加，其損失自上而下逐層增加。重疊構件張拉宜先上后下，超張拉、應力依次增加。（4）張拉方式的影響 主要是克服、減小摩阻力的影響 一端張拉：構件長度小于24米的直線預應力筋。 兩端同時張拉：構件長度大于24米或曲線預應力筋。 第二節(jié)第二節(jié) 后張法施工后張法施工（四）孔道灌漿1、作用 保護預應力筋，防銹。 使預應力筋與混凝土結構形成整體。 孔道用灰漿應滿足強度、粘結力、流動性、干縮性、 泌水性要求； 灌漿前，混凝土孔道應用壓力水沖刷干凈并濕潤孔壁； 灌漿時，水泥漿應緩慢均勻地泵入，不得中斷； 灌漿順序應先下后上，以免上層孔道漏漿而將下層孔道 堵塞。 2、要求第三節(jié)第三節(jié) 無粘結預應力混凝土施工無粘結預應力混凝土施工 后張無粘結預應