第5章 預(yù)應(yīng)力混凝土1

第五章預(yù)應(yīng)力混凝土工程本章要求：了解先張法與后張法的不同工藝特點(diǎn)及適用范圍。理解后張法錨具的作用和對(duì)錨具的要求，掌握預(yù)應(yīng)力筋、錨具與張拉千斤頂?shù)呐涮资褂?。了解千斤頂?shù)臋z驗(yàn)，理解孔道的留設(shè)，了解預(yù)應(yīng)力筋的制作及下料長(zhǎng)度的計(jì)算。掌握預(yù)應(yīng)力的建立和校核方法，理解預(yù)應(yīng)力的損失，掌握孔道灌漿。了解先張法張拉設(shè)備、臺(tái)座、夾具和張拉工藝，掌握預(yù)應(yīng)力筋的放張要求、放張順序和放張方法。了解無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的施工工藝及適用范圍。第一節(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的基本知識(shí)一、預(yù)應(yīng)力混凝土的概念：1、預(yù)應(yīng)力混凝土：在構(gòu)件使用前，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受拉區(qū)的鋼筋在彈性范圍之內(nèi)的拉伸，利用鋼筋的彈性回縮，對(duì)受拉區(qū)的混凝土預(yù)先施加預(yù)壓應(yīng)力，以提高構(gòu)件的剛度、抗裂性和耐久性。普通鋼筋混凝土構(gòu)件的抗拉極限應(yīng)變只有0.0001～0.00015。構(gòu)件混凝土受拉不開裂時(shí)，構(gòu)件中受拉鋼筋的應(yīng)力只有20～30N/mm2；即使允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，因受裂縫寬度限制，受拉鋼筋的應(yīng)力也僅達(dá)150～200N/mm2。鋼筋的抗拉強(qiáng)度未能充分發(fā)揮。預(yù)應(yīng)力混凝土是解決這一問(wèn)題的有效方法，即在構(gòu)件承受外荷載前，預(yù)先在構(gòu)件的受拉區(qū)對(duì)混凝土施加預(yù)壓應(yīng)力。當(dāng)構(gòu)件在使用階段時(shí)，外荷載作用下產(chǎn)生的拉應(yīng)力，首先要抵消預(yù)壓應(yīng)力，這就推遲了混凝土裂縫的出現(xiàn)并限制了裂縫的開展，從而提高了構(gòu)件的抗裂度和剛度。對(duì)混凝上構(gòu)件受拉區(qū)施加預(yù)壓應(yīng)力的方法，是張拉受拉區(qū)中的預(yù)應(yīng)力鋼筋，通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土間的粘結(jié)力或錨具，將預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性收縮力傳遞到混凝土構(gòu)件上，并產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。2、預(yù)應(yīng)力混凝土的分類：（1）按施加預(yù)應(yīng)力的方式不同可分為：1）先張法預(yù)應(yīng)力混凝土2）后張法預(yù)應(yīng)力混凝土（2）按混凝土施工方法不同可分為：預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土、現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土和疊合預(yù)應(yīng)力混凝土等。（3）按預(yù)應(yīng)力度大小可分為：全預(yù)應(yīng)力混凝土和部分預(yù)應(yīng)力混凝土。二、預(yù)應(yīng)力混凝土的材料

1、混凝土材料（1）強(qiáng)度要求：一般不低于C30；當(dāng)采用碳素鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋作為預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C40。目前，在一些重要的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，已開始采用C50～C60的高強(qiáng)混凝土，并逐步向更高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土發(fā)展（2）混凝土的配置：應(yīng)盡可能采用高標(biāo)號(hào)水泥（宜用硅酸鹽水泥），減少水泥用量，降低水灰比（控制在0.5以下），選用優(yōu)質(zhì)堅(jiān)硬的骨料在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件生產(chǎn)中，不能摻用對(duì)鋼筋有侵蝕作用的氯鹽，如氯化鈣、氯化鈉等，否則會(huì)發(fā)生嚴(yán)重質(zhì)量事故

2、鋼筋

（1）強(qiáng)度高。預(yù)應(yīng)力鋼筋必須采用高強(qiáng)度鋼材，以減少預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于混凝土的收縮徐變等原因，而的造成預(yù)應(yīng)力損失。（2）要有較好的焊接性能和塑性。（3）預(yù)應(yīng)力筋的種類：?jiǎn)胃咒摻?，鋼筋索，鋼絞線索、鋼絲索等。（4）預(yù)應(yīng)力筋的冷加工：冷拉和冷拔（1）冷拔低碳鋼絲冷拔低碳鋼絲是由直徑6～10mm的I級(jí)鋼筋在常溫下通過(guò)拔絲模冷拔而成，一般拔至直徑3～5mm。冷拔鋼絲強(qiáng)度比原材料屈服強(qiáng)度顯著提高，但塑性降低，是適用于小型構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力筋。（2）冷拉鋼筋冷拉鋼筋是將Ⅱ～Ⅳ級(jí)熱軋鋼筋在常溫下通過(guò)張拉到超過(guò)屈服點(diǎn)某一應(yīng)力，使其產(chǎn)生一定的塑性變形后卸荷，再經(jīng)時(shí)效處理而成。這樣鋼筋的塑性和彈性模量有所降低而屈服強(qiáng)度和硬度有所提高，可直接用作預(yù)應(yīng)力筋（3）碳素鋼絲碳素鋼絲是由高碳鋼盤條經(jīng)淬火、酸洗、拉拔制成。為了消除鋼絲拉拔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，還需經(jīng)過(guò)矯直回火處理。鋼絲直徑一般為3～8mm，最大為12mm，其中3～4mm直徑鋼絲主要用于先張法，5～8mm直徑鋼絲用于后張法。鋼絲強(qiáng)度高，表面光滑，用作先張法預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，為了保證高強(qiáng)鋼絲與混凝土具有可靠的粘結(jié)，鋼絲的表面需經(jīng)過(guò)刻痕處理（4）鋼絞線鋼絞線一般是由6根碳素鋼絲圍繞一根中心鋼絲在絞絲機(jī)上絞成螺旋狀，再經(jīng)低溫回火制成。圖為預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面圖。鋼絞線的直徑較大，一般為9～15mm，比較柔軟，施工方便，但價(jià)格比鋼絲貴預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面圖D－鋼絞線直徑；d0－中心鋼絲直徑；d－外層鋼絲直徑（5）熱處理鋼筋熱處理鋼筋是由普通熱軋中碳合金鋼筋經(jīng)淬火和回火調(diào)質(zhì)熱處理制成。具有高強(qiáng)度、高韌性和高粘結(jié)力等優(yōu)點(diǎn)，直徑為6～10mm。熱處理鋼筋的螺紋外形，有帶縱肋和無(wú)縱肋兩種（6）精軋螺紋鋼筋精軋螺紋鋼筋是用熱軋方法在鋼筋表面上軋出不帶縱肋的螺紋外形，如圖所示。鋼筋的接長(zhǎng)用連接螺紋套筒，端頭錨固用螺母。這種高強(qiáng)度鋼筋具有錨固簡(jiǎn)單、施工方便、無(wú)需焊接等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的精軋螺紋鋼筋直徑有25mm和32mm，其屈服點(diǎn)為750MPa和900MPa兩種。(a)帶縱肋(b)無(wú)縱肋熱處理鋼筋外形精軋螺紋鋼筋外形

三、預(yù)加應(yīng)力的方法：1、先張法——先張拉鋼筋，后澆注混凝土。2、后張法——先澆注混凝土，預(yù)留孔道，后張拉鋼筋3、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力

4、電熱法四、預(yù)應(yīng)力張拉控制應(yīng)力（con):鋼種張拉方法先張法后張法碳素鋼絲、鋼絞線、刻痕鋼絲0.75fptk0.75fptk冷拔低碳鋼絲、熱處理鋼筋0.70fptk0.65fptk冷拉鋼筋0.90fpyk0.85fpyk注：fptk——預(yù)應(yīng)力筋極限抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）

fpyk——預(yù)應(yīng)力筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）五、預(yù)應(yīng)力損失的概念：

預(yù)應(yīng)力總損失值小于下列數(shù)值時(shí)，則按下列數(shù)值取用：先張法：100N/mm2后張法：80N/mm21、錨具變形和鋼筋內(nèi)縮損失：l1(先、后張法均有）式中：——張拉錨具變形和鋼筋內(nèi)縮值；長(zhǎng)線臺(tái)座先張法：=5mm

后張法螺絲端桿錨具（一條縫隙）=5mm

l

——張拉端至固定端之間的距離。ES——鋼筋彈性模量。五、預(yù)應(yīng)力損失的概念：2、孔道摩擦損失：l2(后張法有）當(dāng)＜0.2時(shí)：式中：——從張拉端至計(jì)算截面的距離——從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道傾角。——摩擦系數(shù)3、溫度應(yīng)力損失：l3

長(zhǎng)線臺(tái)座生產(chǎn)時(shí)，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)存在。4、鋼筋應(yīng)力松弛損失：l4(先、后張法均有）5、混凝土收縮徐變應(yīng)力損失：l5(先、后張法均有）預(yù)應(yīng)力損失的組合張拉方法先張法后張法第一批預(yù)應(yīng)力損失（混凝土預(yù)壓前的預(yù)應(yīng)力損失）lⅠ=l1+l4lⅠ=l1+l2第二批預(yù)應(yīng)力損失（混凝土預(yù)壓后的預(yù)應(yīng)力損失）lⅡ=l5lⅡ=l4+l5六、先、后張法構(gòu)件設(shè)計(jì)施工對(duì)比：1、先張法構(gòu)件需要臺(tái)座，故在預(yù)制廠生產(chǎn)中小型構(gòu)件。后張法不需要臺(tái)座，故在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)大型構(gòu)件。2、設(shè)計(jì)中：先張法采用：換算截面——A0

后張法采用：凈面積——Aj3、預(yù)應(yīng)力損失不同。4、預(yù)應(yīng)力傳遞不同：先張法是依靠混凝土和鋼筋之間的粘結(jié)力來(lái)傳遞。后張法是通過(guò)錨具來(lái)傳遞預(yù)應(yīng)力。5、預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力不同：先張法con＞后張法con，但最終效果一致。第二節(jié)先張法施工一、施工工藝臺(tái)座準(zhǔn)備刷隔離劑鋪放預(yù)應(yīng)力筋等張拉并錨固安側(cè)模、安預(yù)埋件澆混凝土養(yǎng)護(hù)放張脫模、堆放起拱二、臺(tái)座：（略）1、墩式臺(tái)座：2、槽式臺(tái)座：三、張拉機(jī)具與夾具：（一）張拉設(shè)備：1、鋼絲的夾具和張拉機(jī)具（1）張拉機(jī)具：選擇張拉機(jī)具時(shí)，為了保證設(shè)備、人身安全和張拉力準(zhǔn)確，張拉機(jī)具的張拉力應(yīng)不小于預(yù)應(yīng)力筋張拉力的1.5倍；張拉機(jī)具的張拉行程應(yīng)不小于預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長(zhǎng)值的1.1～1.3倍。

還有卷?yè)P(yáng)機(jī)。（2）夾具：先張法中鋼絲的夾具分兩類：一類是將預(yù)應(yīng)力筋錨固在臺(tái)座或鋼模上的錨固夾具；另一類是張拉時(shí)夾持預(yù)應(yīng)力筋用的張拉夾具。錨固夾具與張拉夾具都是重復(fù)使用的工具。夾具的種類繁多，此處僅介紹常用的一些鋼絲夾具。(a)鉗式(b)偏心式(c)楔形鋼絲的張拉夾具1－鋼絲；2－鉗齒；3－拉鉤；4－偏心齒條；5－拉環(huán)；6－錨板；7－楔塊(a)圓錐齒板式(b)圓錐槽式(c)楔形鋼絲用錨固夾具1－套筒；2－齒板；3－鋼絲；4－錐塞；5－錨板；6－楔塊2、鋼筋的夾具和張拉機(jī)具1）鋼筋?yuàn)A具鋼筋錨固多用螺絲端桿錨具、鐓頭錨和銷片夾具等。張拉時(shí)可用連接器與螺絲端桿錨具連接，或用銷片夾具等。鋼筋鐓頭，直徑22mm以下的鋼筋用對(duì)焊機(jī)熱鐓或冷鐓，大直徑鋼筋可用壓模加熱鍛打成型。鐓過(guò)的鋼筋需經(jīng)過(guò)冷拉，以檢驗(yàn)鐓頭處的強(qiáng)度。銷片式夾具由圓套筒和圓錐形銷片組成(圖)，套筒內(nèi)壁呈圓錐形，與銷片錐度吻合，銷片有兩片式和三片式，鋼筋就夾緊在銷片的凹槽內(nèi)。兩片式銷片夾具1－銷片；2－套筒；3－預(yù)應(yīng)力筋?yuàn)A具還應(yīng)具備下列性能：①在預(yù)應(yīng)力夾具組裝件達(dá)到實(shí)際破斷拉力時(shí)，全部零件均不得出現(xiàn)裂縫和破壞；②應(yīng)有良好的自錨性能；③應(yīng)有良好的放松性能。需大力敲擊才能松開的夾具，必須證明其對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的錨固無(wú)影響，且對(duì)操作人員安全不造成危險(xiǎn)。夾具進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)必須檢查其出廠質(zhì)量證明書，以及其中所列的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并進(jìn)行必要的靜載試驗(yàn)，符合質(zhì)量要求后方可使用。2）鋼筋的張拉機(jī)具先張法粗鋼筋的張拉，分單根張拉和多根成組張拉。由于在長(zhǎng)線臺(tái)座上預(yù)應(yīng)力筋的張拉伸長(zhǎng)值較大，一般千斤頂行程多不能滿足要求，故張拉較小直徑鋼筋可用卷?yè)P(yáng)機(jī)。此外，張拉直徑12～20mm的單根鋼筋、鋼絞線或小型鋼絲束，可用YC－20型穿心式千斤頂(圖)。張拉時(shí)，前油嘴回油、后油嘴進(jìn)油，被偏心夾具夾緊的鋼筋隨著油缸的伸出而被拉伸。如油缸行程已接近最大行程而鋼筋尚未達(dá)到控制應(yīng)力時(shí)，可使千斤頂卸載、油缸復(fù)位，然后繼續(xù)張拉。此外，YC－18型穿心式千斤頂(張拉力18t，張拉行程250mm)亦可用于張拉單根鋼筋和鋼絲束。(a)暫時(shí)錨固、回油使油缸復(fù)位(b)張拉用YC－20型穿心式千斤頂張拉預(yù)應(yīng)力筋1－偏心夾具；2－后油嘴；3－前油嘴；4－彈性頂壓頭；5－銷片夾具；6－臺(tái)座橫梁；7－預(yù)應(yīng)力筋三.先張法施工工藝（一）預(yù)應(yīng)力筋的鋪設(shè)為了便于脫模，在預(yù)應(yīng)力筋的鋪設(shè)前，對(duì)臺(tái)面及模板應(yīng)先刷隔離劑，為避免鋪設(shè)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)因其自重下垂破壞隔離劑，沾污預(yù)應(yīng)力筋，影響預(yù)應(yīng)力筋與混凝土的粘結(jié),應(yīng)在預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)位置下面先放置好墊塊或定位鋼筋后鋪設(shè)。預(yù)應(yīng)力鋼絲宜用牽引車鋪設(shè)。

（二）預(yù)應(yīng)力筋張拉1、超張拉制度：0105%concon2、一次張拉制度：0103%con采用超張拉工藝的目的是為了減少預(yù)應(yīng)力筋的松弛應(yīng)力損失所謂“松弛”即鋼材在常溫、高應(yīng)力狀態(tài)下具有不斷產(chǎn)生塑性變形的特性。松弛的數(shù)值與張拉控制應(yīng)力和延續(xù)時(shí)間有關(guān)，控制應(yīng)力高，松弛也大，所以鋼絲、鋼絞線的松弛損失比冷拉熱軋鋼筋大，松弛損失還隨著時(shí)間的延續(xù)而增加，但在第一分鐘內(nèi)可完成損失總值的50％，24h內(nèi)則可完成80％。所以采用超張拉工藝。先超張拉5％再持荷2min，則可減少50％以上的松弛應(yīng)力損失。而采用一次張拉錨固工藝，因松弛損失大，故張拉力應(yīng)比原設(shè)計(jì)控制應(yīng)力提高3％。

持荷2分鐘（三）、預(yù)應(yīng)力筋的放張：1、放張的要求：

放張預(yù)應(yīng)力筋放張時(shí)，混凝土強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)要求，如無(wú)設(shè)計(jì)要求時(shí)，混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75%。

2.放張的順序預(yù)應(yīng)力筋的放張順序，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求；當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)具體要求時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)