钢绞线或钢丝束无粘结预应力筋.ppt

第一节概述1 混凝土发展过程 素混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土2 预应力结构 在结构承受外荷载之前 预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力 以改善结构使用性能的这种结构形式称之为预应力结构 目前预应力结构不仅用于混凝土工程中 而且在钢结构工程中也有应用 本章讨论预应力混凝土结构的有关施工问题 第四章预应力混凝土结构工程 4 对混凝土的要求混凝土强度等级一般不低于C30 当采用碳素钢丝 钢绞线 V级钢筋 热处理 作预应力时 混凝土强度等级不宜低于C40 3 预应力的优点 截面小 重量轻 刚度大 抗裂性 耐久性好 节约钢材 20 40 在较大跨度结构中 综合经济效益好 5 预应力的施加方法 1 根据与构件制作相比较的先后顺序 分为 先张法 后张法 按工艺分为 一般后张法 后张自锚法 无粘结后张法 电热法 2 按钢筋的张拉方法分为 机械张拉 电热张拉 第二节预应力钢筋 锚 夹 具 张拉机械常用的预应力筋有 高强钢筋 高强度钢丝 钢绞线 无粘结预应力筋 非金属预应力筋 一 预应力钢筋 a 带纵肋 b 无纵肋图4 1热处理钢筋外形 热处理钢筋 精轧螺纹钢筋 图4 2精轧螺纹钢筋的外形 图4 3刻痕钢丝的外形 刻痕钢丝 图4 4预应力钢绞线的截面D 钢绞线直径 d0 中心钢丝直径 d 外层钢丝直径 预应力钢绞线 a 无粘结预应力筋 b 截面示意图4 5无粘结预应力筋1 聚乙烯塑料套管 2 保护油脂 3 钢绞线或钢丝束 无粘结预应力筋 二 预应力筋用锚具 夹具及连接器锚具 在后张法预应力混凝土结构或构件中 为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的夹持预应力筋的永久性锚固装置 夹具 在先张法预应力混凝土构件施工时 为保持预应力筋的拉力并将其固定台座 或设备 上的临时性锚固装置 在张拉千斤顶或设备上夹持预应力筋的临时性锚固装置 连接器 用于连接预应力筋的装置 三 锚具的种类 1 支承式锚具a 螺母锚具 螺丝端杆锚具 a 螺母锚具 b 螺丝端杆 c 螺母 d 垫板图4 6螺母锚具 1 锚具 b 镦头锚具用于单根粗钢筋的镦头锚具一般直接在预应力筋端部热镦 冷镦或锻打成型 镦头锚具 c 钢丝束镦头锚具用于锚固多根数钢丝束 钢丝束镦头锚具分A型与B型 a 张拉端锚具 A型 b 固定端锚具 B型 图4 7钢丝束镦头锚具1一锚环 2 螺母 3 锚板 4 钢丝束 2 锥塞式锚具a 锥形锚具 图4 8锥形锚具1 锚环 2 锚塞 b 锥形螺杆锚具 图4 9锥形螺杆锚具1 套简 2 锥形螺杆 3一垫板 4 螺母 5 钢丝束 3 夹片式锚具a JM型锚具 a JM型锚具 b 夹片 c 锚环图4 10JM型锚具1 锚环 2 夹片 3 钢筋束和钢绞线束 4 圆钳环 5 方锚环 b XM型锚具 a 装配图 b 锚板图4 11XM型锚具1 锚板 2 夹片 三片 3 钢绞线 c QM及OVM型锚具型 图4 12QM型锚具及配件1 锚板 2 夹片 3 钢绞线 4 喇叭形铸铁垫板 5 螺旋筋 6 预留孔道用的螺旋管 7 灌浆孔 8 锚垫板 c QM及OVM型锚具型 QM型锚具型 OVM型锚具型 4 握裹式锚具a 挤压锚具 图4 14挤压锚具的构造1 波纹管 2 螺旋筋 3 钢绞线 4 钢垫板 5 挤压锚具 b 压花锚具 图4 15压花锚具 图4 16多根钢绞线压花锚具1 波纹管 2 螺旋筋 3 灌浆管 4 钢绞线 5 构造筋 6 压花锚具 2 夹具 1 钢丝的夹具 a 圆锥齿板式 b 圆锥槽式 c 楔形图4 17钢丝用锚固夹具1 套筒 2 齿板 3 钢丝 4 锥塞 5 锚板 6 楔块 a 锚固夹具 a 钳式 b 偏心式 c 楔形4 18钢丝的张拉夹具1 钢丝 2 钳齿 3 拉钩 4 偏心齿条 5 拉环 6 锚板 7 楔块 1 钢丝的夹具 b 张拉夹具 2 钢筋夹具 图4 19两片式销片夹具 3 锚具 夹具的自锁与自锚 夹具本身须具备自锁和自锚能力 自锁即锥销 齿板或锲块打入后不会反弹而脱出的能力 自锚即预应力筋张拉中能可靠地锚固而不被从夹具中拉出的能力 3 锚具 夹具的自锁与自锚 图4 20锥销式夹具自锁与自锚计算简图 例 锥销式夹具的自锁与自锚 3 锚具 夹具的自锁与自锚 另外 可以得到这样2个结论 2愈小 1愈大 则夹具的自锚性能愈好 夹具如能满足自锁 必定能满足自锚 4 张拉机械 1 电动张拉机械 电动螺杆张拉机 图4 25电动螺杆张拉机电动机 2 手柄 3 前限位开关 4 后限位开关 5 减速箱 6 夹具 7 测力器 8 计量标尺 9 螺杆 图4 26用卷扬机张拉钢筋1 台座 2 放松装置 3 横梁 4 预应力筋 5 锚固夹具 6 张拉夹具 7 测力计 8 固定梁 9 滑轮组 10 卷扬机 1 电动张拉机械 卷扬机 2 液压张拉机械a 普通液压千斤顶 图4 27液压千斤顶成组张拉1 台模 2 3 前后横梁 3 钢筋 5 6 拉力架横梁 7 大螺丝杆 8 油压千斤顶 9 放松装置 b 拉杆式千斤顶 图4 28拉杆式千斤顶张拉原理1一主油缸 2 主缸活塞 3一进油孔 4一回油缸 5一回油活塞 6 回油孔 7 连接器 8 传力架 9 拉杆 10 螺母 11一预应力筋 12一混凝土构件 13 预埋铁板 14 螺丝端杆 b 拉杆式千斤顶 c 穿心式千斤顶 图4 29YC 60型千斤顶具和JM型锚的安装1 工作锚 2 YC 60型千斤顶 3 工具锚 4 预应力筋束 c 穿心式千斤顶 图4 31锥锚式千斤顶1 张拉油缸 2 顶压油缸 张拉活塞 3 顶压活塞 4 弹簧 5 预应力筋 6 楔块 7 对中套 8 锚塞 9 锚环 10 构件 d 锥锚式千斤顶 d 锥锚式千斤顶 e 高压油泵高压油泵分手动和电动两类 目前常使用的有 ZB4 500型 ZB10 320 4 800型 ZB0 8 500与ZB0 6 630型等几种 其额定压力为40 80MPa 油压表的读数表示千斤顶张拉油缸活塞单位面积的油压力 由于一部分张拉力被油缸与活塞之间的摩阻力所抵消 为确定张拉力与油表读数的关系 需要进行校验 校验期一般不超过6个月 5 预应力筋 锚具 张拉机具的配套使用 预应力筋 锚具及张拉机械的配套选用表4 4 第三节后张法施工 一 概述 1 定义 制备留有孔道的混凝土构件 混凝土达到设计规定强度后 穿筋并用张拉机具张拉钢筋至设计规定应力值 借助锚具把预应力筋锚固在构件端部 最后 孔道灌浆 这种预加应力的方法称为后张法 2 特点 混凝土的弹性压缩对预应力值的建立无直接影响 锚具不能重复使用 成本高 工艺比较复杂 构件制作 留孔 穿筋 张拉 灌浆 可拼装预制构件 现场拼装 3 适用范围 现场制作大型构件 避免大型构件运输的麻烦 4 生产过程 1 构件生产阶段 2 预加应力阶段 包括锚具 预应力筋制作 张拉 灌浆等 二 后张法施工工艺动画 一 孔道留设 1 要求 1 孔道尺寸 位置应正确 孔道要平顺 2 端部的预埋钢板应垂直于孔道中心线 3 孔道直径取决于预应力筋和锚具 保证预应力筋穿入 2 施工方法 1 钢管抽芯法 适宜于留设直线孔道 方法 在需留设孔道处预埋钢管 在混凝土浇筑 养护中定期慢转钢管 以防粘结 待混凝土初凝后 终凝前抽出钢管 形成孔道 施工时应注意的问题 钢管应平直光滑 埋前应除锈 刷油 位置正确 每根长度小于15米 以便于旋转 抽管 恰当掌握抽管时间早 坍孔 晚 抽管难 抽不出来 一般在初凝后终凝前 手指按压混凝土不粘浆又无明显印痕时 则可抽管 常温下 一般3 6小时即可抽管 抽管顺序和方法先上后下 边抽边转 速度均匀 与孔道保持在同一直线 2 胶管抽芯法 适宜于留设直线孔道 曲线孔道 折线孔道等 方法 在孔道留设处 安放胶管 内充气或水 钢丝网胶管 浇筑混凝土 养护 初凝后 通过放气 水 或直接拉 形成孔道 施工时应注意的问题 长度20 30米以内整根管 一端抽出 较长时在中间接长 接头处应防漏气 漏水 抽管顺序 先上后下 先曲后直 3 预埋波纹管法 适宜于曲线孔道 方法 波纹管直接埋设在需留设孔道处 不再抽出 施工时应注意的问题 使用前应作灌水试验 检查有无渗漏 连接用大一号波纹管 接长时 固定 用钢筋托架 并用铁丝绑牢 避免反复弯曲 视频 二 预应力筋的张拉 核心问题 预应力筋的应力控制 1 张拉控制应力和超张拉最大应力 1 张拉控制应力 预应力钢材品种先张法后张法碳素钢丝 刻痕钢丝 钢绞线0 750 70热处理钢筋 冷拔低碳钢丝0 700 65冷拉钢筋0 900 85 2 超张拉最大应力 冷拉钢筋 软钢 0 95钢丝 钢绞线 热处理钢筋 硬钢 0 75 2 预应力损失 孔道摩擦损失 锚固损失 钢筋应力松弛损失 混凝土收缩徐变损失 受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温差引起应力损失 各阶段预应力损失值的组合 先张法 后张法 混凝土预压后的损失 第二批 混凝土预压前的损失 第一批 先张法 后张法 3 张拉程序 根据构件类型 张锚体系 松弛损失取值等因素确定 超张拉5 目的 主要是减少钢筋松弛 混凝土弹性压缩 锚具变形和孔道摩擦等所引起的应力损失 超张拉3 目的 主要是弥补设计或施工中不可预见的损失 持荷2分钟目的 主要是为了加速钢筋松弛的早发展 4 张拉力计算 1 全部筋一次张拉 m 超张拉百分率 2 同一构件分批张拉设 分两批张拉 则第一批的张拉应力为 式中 设计控制应力 即第二批预应力筋的设计控制应力 钢筋与混凝土的弹性模量比值 第二批预应力筋张拉时 在已张拉预应力筋重心处产生的混凝土法向应力 其中 第一批预应力损失 Ap 预应力筋截面面积 第一批总截面面积 An 混凝土净截面面积 第一批张拉力 第二批张拉力 例题 24m预应力折线形屋架 混凝土强度等级为C40 Ec 3 25 104MPa 下弦净截面面积An 456cm2 下弦配制4根直径25的预应力筋 单根预应力筋截面面积Ap 4 91cm2 钢筋弹性模量Es 1 8 105MPa 张拉控制应力 单根预应力筋的张拉力 按设计规范计算得第一批预应力损失为 采用对角线对称分两批张拉 则第二批两根预应力筋的张拉控制应力为425MPa 单根预应力筋的张拉力为209KN 第一批预应力筋的张拉控制应力和张拉力计算如下 单根钢筋张拉力 5 张拉注意事项 1 混凝土强度要求 张拉时应符合设计要求 若设计无要求时 不应低于70 C设计 块体拼装 立缝处混凝土或砂浆强度 不应低于15MPa或40 C设计 2 多根预应力筋张拉 当不可能同时张拉时 宜分批 对称 分阶段地张拉 3 重叠多层张拉 现场生产构件 重叠多层构件中预应力的施加 其损失自上而下逐层增加 重叠构件张拉宜先上后下 超张拉应力依次增加 4 张拉方式的影响 主要是克服 减小摩阻力的影响 一端张拉 构件长度小于24米的直线预应力筋 两端同时张拉 构件长度大于24米或曲线预应力筋 三 孔道灌浆1 作用 保护预应力筋 防锈 使预应力筋与混凝土结构形成整体 2 要求 孔道用灰浆应满足强度 粘结力 流动性 干缩性 泌水性要求 灌浆前 混凝土孔道应用压力水冲刷干净并湿润孔壁 灌浆时 水泥浆应缓慢均匀地泵入 不得中断 灌浆顺序应先下后上 以免上层孔道漏浆而将下层孔道堵塞 四 电热法 1 什么是电热法 原理 电热法张拉预应力筋是利用钢筋热胀冷缩原理来实现 电热法 钢筋通电后 产生纵向伸长 待预应力筋达到规定长度时 切断电流并立即锚固 然后由于钢筋冷却收缩 从而达到建立预应力的目的 2 适用范围 级冷拉钢筋为预应力筋的一般构件 不宜用于对抗裂性要求较严的结构 3 优缺点 1 优点 设备简单 操作方便 劳动强度低 2 缺点 张拉应力的控制不太准确 五 无粘结预应力混凝土 定义 指配有无粘结预应力筋靠锚具传力的预应力混凝土 后张法预应力施工工艺 有粘结 预应力筋与混凝土之间灌浆成永久性粘结 无粘结 预应力筋与混凝土之间可永久性相对滑动 无粘结预应力施工方法是后张法预应力混凝土的发展 锚固区处理 P166 第三节先张法施工 一 先张法施工设备 先张法常用台座法施工 组成 台面 横梁 承力结构 分为 墩式台座 槽式台座 桩式台座等 1 墩式台座 以混凝土墩作为承力结构的台座称为墩式台座 一般用于生产中小型构件 1 墩式台座分类 简易墩式台座 重力墩式台座 构架式台座 2 槽式台座 用于张拉力和倾覆力矩较大的构件生产 二 先张法施工工艺动画 工艺流程图 一 预应力筋的张拉工艺1 预应力钢筋张拉程序一般可按下列程序之一进行 0105 con con 4 10 或0103 con 4 11 式中 con 预应力筋的张拉控制应力 建立上述张拉程序的目的是为了减少预应力的松弛损失 所谓 松弛 是在常温下钢材在持续高应力的作用下 其应力随时间增长而降低的现象称为松弛 如应力与温度维持不变 钢材的应变随时间而增加的现象则称为蠕变 应力松弛是预应力筋的重要力学性能 2 张拉顺序 1 多根同时张拉 2 单根张拉 3 张拉应力的控制最大张拉应力不得超过表4 5的规定 张拉控制应力限值表4 5 下列情况下 表4 5中的张拉控制应力限值可提高0 05fptk 为了提高构件在施工阶段的抗裂性 而在使用阶段受压区内设置的预应力筋 为了部分抵消由于应力松弛 摩擦 钢筋分批张拉以及预应力筋与台座之间的温差等因素产生的预应力损失 fptk 预应力钢筋强度标准值 二 混凝土的浇筑与养护 1 浇筑要求 同一生产线的构件应一次浇筑完毕 构件应避开温度缝 振捣时不应碰撞钢丝 叠层生产时 下层混凝土强度达5MPa 方可浇筑上层构件 混凝土的水灰比应严格控制 振捣应密实 2 养护 自然养护 湿热养护 三 预应力筋放张 1 放张要求