第四章 预应力混凝土2013

1、第四章第四章 预应力混凝土工程预应力混凝土工程 4.1 概述概述 4.1.1 预应力混凝土的特点预应力混凝土的特点 预应力钢筋混凝土结构构件，较普通钢筋混凝土 结构改善了受拉区混凝土的受力性能，充分发挥 了高强钢材的受拉性能，从而提高了钢筋混凝土 结构刚度、抗裂度和耐久性，减轻了结构自重； 但要增加预应力工序与增添专用设备，技术含量 高，操作要求严，相应的费用高。 将预应力作为一种拼装手段，纵横方向张拉预应 力筋，将拼装好的预制构件形成装配整体的预应 力结构等。预应力混凝土在大柱网和大跨度结构 中具有较大的发展前景与推广价值。 4.1.2 材料和机具要求材料和机具要求 根据现行国家标准，用于预

2、应力混凝土结构中的 预应力钢筋有以下几种（图4-1）： 1. 热处理钢筋 热处理钢筋是由特定强度的热轧钢筋通过加热、 淬火和回火等调质工艺处理的钢筋。热处理后， 钢筋强度能得到较大幅度提高，而塑性降低并不 多。 图 4-1 2. 高强度钢丝 预应力混凝土结构常用的高强钢丝按交货 状态分为冷拉和矫直回火两种，按外形分 为光面并经消除应力的高强度圆形钢丝、 刻痕钢丝和螺旋肋钢丝等。 3.钢绞线 预应力混凝土用钢绞线用冷拔钢丝制造而 成，方法是在绞线机上以一种稍粗的直钢 丝为中心，其余钢丝围绕其进行螺旋状绞 合，再经低温回火处理即可。钢绞线规格 有2股、3股、7股、19股等，常用的是3股、 7股钢绞

3、线。 混凝土强度等级不宜低于C40。 不能掺用对钢筋有侵蚀作用的氯盐、氯化 钠等， 采用机械方法进行张拉的先张法与后张法， 预应力钢筋张拉和固定均需用夹具或锚具。 通常把永久锚固在构件钢筋端部的称作锚 具，主要用于后张法；将用于临时夹持预 应力筋，在浇筑混凝土达到强度后可以取 下的称为夹具。有些锚具与夹具可以互换 使用。 4.2 先张法先张法 先张法是在浇筑混凝土前张拉预应力筋，然后浇筑混凝 土，待混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75， 放松预应力筋，借助于混凝土与预应力筋的粘结，对混 凝土施加预应力的施工工艺，如图4-2所示。 图 4-2 4.2.1 施工设备 1台座 （1）墩式台座。

4、墩式台座是由传力墩、台面和横梁组成 的（图4-3）。 图 4-3 （2）槽式台座。槽式台座由钢筋混凝土传力 柱、下横梁、台面和砖墙组成（图5-4）。传 力柱是台座的主要承力结构，抵抗张拉和倾覆 力矩能力大。砖墙起挡土作用，并作为蒸汽养 护时的侧壁，与传力柱、台面共同组成养护坑 槽。 图 4-4 2夹具 （1）锥形夹具。 锥形夹具是用 于预应力钢丝 的锚具，由锥 形孔套筒和刻 齿锥形板（或 销）组成。它 又分为圆锥齿 板式夹具和圆 锥三槽式夹具 （图4-5）。 图 4-5 （2）镦头锚具。它是利用预应力钢筋末端 缴粗加以固定的，墩头卡在锚固垫板上。 这种镦头锚具用于预应力筋的固定端。如 图4-6

5、所示。 图 4-6 （3）圆套筒三片 式夹具。由圆锥 孔形套筒和三个 夹片组成（图4- 7）。套筒和夹片 均由45号钢制作。 它是利用挤压摩 擦阻力自锁固定 的。 图 4-7 3张拉机械 （1）YC20型穿心式千斤顶。该机由偏心式夹 具。油缸和弹性顶压头三部分组成（图4-8）。 其最大张拉力为200kN，张拉行程为200mm，可 用来张拉1220mm直径的预应力钢筋。 图 4-8 （2）电动螺杆张拉机。电动螺杆张拉机由电 动机、变速箱、测力装置、张拉螺杆、承 力架和夹具组成（图4-9）。 图 4-9 4.2.2 施工工艺施工工艺 1预应力钢筋的张拉 预应力筋的就位，在固定在台座横梁上时， 钢筋

6、的定位板必须安装准确，定位板的挠 度不应大于lmm，横梁挠度不大于2mm， 以免影响预应力筋的内力。预应力筋的张 拉应按设计要求进行。 （1）张拉控制应力的确定。预应力筋的张 拉控制应力，应按设计规定数值选用。施 工时为克服应力损失需要超张拉时，钢丝、 钢绞线及热处理钢筋最大张拉应力为其抗 拉强度的75。 （2）张拉程序的确定。 01.05con（持荷2分钟）con 或 01.03con 钢筋种类 张拉方法 先张法后张法 预应力钢丝、 钢铰线 0.75 fptk0.75 fptk 热处理钢筋0.70 fptk0.65 fptk 表4-1 张拉控制应力限值 （3）预应力筋的检查。应严格控制多根钢

7、筋之 间内应力的一致性，避免产生因内力大小不均而 导致应力集中现象。 多根钢丝同时进行张拉完毕后，应抽查钢丝的内 应力值，一根钢丝的预应力值的偏差，不得大于 或小于按一个构件全部钢丝预应力总值的5， 避免各钢丝受力的不均衡性。 预应力筋张拉后，对设计位置的偏差不得超过 5mm，同时也不得大于构件截面最短边尺寸的 4%。否则，将会影响设计的受力状况。 应合理确定截面内预应力筋的张拉顺序，原则上 应尽量避免使台座承受过大的偏心压力，故宜先 张拉靠近台座截面重心处的预应力筋，防止台座 产生弯曲变形。 2混凝土的浇筑 预应力混凝土构件的混凝土浇筑，应一次 连续浇筑完成，不允许留设施工缝。 尽可能采用低

8、水灰比，控制水泥用量，选 用级配优良的骨料。 浇筑时应充分捣实，尤其要注意靠近端部 混凝土的密实度。 这些都是为了减少混凝土在预加应力作用 下的收缩和徐变值，从而减小应力损失。 3预应力筋的放张 放张时混凝土的强度不得低于设计强度标准值的 75。具体放张时间要通过同条件养护的混凝土 试块试压结果决定。 按照以下原则进行放张： 1）对于轴心受压构件，所有预应力筋应同时放 张，避免产生偏心受压现象； 2）对于偏心受压构件，应先同时放张预压力较 小区域内的预应力筋，然后再同时放张压力较大 区域内的预应力筋，否则，容易产生弯曲或裂缝。 3）如果按上述二原则放张有困难时，则应分阶 段、对称、相互交错地进

9、行放张，这样可以防止 在放张过程中构件翘曲或裂缝。 对预应力筋配置较多的构件，不允许采用 剪断或割断等方式突然放张，应采用千斤 顶或在台座与横梁之间设置砂箱（图4-11） 或楔块（图4-12）进行缓慢放张。 图 4-11 图 4-12 表5-1 张拉控制应力限值 4.3 后张法后张法 4.3.1锚具和预锚具和预 应力筋制作应力筋制作 1.常用锚具常用锚具 (1)螺纹端杆锚螺纹端杆锚 具。具。螺纹端杆锚螺纹端杆锚 具它由螺纹端杆、具它由螺纹端杆、 螺母和垫板组成，螺母和垫板组成， 如图如图4-13所示，所示， 是单根预应力粗是单根预应力粗 钢筋张拉端常用钢筋张拉端常用 的锚具。的锚具。 图图 4

10、-13 (2)帮条锚具。帮条锚具（图4-14）由帮条和衬板 组成。帮条筋采用与预应力筋同级钢筋，而衬板 则可用普通低碳钢钢板，焊条应选用E5003。焊 接帮条时，三根帮条与衬板相接触面应在同一垂 直平面上，防止受力后产生扭曲。 图图4-14 （3）钢质锥形锚具。钢质锥形锚具（图4-15） 由锚塞和锚环组成。一般适用于锚固碳素钢丝束， 可锚固1224根钢丝。锚塞和锚环均用45号钢 制作。锚塞和锚环的锥度应严格保持一致，保证 对钢丝的挤压力均匀，不致影响摩擦阻力。 图 4-15 （4）镦头锚具。镦头锚具由锚环、锚 板和螺母组成（图4-16）。镦头锚具 适用锚固1224根碳素钢丝。 图 4-16 （

11、5）锥形螺杆锚具。锥形螺杆锚具是由锥形 螺杆、套筒、螺母和垫板组成（图4-17）。 该锚具适用于1428根碳素钢丝的锚固。 图 4-17 （6）JM12型锚具。JM12锚具由锚环和夹 片组成（图4-18）。多用于钢绞线束的锚固。 JM12锚具有良好的锚固性能，预应力筋滑移 量比较小，施工方便，但是加工量大且成本高。 图 4-18 （7）多孔夹片锚具。它也称群锚，由多孔的锚 板与夹片组成（图4-19）。在每个锥形孔内装一 副夹片，夹持一根钢绞线。这种锚具的优点是每 束钢绞线的根数不受限制；任何一根钢绞线锚固 失效，都不会引起整束锚固失效。 图 4-19 4.3.2 张拉机械张拉机械 （1）拉杆式

12、千斤顶。 拉杆式千斤顶由主缸、主缸活塞、 副缸、副缸活塞、拉杆、连接器和传力架等组成（图4- 25）。拉杆式千斤顶主要用于张拉螺纹端杆锚具的粗钢 筋、带螺杆式锚具或镦头式锚具的钢丝束。 图 4-25 （2） YC60型穿心式千斤顶。YC60型穿心 式千斤顶广泛地用于预应力筋的张拉。它适用于 张拉各种形式的预应力筋。它主要由张拉油缸、 顶压油缸、顶压活塞和弹簧组成（图4-26）。 图 4-26 （3）锥锚式双作用 千斤顶。锥锚式双 作用千斤顶用于张 拉锥形锚具锚固的 预应力钢丝束。它 是由主缸、主缸活 塞、副缸、副缸活 塞、顶压头、卡环 和销片等主要部件 所组成，其构造和 张拉工作过程如图 4-

13、27所示。 图 4-27 4.3.3 施工工艺施工工艺 1孔道的预留孔道的预留 （1）钢管抽芯法（钢管抽芯法（录像录像）。）。在浇灌混凝土前，在浇灌混凝土前， 先将钢管敷设在模板内的孔道位置上并加以固定，先将钢管敷设在模板内的孔道位置上并加以固定， 钢管每隔钢管每隔1m用钢筋井字架子以固定。一般钢管用钢筋井字架子以固定。一般钢管 的长度不超过的长度不超过15m，以便于钢管的转动和抽出，以便于钢管的转动和抽出， 长度较大的构件可用两根钢管组合使用，中间用长度较大的构件可用两根钢管组合使用，中间用 套管连接，混凝土浇筑后，套管连接，混凝土浇筑后，每隔一定时间转动一每隔一定时间转动一 次钢管次钢管，

14、防止其与混凝土粘结。待混凝土，防止其与混凝土粘结。待混凝土初凝以初凝以 后，于终凝之前后，于终凝之前抽出钢管，形成稳定的孔道。选抽出钢管，形成稳定的孔道。选 用的钢管应平直、表面光洁。用的钢管应平直、表面光洁。 抽管的关键是抽管的时间： 时间与混凝土的性质、气温和养护条件有 关。 常温下可在浇筑混凝土后36h即可抽管。 在同一构件截面上的钢管抽出顺序宜先上 后下、先曲后直。抽管时要平稳、速度均 匀和边转边抽。 严禁导致孔道边缘的混凝土松动。 （2）胶管抽芯法。注意事项： 1）使用前宜先在管内充入压强为 0.60.8N/mm2的压缩空气或压力水，套管直 径扩大约34mm。 2）每隔500mm用井

15、字形钢筋支架将胶管固 定在预应力筋的设计位置上。然后浇筑混凝 土。 (录像） 3）待混凝土硬化并具有一定的强度后，即可 释放管内的压缩空气或压力水，胶管回缩后 抽出比较容易。 （3）预埋波纹管法。对波纹管的基本要求：一 是在外荷载的作用下，有抵抗变形的能力；二是 在浇筑混凝土过程中，水泥浆不得渗入管内。 波纹管的安装，应根据预应力筋的曲线坐标在侧 模或钢筋上划线，以波纹管底为准，波纹管的固 定，可采用钢筋托架，间距为600mm。 在混凝土浇筑过程中，为了防止波纹管偶尔漏浆 引起孔道堵塞，应采用通孔器通孔，通孔器由长 6080mm的圆钢制成，其直径小于孔10mm， 用尼龙绳牵引。（录像） 2预应

16、力筋的张拉预应力筋的张拉（录像）（录像） 后张法预应力筋的张拉应在构件混凝土达 到设计要求的强度后进行。如果需要提前 张拉时混凝土强度不得低于设计强度标准 值的75。对于块体拼装的混凝土构件， 除应符合上述规定外，其拼接立缝混凝土 或砂浆强度不应低于块体混凝土设计强度 等级的40，并且不得低于15N/mm2。上 述规定的目的是为防止因混凝土强度不足 在张拉时引起裂缝，以及因较大的压缩变 形引起过大的应力损失，以确保预应力混 凝土构件的质量。 配有多根预应力筋的混凝土构件，需要分 批并按一定顺序进行张拉，避免构件在张 拉过程中承受过大的偏心压力，引起构件 弯曲裂缝现象。通常是分批、分阶段、对 称

17、地进行张拉。在分批张拉时，要考虑后 批张拉的钢筋对混凝土产生的弹性压缩， 导致前批已张拉的钢筋内应力降低。因此， 应设法补足前批钢筋的应力损失，或预先 计算出预应力损失值，加在首批（或前批） 钢筋张拉控制应力内，以补足损失值。也 可采用相同的张拉力值逐根复拉补足的办 法。 曲线预应力筋或长度大于24m的直线预应 力筋的张拉，要考虑钢筋与孔道壁之间的 摩擦对张拉控制应力的影响，应在构件的 两端进行张拉，尽量减小摩擦阻力影响。 对于长度等于或小于24m的直线预应力筋， 可在一端进行张拉，但张拉端宜交替设置 在构件两端。 当两端同时张拉一根（束）预应力筋时， 为了减少预应力损失，在最后锚固时，宜 先

18、锚固一端，另一端则需在补足张拉力后 再锚固。 平卧重叠浇筑的预应力混凝土构件，预应 力筋的张拉应自上而下逐层进行，以减少 上层构件重压和粘结力对下层构件张拉影 响。为了减少上下层构件之间因摩擦阻力 引起的应力损失，可自上而下逐层加大张 拉力，但底层构件的张拉力不宜比顶层构 件的张拉力大5并且不得超过超张值的限 制值。 预应力筋锚固后的外露长度不宜小于 15mm，并应采取可靠的防锈措施，严防 锚固端钢筋和锚具的锈蚀，以保证结构的 安全性。(录像） 张拉程序：张拉程序：同先张法同先张法 张拉程序张拉程序 01.0501.05 con con（持荷 （持荷2 2分钟）分钟） con con 01.03 01.03 con con 超张拉超张拉减少由于钢筋松弛变形造 成的预应力损失。 3孔道灌浆孔道灌浆 预应力筋张拉完毕后，应尽快进行孔道灌 浆，以防止预应力筋的锈蚀，并能增强预 应力筋与构件混凝土之间的粘结力，这样 有利于预应力混凝土结构的抗裂性能和耐 久性。因此，孔道灌浆应符合强度和密实 度的要求。 4.4 无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土 无粘结预应力混凝土施工是将预先加工好 的无粘结预应力筋和普通钢筋一样直接放 置在模板内，然后浇筑混凝土，待混凝土 达到设计强度后，进行张拉