第六章 建筑施工技术 预应力混凝土工程

1、第五章第五章 预应力混凝土工程预应力混凝土工程学习目标：学习目标：1、了解预应力混凝土的基本原理2、掌握先张法、后张法预应力混凝土施工3、掌握预应力混凝土的施工质量验收标准及检测方法4、掌握预应力混凝土结构施工的安全技术内容提要预应力混凝土基本原理先张法后张法123预应力分类预应力混凝土作用基本原理预应力砼作用预应力基本原理5预应力损失4预应力钢材 利用拉伸的钢筋（在弹性范围内）对砼预加压应力，当构件受荷时，产生的拉应力，首先要抵消砼中的预压应力。然后随着荷载的不断增加，受拉区砼才受拉开裂。一、预应力砼作用 预应力prestressing force： 预应力是为了改善结构服役表现，在施工期间

2、给结构预先施加的压应力，结构服役期间预加压应力可全部或部分抵消荷载导致的拉应力，避免结构破坏。常用于混凝土结构。预应力混凝土结构，是在结构承受荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。 预应力混凝土是在外荷载作用前，预先建立有内应力的混凝土。混凝土的预压应力一般是在结构或构件受拉区域，通过对预应力筋进行张拉、锚固、放松，借助钢筋的弹性回缩，使受拉区混凝土事先获得预压应力来实现的。预压应力的大小和分布应能减少或抵消外荷载所产生的拉应力。1.特点：推迟了裂缝的出现和限制了裂缝的开展

3、。提高了构件的抗裂度和刚度。达到了钢筋与砼共同工作的目的，可以节约钢材。构件属于脆性破坏，施工工艺复杂。2.缺点:与普通混凝土结构相比，施工难度大，需要使用专门的施工设备和工具。预应力混凝土的技术含量高，设计和施工的要求高，需要有专门的理论和工艺指导。预应力混凝土构件遇到火灾时，由于构件受热伸长，施加的预应力会降低甚至消失，从而造成结构或构件失效，所以要特别重视防火。 二、预应力混凝土作用基本原理按施加预应力的方式机械张拉电热张拉按施加预应力的时间先张法后张法按施工方法预制预应力混凝土现浇预应力混凝土三、预应力分类按预应力度大小全预应力混凝土按预应力筋的粘结状态的时间有粘结预应力混凝土部分预应

4、力混凝土无粘结预应力混凝土（一）预应力钢丝根据加工深度不同，分为冷拔钢丝和消除应力钢丝根据表面形状不同，分为光圆钢丝、刻痕钢丝和螺旋肋钢丝1.冷拔钢丝特点 存在残余应力，屈强比低，伸长率低，仅用于铁路轨枕、压力管道、电杆等2.消除应力钢丝（普通松弛型）冷拔钢丝经矫直回火，消除残余应力特点 提高屈强比、弹性模量，有较好的伸直性，施工方便，应用广泛管道用钢丝四、预应力钢材3.消除应力钢丝（低松弛型） 冷拔后在张力状态下经回火处理的钢丝 特点 弹性极限和屈服强度提高，应力松弛率大大降低，在房屋、桥梁、市政、水利等大型工程中推广应用4.刻痕钢丝 用冷轧或冷拔方法使钢丝表面产生规则变化的凹痕或凸纹的钢丝

5、 特点 可增加钢丝与砼的握裹力，可用于先张法预应力砼构件5.螺旋肋钢丝 通过专用拔丝模冷拔使钢丝表面沿长度方向产生规则间隔肋条的钢丝 特点 可增加钢丝与砼的握裹力，可用于先张法预应力砼构件低松弛刻痕钢丝螺旋肋预应力钢丝(二)钢绞线由多根冷拔钢丝在绞线机上成螺旋形绞合，并经消除应力回火处理而成。特点：强度大，与砼粘结好，柔性好，运输、施工方便（三）精轧螺纹钢筋用热轧方法在整根钢筋表面上轧出不带纵肋而横肋为不连续的梯形螺纹的直条钢筋13低松弛预应力钢绞线17低松弛预应力钢绞线钢绞线（四）涂层预应力钢绞线1.镀锌钢丝合钢绞线 用热镀方法在钢丝表面镀锌 特点 抗腐蚀能力强，主要用于 缆索、体外索及环境

6、条件恶劣的工程结构2.无粘结预应力钢绞线用防腐蚀润滑油脂涂敷在钢绞线表面上，并外包所料护套制成。 特点 用于后张预应力砼结构中的无粘结预应力筋以及用于暴露或腐蚀环境下的体外索、拉索等.无粘结预应力钢绞线无粘结预应力钢绞线镀锌钢绞线 3.环氧涂层钢绞线 在每根钢丝周围喷涂环氧保护膜 两种类型：有粘结型、无粘结型 4.缓粘结钢绞线 用缓慢凝固的特种树脂涂料敷在钢绞线表面，外包压波的塑料护套 特点：具备有粘结与无粘结钢绞线的优点 5.不锈钢钢绞线（不锈钢索）箱梁内的镀锌钢绞线（四）涂层预应力钢绞线1什么是“预应力损失”因材料的特性和预应力施工张拉工艺等原因，从张拉钢筋开始，到整个预应力构件使用过程中

7、，人们注意到，预应力钢筋本身的拉应力会慢慢降低，同时混凝土受到的预压应力也随之逐渐降低，所失去的预压应力就是预应力损失。2认识“预应力损失”非常重要 此项技术发展初期，许多研制的失败都是因为对预应力损失认识不足。若对预应力损失值估计过大，就要施加更大的预应力，材料不一定承担得了；若估计过小，构件使用时将会失去预应力的作用；所以要对预应力损失值有一个适当的估计。五、预应力损失先张法12“先张法”原理“先张法”施工设备3“先张法”施工工艺 是先张拉预应力筋，临时锚固在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度(一般应不低于设计强度的75)，预应力筋与混凝土之间有足够粘结力时，放松预应力筋，

8、使预应力筋弹性回缩，对混凝土产生预压应力。 一、“先张法”原理(一)台座台座按构造形式不同，可分为墩式台座和槽式台座。1墩式台座 墩式台座由承力台墩、台面与横梁组成，其长度一般较大(为100-150m)，张拉一次可生产多根构件，减少张拉和临时固定工作，同时，也能减少因预应力筋滑移和横梁变形引起的预应力损失。墩式台座二、先张法施工设备(1)承力台墩 承力台墩一般由现浇钢筋混凝土制成。台墩应具有足够的承载力、刚度和稳定性，稳定性验算包括抗倾覆验箅与抗滑移验算。(2)台面 台面是预应力混凝土构什成型的胎模，一般是在夯实的碎石垫层上浇筑一层厚度为60-100mm的混凝土。(3)预应力混凝土滑动台面 预

9、应力混凝土滑动台面是在原有的混凝土台面或新浇的混凝土基层上刷隔离剂，张拉预应力钢丝，浇筑混凝土面层，待混凝土达到放张强度后切断钢丝，台面就发生滑动。容易开裂，寿命短2.槽式台座槽式台座由钢筋混凝土传力柱，上、下横粱及台面组成.生产中小型吊车梁、屋架等构件时，由于张拉力和倾覆力矩都很大，般多采用槽式台座。 槽式台座二、先张法施工设备 (二)夹具按作用不同，可以分为按作用不同，可以分为 锚固夹具 张拉夹具按预应力筋的类型不同，可以分为按预应力筋的类型不同，可以分为 钢丝夹具 钢筋夹具 1钢丝夹具 (1)锚固夹具 前两种均属锥销式体系，锚固时将齿板或锥销打入套筒，借助摩阻力将钢丝锚固。锥销式锚夹具须

10、具备自锁和自锚的能力。 自锁：即锥销或齿板打人套筒后不致弹回脱出。 自锚：是在预应力钢筋拉力作用下，齿板（或锥销）与预应力钢筋在借助摩擦力一同向套筒内挤入位移后，可将预应力钢筋自行锚固。 二、先张法施工设备 (2)张拉夹具 张拉时夹持钢丝的张拉夹具类型较多，常用的有钳式夹具和偏心式夹具，它们适用于在台座上张拉钢丝。 张拉夹具二、先张法施工设备2.钢筋夹具及联接器 钢筋锚固可用螺丝端杆锚具、墩头锚具和销片夹具等。 销片夹具必须具备自锁和自锚能力螺丝杆端锚具二、先张法施工设备3.对夹具的要求 先张法锚夹具由于重复使用、要求工作可靠、使用方便、构造简单、加工容易。应具有良好的自锚性能和良好的放松性能

11、。放松时对操作人员安全不造成危险。二、先张法施工设备(三)张拉机具1.张拉机具要求简易可靠，能准确控制应力，能以稳定速率增大拉力。2.预应力筋可成组张拉或单根张拉。（1）成组张拉时，由于拉力大，一般采用油压千斤顶，用油压表读数控制张拉力。（2）单根张拉时，由于拉力小一般采用电动螺杆张拉机张拉，用弹簧测力；或用小型电动卷扬机张拉，用杠杆或弹簧测力。1.工艺流程 三、先张法施工工艺2张拉程序 （1） 0 105% （2） 0 103%在第一种张拉程序中，超张拉5并持荷2min，其目的是加速钢筋松弛早期发展，以减少应力松驰引起的预应力损失(约减少50)；在第二种张拉程序中，超张拉3，其目的是为了弥补

12、应力松弛引起的预应力损失。concon持荷2mincon三、先张法施工工艺3.混凝土浇筑与养护严格控制用水量和水泥用量，以减少收缩和徐变而引起的预应力损失；浇灌混凝土时，应振捣密实，振动器不应碰撞预应力筋，混凝土未达到一定强度时，不允许碰撞和踩动预应力筋。湿热养护预应力混凝土构件时，应建立正确的养护制度，以减少由于温差引起的预应力损失。 4.预应力筋放张放张预应力筋时，混凝土强度必须符合设计要求。如设计未说明时，不得低于混凝土强度标准值的75。 放张顺序 轴心受预压构件 同时放张 偏心受预压构件 应先同时放张预压力较小区域的预应力筋，再同时放张预压力较大区域的预应力筋。如不能按轴心、 偏心项放

13、张时，应分阶段、对称、相互交错地放张三、先张法施工工艺放张方法 钢丝：剪切、割据，且同时放松钢丝：剪切、割据，且同时放松 钢筋：钢筋： 数量少：逐根加热熔断数量少：逐根加热熔断 数量多：同时放松数量多：同时放松同时放松方法：油压千斤顶、楔块放松、砂箱放松同时放松方法：油压千斤顶、楔块放松、砂箱放松 三、先张法施工工艺12“后张法”原理 锚具、预应力筋和张拉机具3“后张法”施工工艺后张法是在构件混凝土达到一定强度后，直接在构件或结构上张拉预应力筋并加以锚固，使混凝土产生预压应力的方法。制作构件、预留孔道预应力筋穿入孔道张拉预应力筋孔道灌浆与封头施工工艺(一)锚具及预应力筋 锚具是保证预应力值和结

14、构安全的关键 尺寸准确； 有足够的强度和刚度，受力后变形小，锚固可靠，滑移不超过规定值； 能满足分级张拉，补张拉及放松预应力钢筋的要求 能保证灌浆畅通。 按其锚固钢筋或钢丝数量，分为单根筋锚具、钢筋束和钢绞线束锚具以及钢丝束锚具。二、锚具、预应力筋和张拉机具 1单根粗钢筋 (1)锚具 螺丝端杆锚具 帮条锚具 墩头锚具 墩头锚具(2) 预应力筋制作配料、对焊、冷拉下料计算： 预应力筋的成品长度(即预应力筋和螺丝端杆对焊并经冷拉后的全长)为:212llL,10;5222mmhHlmmhHl锚固端：张拉端： 预应力筋(不包括螺丝端杆)冷拉后需要达到的长度为 预应力筋(不包括螺丝端杆)的下料长度为:1

15、102lLlnrlL10r-预应力钢筋冷拉率；预应力钢筋的冷拉弹性回缩率；n对焊接头个数；每个对焊接头的压缩量；H-螺母高度二、锚具、预应力筋和张拉2钢筋束和钢绞线束 (1)锚具 钢筋束和钢绞线束常用的锚具有JM型、KT-Z型和固定端用的镦头锚具。 JM型锚具 JM型锚具由锚环和夹片组成。 KT-Z型锚具 固定端用镦头锚具KTZ型锚具JM型锚具二、锚具、预应力筋和张拉 (2)预应力筋制作开盘冷拉下料编束 3钢丝束 (1)锚具 钢丝束一般由几根到几十根直径35mm的平行碳素钢丝组成，目前国内常用的锚具有钢质锥形锚具、锥形螺杆锚具、钢丝束墩头锚具、XM型锚具和QM型锚具。前二者在国外已较少采用钢质

16、锥形锚具由锚环和锚塞组成，用于以普通双作用千斤顶张拉的钢丝束，锚环内孔的锥度应与锚塞的锥度一致。锚塞上刻有细齿槽，以卡紧钢丝防止滑动二、锚具、预应力筋和张拉钢丝束镦头锚具用于锚固12-54根碳素钢丝的钢丝束，分DM5A型和DM5B型两种锚具。前者用于张拉端，后者用于固定端。锥形螺杆锚具 用于锚固14、18、20、24和28根直径5mm的钢丝束，它由锥形螺杆、套筒、螺母等组成。(2)钢丝束制作钢丝束制作随锚具型式的不同而有差异，一般需经调直、下料、编束和安装锚具等工序。二、锚具、预应力筋和张拉 (二)张拉机具1、拉杆式千斤顶（40t、60t、80t） -张拉以螺丝端杆为锚具的单根钢筋、锥形螺杆为

17、锚具的钢丝束及以DM5A墩头锚具为张拉端的钢丝束2、YC-60穿心式千金顶（60t） -使用最广泛千斤顶传感器台座二、锚具、预应力筋和张拉(一)孔道留设 由于孔道灌浆需要，在孔道留设中构件两端及跨中心留设灌浆孔或排气孔，孔距一般不宜大于12m，孔径一般为20mm。留设灌浆孔或排气孔时，可用木塞或铁皮管成孔。 1钢管抽芯法 1、钢管要平直，安放位置要准确，表面光滑2、每根长度小于15米， 便于旋转和抽管3、恰当掌握抽管时间4、注意抽管顺序和方法三、后张法施工工艺 2胶管抽芯法 （1）胶管必须有良好的密封性能； （2）胶管的接头处理 （3）掌握抽管时间和顺序(Th=200) 3预埋波纹管法 不需要

18、抽管 三、后张法施工工艺(二)预应力筋张拉张拉时混凝土的强度应符合设计规定，如设计无规定时，不应低于设计强度标准值的75。1张拉控制应力 PconPAmFm为超张拉系数（取1.0、1.03或1.05）三、后张法施工工艺2张拉程序钢筋张拉程序与先张法相同，一般应按设计规定采用，设计无规定时，在工地多采用一次张拉，以简化张拉过程。3张拉顺序预应力筋一般应对称张拉。不能同时张拉时，应分批、分阶段对称地进行张拉，张拉顺序应符合设计要求。分批张拉应考虑后批预应力筋张拉时混凝土产生弹性压缩，使先张拉的预应力筋的应力下降，故先张拉的预应力筋应力应增加 。 三、后张法施工工艺 4减少预应力损失的措施预应力筋应力松弛损失、混凝土收缩徐变引起的预应力损失，已分别于张拉程序和混凝土配合比、张拉时混凝土的强度中考虑。还应考虑如下的预应力损失。 锚具变形 垫板数量按设计规定采用，锥塞体系按设计要求顶压锚塞预应