第五章 预应力混凝土

1、主要内容：主要内容：预应力混凝土工程的先张法、后张法的施工工艺，机具设备和施工方法。无粘结预应力混凝土施工原理、特点及应用。学习要求：学习要求： 了解：了解：预应力混凝土的概念，及其在工程应用中的优点,预应力混凝土的材料品种、规格及要求,无粘结预应力混凝土施工原理及应用； 熟悉：熟悉：先张法、后张法的施工工艺； 掌握：掌握：先张法、预应力筋的控制应力、张拉程序和放张顺序的确定和注意事项,后张法孔道留设、锚具选择、预应力筋的张拉顺序、孔道灌浆等施工方法及注意要点。5 5 预应力混凝土工程预应力混凝土工程(Prestressed Concrete Engineering)预应力混凝土原理：预应力混

2、凝土原理：充分发挥高强度钢材的作用，即在外荷载作用于构件之前，利用钢筋张拉后的弹性回缩，对构件受拉区的混凝土预先施加压力，产生预压应力，使混凝土结构在作用状态下充分发挥钢筋抗拉强度高和混凝土抗压能力强的特点，可以提高构件的承载能力。当构件在荷载作用下产生拉应力时，首先抵消预应力，然后随着荷载不断增加，受拉区混凝土才受拉开裂，从而延迟了构件裂缝的出现和限制了裂缝的开展，提高了构件的抗裂度和刚度。1 先张法和后张法预应力混凝土 先张法、后张法5.1.1 5.1.1 预应力砼分类预应力砼分类2 有粘结和无粘结预应力混凝土 有粘结、无粘结5.1 5.1 预应力混凝土分类和材料预应力混凝土分类和材料3

3、全预应力和部分预应力混凝土 全预应力、部分预应力4 预制、现浇、组合预应力混凝土 预制预应力混凝土、现浇预应力混凝土、组合预应力混凝土1 1 预应力混凝土钢材预应力混凝土钢材冷拔低碳钢丝冷拔低碳钢丝 由HPB235钢筋冷拔而成，3mm、4mm、 5mm 适用于小型构件。冷拉钢筋冷拉钢筋 由HRB335、HRB400、RRB400钢筋常温冷拉而成。5.1.2 5.1.2 预应力混凝土材料预应力混凝土材料钢铰线钢铰线 多根钢丝围绕着一根芯丝顺 一个方向扭结而成。7股钢绞线应用最多。高强钢丝高强钢丝 由优质碳素钢盘条经冷 拔制成的，直径38mm， 有光面、刻痕、螺旋肋三种。热处理钢筋热处理钢筋由普通

4、热轧中碳合金钢经淬火制成，直径610mm，有带纵肋和无肋两种。2 2 预应力混凝土预应力混凝土 预应力混凝土强度不宜低于强度不宜低于C30；当采用消除应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。 优先采用高标号混凝土的原因：优先采用高标号混凝土的原因： 可减小构件的截面尺寸和自重，减小应力损失，推可减小构件的截面尺寸和自重，减小应力损失，推迟正截面和斜截面裂缝的出现。迟正截面和斜截面裂缝的出现。涂层预应力筋涂层预应力筋环氧涂层钢绞线、缓粘结钢绞线、无粘结钢绞线等。5.5.2 2 预应力张拉锚固体系预应力张拉锚固体系一、夹具（代号一、夹具（代号J）1 预应力筋夹具预

5、应力筋夹具先张法预应力混凝土构件施工时，为保持预应力筋的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在生产台座（或设备）上的临时性固拉力并将其固定在生产台座（或设备）上的临时性固定装置。定装置。2 特点特点工作可靠，构造简单，使用方便，能够多次使用。多次使用。3 常见夹具常见夹具夹片夹具螺母夹具锥销夹具墩头夹具4 4 进场验收与试验进场验收与试验抽样进行外观检查和力学试验预制构件（先张法）预制构件（先张法）二、锚具（代号二、锚具（代号M）1 预应力锚具预应力锚具后张法预应力混凝土构件生产中，为保持预应力筋的后张法预应力混凝土构件生产中，为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所

6、用的永久性锚固装置。拉力并将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置。夹片锚具墩头锚具挤压锚具3 3 常见锚具常见锚具2 2 特点特点可靠的锚固性能，足够的承载力，和刚度储备。螺母锚具压花锚具冷铸锚具4 4 进场验收与试验进场验收与试验抽样进行外观检查和力学试验三、连结器（代号三、连结器（代号M）用于连接预应力筋的装置。仅限于先张法单根预应力筋的张拉。一、电动机械一、电动机械5.5.3 3 预应力张拉机械预应力张拉机械1 1 电动螺杆张拉机电动螺杆张拉机2 2 电动卷扬张拉机电动卷扬张拉机主要用于构件厂在长线台座上张拉钢丝。二、液压张拉机二、液压张拉机由液压千斤顶、压力表和油泵组成。1 1 拉杆式

7、千斤顶拉杆式千斤顶适用张拉以螺栓端杆为锚具的预应力钢筋。2 2 穿心式千斤顶穿心式千斤顶适用于张拉以夹片式锚具为张拉工具的预应力钢绞适用于张拉以夹片式锚具为张拉工具的预应力钢绞线束线束，有的也可以张拉以螺栓端杆为锚具单根钢筋。动画动画3 3 锥锚式千斤顶锥锚式千斤顶锥锚式千斤顶是张拉、顶压、退楔三作用千斤顶。专门适用于张拉以锥塞式锚具为张拉锚具的预应力钢绞线束。4 4 高压油泵高压油泵预应力液压机具的动力源。动画5 5 高压注浆机高压注浆机向孔道内注入高压水泥浆设备。高压油泵先张法原理：先张法原理：在浇筑混凝土构件之前将预应力筋张拉到设计控制应力，用夹具将其临时固定在台座或钢模上，绑扎钢筋，支

8、模板，然后浇筑混凝土；待混凝土达到规定的强度，保证预应力筋与混凝土有足够的粘结力时，放松预应力筋，借助粘结力，在预应力筋弹借助粘结力，在预应力筋弹性回缩时，使构件受拉区的混凝土获得预压应力。性回缩时，使构件受拉区的混凝土获得预压应力。 5.5.4 4 先张法先张法 (Pretensioned Prestressing)一、生产方法一、生产方法可采用台座法和机组流水法。 1 1 台座法台座法采用台座法时，预应力筋的张拉、锚固，混凝土的浇筑、养护及预应力筋放松等均在台座上进行；预应预应力筋放松前，其拉力由台座承受。力筋放松前，其拉力由台座承受。2 2 机组流水法机组流水法 采用机组流水法时，构件连

9、同钢模通过固定的机组，按流水方式完成（张拉、锚固、混凝土浇筑和养护）每一生产过程；预应预应力筋放松前，其拉力由钢模承受。力筋放松前，其拉力由钢模承受。二、台座二、台座 预应力筋张拉、锚固，混凝土浇筑、振捣和养护及预应力筋放张等施工过程都在台座上完成；预应力筋放松前，台座承受全部预应力筋的拉力。台座应有足够的强度、刚度和稳定性。台座应有足够的强度、刚度和稳定性。1 1 墩式台座墩式台座墩式台座由台墩、台面与横梁等组成。台墩和台面共同承受拉力。墩式台座用以生产中小型构件。2 2 槽式台座槽式台座 生产吊车梁、箱梁等构件时，因张拉力和倾覆力较大，多采用槽式台座。 槽式台座由端柱、传力柱、横梁和台面组

10、成。槽式台座既可承受拉力，又可作蒸汽养护槽，适用于张拉吨位较高的大型构件，如屋架、吊车梁等。3 3 钢模台座钢模台座将钢模板作为预应力钢筋的锚固台座。三、夹具（见三、夹具（见5.25.2）四、施工工艺四、施工工艺 动画1 1 预应力筋张拉预应力筋张拉 张拉控制应力张拉控制应力 张拉方法张拉方法张拉控制应力是指在张拉预应力筋时所达到的规定应力，应按设计规定采用。钢筋种类 张拉方法 先张法 后张法 消除应力钢丝、钢绞线 热处理钢筋 0.75fptk 0.70fptk0.75fptk0.65fptk张拉控制应力限值张拉控制应力限值 施工中采用超张拉工艺，使超张拉应力比控制应力提高3%5%。单根张拉、

11、多根成组张拉。单根张拉、多根成组张拉。张拉程序一：张拉程序一： 2minconcon0105% 持荷con0103%2minconcon0105% 持 荷张拉程序张拉程序 其中 为预应力筋的张拉控制应力con采用采用con0103%张拉程序二：张拉程序二： 其目的是为了弥补设计中不可预见的预应力损失，其目的是为了弥补设计中不可预见的预应力损失，常在预应力钢丝张拉工作量大时使用。预应力筋拉力计算及预应力筋伸长值验算预应力筋拉力计算及预应力筋伸长值验算2 2 混凝土的浇筑和养护混凝土的浇筑和养护 减小混凝土徐变应力损失减小混凝土徐变应力损失优先选用干缩性小的水泥，采用低水灰比，控制水泥用量，对骨料

12、采取良好的级配等技术措施。或或为了减少应力松弛损失为了减少应力松弛损失浇筑与养护特殊要求浇筑与养护特殊要求（1 1）预应力钢丝张拉、绑扎钢筋、预埋铁件安装及）预应力钢丝张拉、绑扎钢筋、预埋铁件安装及立模工作完成后，应立即浇筑混凝土，每条生产线应立模工作完成后，应立即浇筑混凝土，每条生产线应一次连续浇筑完成；一次连续浇筑完成；（2 2）自然养护不得少于）自然养护不得少于14d，干硬性混凝土浇筑完毕，干硬性混凝土浇筑完毕后，应立即覆盖进行养护；后，应立即覆盖进行养护；（3 3）采用湿热养护时，要尽量减少由于温度升高而引起的预应力损失，在混凝土未达到一定强度前，温差不要太大，一般不超过20C。 放张

13、要求放张要求 （1 1）预应力筋放张时，砼强度必须符合设计要求。设）预应力筋放张时，砼强度必须符合设计要求。设计无要求时，不低于设计的砼强度标准值的计无要求时，不低于设计的砼强度标准值的75%；（2 2）重叠构件，上一层构件的混凝土强度不低于设计强度标准值的75%时，方可放张预应力筋；（3 3）过早放张会引起较大的预应力损失或产生预应力筋滑动。 3 3 预应力筋放张预应力筋放张 放张顺序放张顺序 （1 1）各根预应力筋应缓慢放松；）各根预应力筋应缓慢放松；（2 2）预应力筋放张顺序应符合设计要求，当设计未）预应力筋放张顺序应符合设计要求，当设计未规定时，可按下列要求进行：规定时，可按下列要求进

14、行：1 1）承受轴心预应力构件的预应力筋应同时放张；2 2）承受偏心预压力构件，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；3 3）长线台座生产的钢筋混凝土构件，剪断钢丝宜从）长线台座生产的钢筋混凝土构件，剪断钢丝宜从台座中部开始，台座中部开始，减少回弹量且有利于脱模减少回弹量且有利于脱模 ；4 4）叠层生产的预应力构件，宜按自上而下的顺序进行放松；5 5）板类构件放松时，从两边逐渐向中心进行。）板类构件放松时，从两边逐渐向中心进行。 （1 1）放张单根预应力筋，一般采）放张单根预应力筋，一般采 用千斤顶放张；用千斤顶放张； （2 2）构件预应力筋较多时，整）构件

15、预应力筋较多时，整 批同时放张可采用砂箱、楔批同时放张可采用砂箱、楔 块等放松装置。块等放松装置。 放张方法放张方法 4 4 先张法适用先张法适用一般用于预制构件厂生产定型的中一般用于预制构件厂生产定型的中小型构件，如楼板、屋面板、檩条小型构件，如楼板、屋面板、檩条及吊车梁等。及吊车梁等。重点与考点：重点与考点： 预应力混凝土使用的材料预应力混凝土使用的材料 夹具、锚具各适用于何种预应力混凝土夹具、锚具各适用于何种预应力混凝土 先张法的原理先张法的原理 现张法预应力混凝土的施工工艺现张法预应力混凝土的施工工艺 张拉程序张拉程序 放张要求和放张顺序放张要求和放张顺序 先张法适用构件先张法适用构件

16、后张法原理：后张法原理： 先制作混凝土构件，并在预应力筋的位置预留出先制作混凝土构件，并在预应力筋的位置预留出相应孔道，待混凝土强度达到设计规定的数值后，穿相应孔道，待混凝土强度达到设计规定的数值后，穿入预应力筋进行张拉，并利用锚具把预应力筋锚固，入预应力筋进行张拉，并利用锚具把预应力筋锚固，最后进行孔道灌浆。最后进行孔道灌浆。5.5.5 5 后张法后张法(Post Stressed Concrete)预应力混凝土后张法生产工艺如所示。 后张法施工特点后张法施工特点 直接在钢筋混凝土构件上进行预应力筋张拉，不直接在钢筋混凝土构件上进行预应力筋张拉，不用固定台座，不受地点限制；既适用于预制构件生

17、产，用固定台座，不受地点限制；既适用于预制构件生产，也适用于现场施工大型预应力构件，同时又是预制构也适用于现场施工大型预应力构件，同时又是预制构件拼装的手段。件拼装的手段。 后张法的工艺流程后张法的工艺流程动画5 5.5.1 .5.1 锚具（见锚具（见5.25.2）单根钢筋锚具单根钢筋锚具 钢筋束（钢铰线束）锚具钢筋束（钢铰线束）锚具 钢丝束锚具钢丝束锚具 多孔式锚具多孔式锚具5 5.5.2 .5.2 预应力筋下料计算预应力筋下料计算1 1 单根预应力筋下料长单根预应力筋下料长钢筋长=孔道长螺栓端杆长外露长对焊压缩量2 2 钢筋束下料长钢筋束下料长钢筋长=孔道长张拉端留量固定端留量3 3 钢绞

18、线束下料长钢绞线束下料长钢绞线长=孔道长锚具厚度千斤顶长度100100钢绞线长=孔道长2（锚具厚度100）千斤顶长5 5.5.3 .5.3 施工工艺施工工艺 后张法施工工艺分为孔道留设、预应力筋张拉和孔道后张法施工工艺分为孔道留设、预应力筋张拉和孔道灌浆三部分。灌浆三部分。 一、孔道留设一、孔道留设1 1 孔道形式孔道形式直线、曲线、折线直线、曲线、折线2 2 孔道留设方法孔道留设方法钢管抽芯法、胶管抽芯法、预埋管法钢管抽芯法、胶管抽芯法、预埋管法钢管抽芯法钢管抽芯法先将钢管埋设在模板内预应力筋孔道位置上。在开始浇筑至浇筑后拔管前，间隔一定时间要缓慢匀速地转动钢管；待混凝土初凝后至终凝之前，用

19、卷扬机匀速拔出钢管即在构件中形成孔道。 只适用于留设直线孔道，钢管长度不宜超过15m。胶管抽芯法胶管抽芯法 胶管用于直线、曲线或折线孔道成型。胶管一端密封，另一端接上阀门，安放在孔道设计位置上，内部注水或充气；待混凝土初凝后、终凝前，将胶管阀门打开放水（或放气）降压，胶管回缩与混凝土自行脱落。将黑铁皮管、薄钢管或金属螺旋管固定在设计位置上，在混凝土构件中埋管成型的一种施工方法。适用于预应力筋密集或曲线预应力筋的孔道埋设。 预埋管法预埋管法 波纹管波纹管 二、预应力筋张拉二、预应力筋张拉 1 1 张拉条件张拉条件张拉时，混凝土强度达到设计要求；设计无具体要求张拉时，混凝土强度达到设计要求；设计无

20、具体要求时，应不低于混凝土设计强度的时，应不低于混凝土设计强度的75% 。现浇结构施加预应力时，板不宜小于5d，梁不宜小于7d。2 2 张拉控制应力张拉控制应力同先张法。同先张法。3 3 张拉程序张拉程序现浇预应力混凝土楼面结构：现浇预应力混凝土楼面结构： 楼板楼板次梁次梁主梁主梁叠层平卧预制的屋架： 从上至下逐榀张拉构件设置多根预应力筋：分层、分批、对称张拉构件设置多根预应力筋：分层、分批、对称张拉 分批张拉要考虑前后批之间的应力损失。分批张拉要考虑前后批之间的应力损失。4 4 张拉方法张拉方法 曲线预应力筋和长度大于曲线预应力筋和长度大于24m的直线预应力筋，应的直线预应力筋，应采用两端同

21、时张拉的方法；采用两端同时张拉的方法；长度等于或小于长度等于或小于24m的直线预应力筋，可一端张拉，的直线预应力筋，可一端张拉，但张拉端宜分别设置在构件两端；但张拉端宜分别设置在构件两端；对预埋波纹管孔道曲线预应力筋和长度大于对预埋波纹管孔道曲线预应力筋和长度大于30m的的直线预应力筋宜在两端张拉，长度等于或小于直线预应力筋宜在两端张拉，长度等于或小于30m的直线预应力筋可在一端张拉。的直线预应力筋可在一端张拉。 5 5 安全事项安全事项 在张拉构件的两端应设置保护装置，防止螺帽滑脱、钢筋断裂飞出伤人；张拉操作中，预应力筋的两端严禁站人，操作人员应在侧面工作。三、孔道灌浆三、孔道灌浆1 1 灌

22、浆的作用灌浆的作用防止锈蚀，保护预应力筋；使预应力筋与构件混凝土防止锈蚀，保护预应力筋；使预应力筋与构件混凝土有效粘结，减轻端部锚具的负荷，控制超载时出现裂有效粘结，减轻端部锚具的负荷，控制超载时出现裂缝的宽度和间距。缝的宽度和间距。2 2 灌浆材料灌浆材料普通硅酸盐水泥（不低于普通硅酸盐水泥（不低于32.5MPa），可掺入适量的），可掺入适量的膨胀剂。膨胀剂。3 3 灌浆工艺灌浆工艺检查孔道（穿筋孔、灌浆孔、排气孔、泌水孔）；连续灌浆，不得中断，灌满后，稳压12min；直径较大孔洞灌入不掺入膨胀剂水泥浆时，要进行二次灌浆。原理：无需预留管道与灌浆，而是将无粘结预应力筋原理：无需预留管道与灌浆，而是将无粘结预应力筋同普通钢