第五章预应力混凝土工程

1、第五章第五章 预应力混凝土工程预应力混凝土工程1.混凝土的物理力学性能； 2.钢筋的物理力学性能； 3.预应力钢筋混凝土构件设计要点。 1.了解预应力混凝土的特点和适用性； 2.熟悉预应力钢筋的基本形式 和适用性；3.熟悉锚具、夹具和连接器的种类和使用；4.熟悉张拉机械的原理和适用性；5.掌握预应力钢筋、锚具、张拉机械配套使用。 预应力结构可以定义为：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。 预应力结构具有如下的一些特点：改善结构的使用性能，提高结构的耐久性；减小构件截面高度，减轻自重；充分利用高强钢材；具有良好的裂缝闭

2、合性能与变形恢复性能；提高抗剪承载力；提高抗疲劳强度，此外，预应力混凝土结构具有良好的经济性。 一.预应力混凝土的基本概念 混凝土的抗拉强度只有其抗压强度的1/10-1/15，而且很不可靠。其抗拉变形能力也很小，破坏前没有明显预兆。 为弥补混凝土抗拉强度太低的缺点，对混凝土预期出现拉力的部位用钢筋来加强，但在某些情况下还是存在难以克服的本质缺陷-开裂。因此，所有的钢筋混凝土构件在使用状态下都存在开裂。 而在外荷载作用前，在结构或构件受拉区域通过对钢筋的张拉、锚固、放松来预先建立起有内应力的混凝土，就可抵消拉力，消除开裂。（一）预应力混凝土的材料 预应力混凝土抗裂性能的高低，取决于钢筋的预拉应力

3、值。1.对钢材的要求（1）高强度钢筋张拉过程中会出现各种应力损失，钢材强度越高，损失率越小，经济效果也越高，因此，应尽量采用强度高的钢筋作预应力筋。（2）具有一定的塑性要求钢筋切断时具有一定的延伸率。（3）与混凝土有较好的粘结度 先张法构件的预应力以及后张法构件在使用中的预应力是靠钢筋和混凝土的粘接力完成的。（4）有良好的加工性能 加工后不影响原来的物理力学性能。2.对混凝土的要求（1）高强度 高强混凝土与高强钢筋结合共同承受外力，可以减少构件的截面尺寸，减轻构件自重并节约原材料用量。（2）收缩、徐变小 弹性模量高，有利于减少预应力损失。（3）尽可能做到快硬、早强 快硬、早强才能尽早施加预应力

4、，加快施工速度，提高台座、锚具使用率，减少预应力筋的强度损失。 目前，我国在一些重要的预应力混凝土结构中，已开始采用C50-C60的高强混凝土，最高混凝土强度等级已达到C80，并逐步向更高强度等级的混凝土发展。国外混凝土的平均抗压强度每10年提高5-10MPa，现已出现抗压强度高达200MPa的混凝土。 （二）预应力混凝土与钢筋混凝土的比较提高了混凝土的抗裂度和刚度。增加了构件的耐久性。节约材料。减轻构件自重。扩大了高、大、重型结构的预制装配化程度。抗疲劳性能优于钢筋混凝土。另一方面，制作预应力构件时增加了张拉工序，灌浆锚具以及锚固装置等专用设备，制作技术也比钢筋混凝土复杂得多。（三）预应力混

5、凝土的分类预应力混凝土机械张拉电热张拉先张法后张法二.先张法施工（一）先张法的基本概念 在构件浇筑混凝土之前张拉预应力筋，并将张拉的预应力筋临时锚固在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，待混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75%，保证预应力筋与混凝土有足够粘结时，放松预应力筋，借助于预应力筋与混凝土的粘结，对混凝土施加预应力。 适用于生产中小型构件，多在工厂预制，也可在现场生产。1.台座 先张法施工中主要的承力构件，必须具有足够的刚度、强度、稳定性。（1）镦式台座 由承力台墩、台面、横梁组成。张拉一次可生产多根构件，可以减少因为钢筋滑动引起的预应力损失。（2）槽式台座由钢筋混凝土压杆、上下横梁及

6、台面组成。2.张拉机具和夹具 先张法生产的构件之中，常用的预应力筋有钢筋和钢丝。张拉预应力钢丝时，一般直接采用卷扬机或电动螺杆张拉机；张拉预应力筋时，在槽式台座中常采用四横梁式成组张拉装置，用千斤顶张拉。（二）先张法特点：预应力筋在浇筑混凝土前张拉，预应力的传递靠预应力筋和混凝土之间的粘结力。1.预应力筋的铺设2.预应力筋张拉 施工工艺3.预应力筋放张u放张要求：符合设计要求，设计无要求时不得低于混凝土设计强度的75%，放张时应使预应力构件自由压缩。u放张方法：钢丝数量不多时可采用剪切、锯割或氧-乙炔焰熔断；钢丝多时不允许逐根放张。u放张顺序：轴心预压力构件同时放张；偏心预压力构件先同时放张预

7、应力较小区域，在同时放张预应力较大区域。三.后张法施工 后张法指在制作构件或块体时，在放置预应力筋的部位留设孔道，待混凝土达到设计规定的强度后，将预应力筋穿入预留孔道内，用张拉机具将预应力筋拉到规定的控制应力，然后借助锚具把预应力筋锚固在构件端部，最后进行孔道灌浆（也有不灌浆的）预加应力的方法。适用于在施工现场制作大型构件（屋架等）。 由于后张法可分件制作预应力构件，运到现场利用预应力钢筋连成整体，因此灵活性大，现已逐渐从单个预应力构件发展到整体预应力结构。（一）预应力筋及锚具 锚具是后张法预应力混凝土构件中或结构中为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置；而夹具是先张法预

8、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台座上的临时锚固装置。 后张法拉用的锚具又称为工具锚，是将千斤顶等的张拉力传递到预应力筋上的装置。后张法锚固体系包括锚具、铺垫板、螺旋筋等。1.单根预应力筋的锚具及制作主要采用直径1240的冷拉、级钢筋或精轧螺纹钢筋，以及配套锚具组成。（1）锚具 螺丝端杆锚具（两端张拉）、帮条锚具、镦头锚具（固定一端）。（2）预应力筋的制作单根预应力筋：配料、对焊、冷拉等工序。2.钢筋束、钢绞线预应力筋及锚具钢筋束：3-6根钢筋组成；钢绞线：3-7根j15.2-j12.7钢绞线组成。（1）锚具（2）预应力筋制作3.钢丝束预应力筋及锚具 预应力钢丝为碳素钢丝：

9、冷拉钢丝、消除应力钢丝、刻痕钢丝、低松弛钢丝、镀锌钢丝。（1）锚具 钢质锥形锚具、镦头锚具、锥形螺杆锚具。（2）钢丝束的制作 主要有下料、编束、组装锚具等工序。（二）张拉机具和设备后张法用的张拉设备主要由液压千斤顶、高压油泵和外接油管等组成。1.千斤顶（1）穿心式千斤顶具有穿心孔，利用双液缸张拉预应力筋和顶压锚具。 YC60型千斤顶（2）锥锚式YZ型千斤顶具有张拉、顶锚、退楔功能的三作用千斤顶，仅用于带钢质锥形锚具的钢丝束。 锥锚式千斤顶（3）拉杆式千斤顶只适用于张拉力不大（600KN）的支承式锚具2.高压油泵3.千斤顶校验4.后张法施工工艺施工过程可分为孔道的留设、预应力筋穿入孔道、预应力筋

10、张拉和孔道灌浆等主要工序。 流程（1）孔道的留设 孔道留设是有粘结预应力后张法构件制作中的关键工作。孔道留设方法有钢管抽芯法、胶管抽芯法和预埋波纹管法。预埋波纹管法只用于曲线形孔道。在留设孔道的同时还要在设计规定位置留设灌浆孔。一般在构件两端和中间每隔12 m留一个直径20 mm的灌浆孔，并在构件两端各设一个排气孔。 钢管抽芯法 预先将钢管埋设在模板内孔道位置处，在混凝土浇筑过程中和浇筑之后，每间隔一定时间慢慢转动钢管，使之不与混凝土粘结，待混凝土初凝后、终凝前抽出钢管，即形成孔道。该法只可留设直线孔道。 钢管要平直，表面要光滑，安放位置要准确。一般用间距不大于1 m的钢筋井字架固定钢管位置。

11、每根钢管的长度最好不超过15 m，以便于旋转和抽管，较长构件则用两根钢管，中间用套管连接。钢管的旋转方向两端要相反。 恰当掌握抽管时间很重要，过早会坍孔，太晚则抽管困难。一般在初凝后、终凝前，以手指按压混凝土不粘浆又无明显印痕时则可抽管。为保证顺利抽管，混凝土的浇筑顺序要密切配合。 胶管抽芯法 胶管有布胶管和钢丝网胶管两种。用间距不大于0.5 m的钢筋井字架固定位置，浇筑混凝土前，胶管内充入压力为0.60.8 N/mm2的压缩空气或压力水，此时胶管直径增大3 mm左右，待浇筑的混凝土初凝后，放出压缩空气或压力水，管径缩小而与混凝土脱离，便于抽出。后者质硬、具有一定弹性，留孔方法与钢管一样，只是

12、浇筑混凝土后不需转动，由于其有一定弹性，抽管时在拉力作用下断面缩小易于拔出。采用胶管抽芯留孔，不仅可留直线孔道，而且可留曲线孔道。 预埋波纹管法 波纹管为特制的带波纹的金属管，它与混凝土有良好的粘结力。波纹管预埋在构件中，浇筑混凝土后不再抽出，预埋时用间距不宜大于0.8 m的钢筋井字架固定。 塑料波纹管是前几年国外发展起来的一种新型制孔器。它采用的塑料为聚丙烯或高密度聚乙烯。管道外表面的螺旋肋与周围的混凝土具有较高的粘结力，从而能将预应力传递到管道外的混凝土。塑料波纹管具有耐腐蚀性能好、孔道摩擦损失小、可提高后张预应力结构的抗疲劳性能等优点。 （2）预应力筋穿入孔道（穿筋）p先穿筋法：浇筑混凝

13、土之前穿筋。穿筋简便，但穿筋占用工期，预应力筋的自重引起波纹管摆动会增大摩擦损失，预应力筋端部保护不当易生锈。p后穿筋法：浇筑混凝土之后穿筋，可在混凝土养护期内进行，不占工期，便于用通孔器或高压水通孔，穿筋后即张拉，易于防锈，但穿筋费力。（3）预应力筋张拉设计要求或不低于设计混凝土强度等级的75%。（4）孔道灌浆 作用：保护预应力筋，防止锈蚀；预应力筋与构件能有效粘结，以控制超载时的裂缝间距与宽度并减轻梁端锚具的负荷状况。5.无粘结预应力混凝土 无粘结预应力结构的主要施工工序为：将无粘结预应力筋准确定位（涂防腐油脂并包覆塑料套管），并与普通钢筋一起绑扎形成钢筋骨架，然后浇筑混凝土；待混凝土达到

14、预期强度后（一般不低于混凝土设计强度的75%）进行张拉（一端锚固一端张拉或两端同时张拉）。张拉完成后，在张拉端用锚具将预应力筋锚住，形成无粘结预应力结构。 例图（1）无粘结预应力筋的制作预应力钢材、涂料层、外包层、锚具组成。（2）无粘结预应力筋的铺设（3）无粘结预应力筋的张拉宜采用单根张拉。l混凝土墩；2钢横梁；3局部加厚的台面； 4预应力筋 槽式台座 压杆砖墙上横梁下横梁砖墙压杆1预应力筋；2混凝土构件；3台座；4夹具动画台座准备刷隔离剂铺放预应力筋张拉安侧模扎横向筋浇筑混凝土养护制作试块放张预应力筋脱模出槽堆放试块试压先张法工艺流程图螺母精轧螺纹钢筋精轧螺纹钢筋体系镦头锚具YX锚具LD-10（20）型镦头器预应力钢绞线图 (a)17钢绞线；(b)12钢绞线； (c)l3钢绞线；d一钢绞线公称直径l混凝土