第5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 第一节 先张法施工 第二节 后张法施工 第三节 无粘结预应力混凝土施工 概概 述述1、混凝土发展过程： 素混凝土 钢筋混凝土 预应力混凝土2、预应力的优点： 截面小，重量轻，刚度大； 抗裂性、耐久性好； 节约钢材； 在较大跨度结构中，综合经济效益好。概概 述述3、预应力筋的种类 碳素钢丝，直径：39； 刻痕钢丝； 低松弛钢丝 ； 钢绞线，由6根直径为5mm的高强钢丝缠绕而成； 热处理钢筋，直径：610； 冷轧带肋钢筋，级别代号：LL550、LL650、LL800。概概 述述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

2、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。概概 述述5、预应力的施加方法 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。第一节第一节 先张法施工先张法施工一、先张法第一节第一节 先张法施工先张法施工 先张法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、檩条及吊车梁等。 先张法生产时，可采用台座法和机组流水法。 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；预应力筋放松前，其拉力由台座承受。 采用机组流水法时，构件连同钢模通过固定的机组，按流水方式完成（

3、张拉、锚固、混凝土浇筑和养护）每一生产过程；预应力筋放松前，其拉力由钢模承受。第一节第一节 先张法施工先张法施工（一）台座 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；第一节第一节 先张法施工先张法施工计算简图：第一节第一节 先张法施工先张法施工（2） 墩式台座计算要点： 稳定性验算：（抗倾覆、抗滑移的能力） A、抗倾覆验算：1KMMM抗倾覆力矩 MG1l1+G2l2M，倾覆力矩 M，T1抗倾覆系数第一节第一节 先张法施工

4、先张法施工B、抗滑移验算：2KPTT抗滑移能力。TNF (G1+G2) 摩擦力N台面抵抗力P张拉力合力第一节第一节 先张法施工先张法施工强度验算： 支承横梁的牛腿，按柱子的牛腿计算配筋； 墩式台座与台面接触的外伸部分，按偏心受压构件计算； 台面按轴心受压构件计算； 横梁按承受均布荷载的简支梁计算。 第一节第一节 先张法施工先张法施工 2、槽式台座用于张拉力和倾覆力矩较大的构件生产。第一节第一节 先张法施工先张法施工 （二）张拉机具和夹具 1、钢丝的夹具和张拉机具 （1）钢丝夹具 锚固夹具：锥形、楔形。 第一节第一节 先张法施工先张法施工、张拉夹具：偏心式、钳式、楔形。、墩头锚具： 采用冷墩形成

5、。第一节第一节 先张法施工先张法施工（2）张拉机具 要求： 简易可靠，准确控制钢丝的拉力，稳速增大拉力。 种类： A、卷扬机张拉：弹簧测力、杠杆测力。 B、电动螺杆张拉机张拉：构造简单，体积小，重量 轻，操作灵活，移动方便。 第一节第一节 先张法施工先张法施工 2、钢筋的夹具和张拉机具 （1）钢筋夹具 锚固夹具：工具式螺杆螺丝端杆锚具； 穿心式夹具自锚； 墩头锚固：d 12mm 冷墩 d 22mm 加热锻打 张拉夹具：压销式、穿心式。第一节第一节 先张法施工先张法施工 （2）钢筋张拉机具 油压千斤顶、拉伸机、穿心式千斤顶、电动螺杆张拉机。第一节第一节 先张法施工先张法施工第一节第一节 先张法施

6、工先张法施工（二）先张法施工工艺第一节第一节 先张法施工先张法施工 一）张拉 1、预应力筋的张拉控制应力 应符合下列规定：消除应力钢丝、钢绞线 中强度预应力钢丝 预应力螺纹钢筋0.75conptkf0.70conptkfy0.85conp kfcon式中： 预应力筋极限强度标准值； 预应力螺纹钢筋屈服强度标准值。fp tkfp y k第一节第一节 先张法施工先张法施工 消除应力钢丝、钢绞线、中强度预应力钢丝的张拉控制应力值不应小于 ；预应力螺纹钢筋的张拉应力控制值不宜小于 。 当符合下列情况之一时，上述张拉控制应力限值可相应提高 或 ；1)要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设

7、置的预应力筋；2)要求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张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。0.4ptkf0.5pykf0.05ptkf0.05pykf第一节第一节 先张法施工先张法施工concon预应力钢丝由于张拉工作量大，宜采用一次张拉程序： 0（1.031.05）锚固其中，系预应力筋的张拉控制应力；超张拉系数1.031.05是考虑弹簧测力计的误差、温度影响、台座横梁或定位板刚度不足、台座长度不符合设计取值、工人操作影响等。采用低松弛钢绞线时，可采用一次张拉程序：对单根张拉，0锚固对整体张拉，concon0 初应力调整值锚固2、张拉程序第一节第一节 先张法施工先张

8、法施工 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。（二）混凝土的浇筑与养护第一节第一节 先张法施工先张法施工（三）预应力筋放张1、放张要求 混凝土强度应大于75C设；（重叠生产指最上层构件） 放张过程中，应使预应力构件自由伸缩，避免过大的冲击 与偏心。同时还应使台座承受的倾覆力矩及偏心力减小； 保证预应力筋与混凝土之间的粘结。第一节第一节 先张法施工先张法施工2、放张顺序 轴心受压构件：同时放张。 偏心构件：先同时

9、放张预应力较小区域内的预应力筋； 再同时放张预应力较大区域内的预应力筋。 如不能满足上述要求，应分阶段、对称、相互交错进行放 张。 注意：放张时，应拆除侧模。注意：放张时，应拆除侧模。第一节第一节 先张法施工先张法施工3、 放张方法 对于中小型预应力混凝土构件，预应力丝的放张宜从生产线中间处开始，以减少回弹量且有利于脱模；对于构件应从外向内对称、交错逐根放张，以免构件扭转、端部开裂或钢丝断裂。 放张预应力筋，一般采用千斤顶放张，如图图5.16(a)5.16(a)所示。也可采用砂箱、楔块等放松装置。v砂箱装置如图图5. .16（b）所示。v楔块放张装置如图图5.165.16（c）所示。 第一节第

10、一节 先张法施工先张法施工第二节第二节 后张法施工后张法施工一、后张法第二节第二节 后张法施工后张法施工 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）；第二节第二节 后张法施工后张法施工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

11、拉、灌浆等）第二节第二节 后张法施工后张法施工 （一）锚具和预应力筋的制作常见预应力筋类型： 单根钢筋，直径大于12毫米； 钢筋束与钢绞线束； 钢丝束。对锚具的要求： 尺寸准确； 不致产生预应力筋的滑移； 有足够刚度和强度。第二节第二节 后张法施工后张法施工 1、锚具 张拉端：螺丝端杆锚具。 固定端：帮条锚具或墩头锚具。（1）螺丝端杆锚具 组成：螺丝端杆、螺母、垫板。（2）帮条锚具 组成：帮条、衬板。（3）镦头锚具 直接在钢筋端部用热镦、冷镦、锻打成型。（4）级精轧螺旋钢筋直径有25和32两种。 一）单根预应力筋的锚具及制作第二节第二节 后张法施工后张法施工螺丝端杆锚具：第二节第二节 后张法施

12、工后张法施工2、预应力筋的制作（1）制作： 包括配料、对焊、冷拉等工序。（2）下料长度计算 锚具特点：螺丝端杆外露在孔道外的长度为120150mm，帮条、镦头视锚具尺寸而定。 对焊接头：每个对焊接头的压缩量约等于钢筋直径。 钢筋冷拉率：实际测定作为下料依据。 弹性回缩率：冷拉后的回缩值与冷拉完成时的长度的比值，一般为0.3左右。第二节第二节 后张法施工后张法施工第二节第二节 后张法施工后张法施工212llL1102lLL1两端用螺丝端杆锚具时 预应力筋的成品长度L1（冷拉后的全长）为： 预应力筋中钢筋冷拉完成后的长度为L0：预应力筋中的钢筋冷拉前的下料长度L为：001nlLL第二节第二节 后张

13、法施工后张法施工式中：l构件的孔道长度。2l螺丝端杆伸出构件外的长度。1l预应力筋的冷拉率。预应力筋的冷拉弹性回缩率。 n 对焊接头数量。0l每个对焊接头的压缩量。螺丝端杆的长度，一般为320mm。第二节第二节 后张法施工后张法施工321lllL110lLL2一端用螺丝端杆，另一端用帮条锚具时预应力筋的成品长度：预应力筋中的钢筋冷拉完成后的长度：预应力筋中的钢筋下料长度：001nlLL3l式中：帮条或镦头锚具长度（包括垫板厚度）第二节第二节 后张法施工后张法施工 二）钢筋束、钢绞线束预应力筋的锚具及制作钢筋束采用： 12，36根钢绞线束采用： 36根 7 51、锚具（1）JM12型锚具 楔块原

14、理 可锚具多根预应力筋 既可作张拉端锚具，又可作固定端锚具。第二节第二节 后张法施工后张法施工JM12型锚具构造：第二节第二节 后张法施工后张法施工（2） KTZ型锚具（可锻铸铁锥形锚具） 用于螺纹钢筋束和钢绞线束。第二节第二节 后张法施工后张法施工（3） XM型锚具可锚固：可锚固： 钢绞线束； 钢丝束； 单根预应力筋； 多根预应力筋。第二节第二节 后张法施工后张法施工2、预应力筋制作（1）制作工序： 调直下料编束（2）下料长度计算：（与张拉设备和选用的锚具有关）当采用JM型或XM型锚具，用穿心式千斤顶张拉时，钢筋束和钢丝束的下料长度L应等于构件孔道长度加上两端为张拉、锚固所需的外露长度，如下

15、图所示。 第二节第二节 后张法施工后张法施工两端张拉时： L=l+2（l1+l2+l3+100）第二节第二节 后张法施工后张法施工一端张拉时： L=l+2（l1+100）+l2+l3 第二节第二节 后张法施工后张法施工第二节第二节 后张法施工后张法施工 三）钢丝束预应力筋的锚具及制作1、锚具（1）钢质锥形锚具 适用于6、12、18、24根直径5mm碳素钢丝第二节第二节 后张法施工后张法施工钢丝束镦头锚具钢丝束镦头锚具（2）钢丝束镦头锚具 用于锚具1254根直径5mm碳素钢丝的钢丝束。第二节第二节 后张法施工后张法施工（3）锥形螺杆锚具 适用于14、16、20、24、28根直径5mm的钢筋束。第

16、二节第二节 后张法施工后张法施工四）精轧螺纹钢筋及锚具 精轧螺纹钢筋在任意截面处都能拧上带内螺纹的连接器进行接长或拧上特制的螺母进行锚固，无需冷拉和焊接，施工方便。 主要用于房屋、桥梁与构筑物等直线筋。精轧螺纹钢筋外形示意图精轧螺纹钢筋外形示意图精轧螺纹钢筋精轧螺纹钢筋第二节第二节 后张法施工后张法施工 精轧螺纹钢筋锚具是利用与该钢筋螺纹匹配的特制螺母的一种支承式锚具。精轧螺纹钢筋锚具包括螺母与垫板，如下图所示。JLM精轧螺纹钢筋锚具第二节第二节 后张法施工后张法施工 五）张拉机具及设备 1.千斤顶 （1）穿心式千斤顶 穿心式千斤顶是一种具有穿心孔，利用双液缸张拉预应力筋和顶压锚具的双作用千斤

17、顶。YC60穿心式千斤顶穿心式千斤顶第二节第二节 后张法施工后张法施工第二节第二节 后张法施工后张法施工1）适用性：既可张拉需要顶压的锚具，配上撑脚与拉杆后，也可用于张拉螺杆锚具和镦头锚具，目前是我国预应力张拉施工中应用最广泛的一种张拉机具。2）张拉力：180、200、600、1200、1500和3000kN等3）张拉行程：150mm8mm不等。第二节第二节 后张法施工后张法施工（2）锥锚式千斤顶 锥锚式千斤顶是一种具有张拉、顶锚和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。锥锚式千斤顶第二节第二节 后张法施工后张法施工2.高压油泵 高压油泵主要与各类千斤顶配套使用，提供高压的油液。

18、高压油泵的类型比较多，性能不一。如右图所示为ZB4/500型高压油泵。ZB4/500型电动高压油泵型电动高压油泵1-电动机主泵体；2-控制阀；3-压力表；4-油箱小车；5-电气开关；6-拉手；7-加油口第二节第二节 后张法施工后张法施工（二）后张法施工工艺第二节第二节 后张法施工后张法施工 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

19、出钢管，形成孔道。第二节第二节 后张法施工后张法施工施工时应注意的问题 钢管应平直，光滑，埋前应出锈，刷油，位置正确； 每根长度小于15米，以便于旋转、抽管； 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 36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。恰当掌握抽管时间 第二节第二节 后张法施工后张法施工（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。

20、施工时应注意的问题 ： 长度 2030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。 第二节第二节 后张法施工后张法施工（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：用钢筋卡子，并用铁丝绑牢； 避免反复弯曲。第二节第二节 后张法施工后张法施工 1、预应力筋的张拉控制应力 应符合下列规定： 消除应力钢丝、钢绞线 中强度预应力钢丝 预应力螺纹钢筋0.75conptkf0.70conptkfy0.85conp kfc

21、on式中： 预应力筋极限强度标准值； 预应力螺纹钢筋屈服强度标准值。fp tkfp y k核心问题预应力筋的应力控制二）张拉第二节第二节 后张法施工后张法施工 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用螺旋式预应力筋作配筋的环形构件，当直径d不大于3m时，由于混凝土的局部挤压造成的损失6l3l5l4l2l1l2、预应力损失 尽可能减少预应力损失，是预应力混凝土结构设计中的重要问题。第二节第二节 后张法施工后张法施工各阶段预应力损失值的组合各阶段预应力损失值的组合预应力损失值的组合先张法构件后张法构件混凝土预压前（第一批）的

22、损失混凝土预压后（第二批）的损失5l1234llll12ll456lll注：先张法构件由于预应力钢筋应力松弛引起的损失值注：先张法构件由于预应力钢筋应力松弛引起的损失值 在第一批和第在第一批和第二批损失中所占的比例，如需区分，可根据实际情况确定。二批损失中所占的比例，如需区分，可根据实际情况确定。4l第二节第二节 后张法施工后张法施工3、预应力筋有效预应力值计算预应力筋中建立的有效预应力值可按下式计算：式中：1inpcconliiconlipc预应力筋的有效预应力值；预应力筋的张拉控制应力值；第 项预应力损失值。对碳素钢丝与钢绞线，其有效预应力值 不宜大于 ，也不宜小于 。如设计上仅提供有效预

23、应力值，则需计算预应力损失值，两者叠加即的所需的张拉力。pc0.6fptk0.4fptk第二节第二节 后张法施工后张法施工jP4、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。采用低松弛钢丝和钢绞线时，张拉操作程序为：0锚固其中，jPjPconPAPA为预应力筋的张拉力：=式中预应力筋的截面面积。第二节第二节 后张法施工后张法施工jPjP采用普通松弛预应力筋时，按超张拉程序进行：对墩头锚具等可卸载锚具 01.05锚固对夹片锚具等不可卸载锚具01.03jP 超张拉并持荷2min的目的是加速预应力钢筋松弛损失的早期发展。持荷2min第二节第二节 后张法施工后张法施工 以上各种张拉操作程序

24、，均可分级加载。对曲线预应力束，一般以（0.20.5） 为测量伸长值的起点，分三级加载（0.2 、0.6 及1.0 ）或四级加载（0.25 、0.50 、0.75 及1.0 ）。 当预应力筋长度较大，千斤顶张拉行程不够时，应采取分级张拉、分级锚固。第二级初始油压为第一级最终油压。预应力筋张拉到规定油压后，持荷校核伸长值，合格后进行锚固。jPjPjPjPjPjPjPjP第二节第二节 后张法施工后张法施工5、张拉力计算（1）全部筋一次张拉：)1(mANpconm超张拉百分率cEconcon式中：con设计控制应力，即第二批预应力筋的设计控制应力。E钢筋与混凝土的弹性模量比值。csEEE（2）同一构

25、件分批张拉 设：分两批张拉，则第一批的张拉应力为：第二节第二节 后张法施工后张法施工c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。pAcAnlcon1其中：1l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：)1(mANpconcon第二批张拉力：)1(2mANpconcon第二节第二节 后张法施工后张法施工6、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70C设计。块体拼装，立缝处混凝土或砂浆强度，不应低于15MPa或40C设计。（2）多根预应力筋张拉：当不可能同时张拉时，宜

26、分批、分阶段、对称地张拉。第二节第二节 后张法施工后张法施工（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。 第二节第二节 后张法施工后张法施工（四）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。 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。 2、要求第三节第三节 无粘结预应力混凝土施工无粘结预应力混凝土施工 后张无粘结预应