第五章 预应力混凝土工程

第五章预应力混凝土工程了解预应力混凝土的概念和分类；先张法施工台座、夹具、张拉机械；后张法张拉机械。掌握先张法施工工艺；后张法施工锚具、施工工艺、预应力筋的制作；无粘结预应力技术。一教学目标1、预应力混泥土及其分类2、预应力夹具和锚具3、先张法施工4、后张法施工二教学内容第一节预应力混凝土及其分类一、预应力混凝土简介预应力混凝土是在使用荷载作用前预先建立内应力的混凝土。预应力混泥土能有效地利用高强度钢材，提高结构的抗裂度和刚度，减小结构的截面尺寸，节省材料，提高结构的耐久性。但预应力混泥土增加了施工难度，需要专用的施工设备和机具，操作要求严格，技术水平高。预应力混泥土适用于大柱网和大跨度结构。二、预应力混凝土分类1.先张法先张法是先张拉预应力筋、后浇筑混凝土的预应力混凝土生产方法。适用于预制厂生产中小型预应力混泥土构件。2.后张法后张法是先浇筑混凝土后张拉预应力筋的预应力混凝土生产方法。适用于施工现场生产大型预应力混泥土构件与结构。第二节预应力夹具和锚具一、夹具预应力筋用夹具是张拉并临时固定在台座上保持预应力筋张拉力的工具。夹具根据工作特点分为张拉夹具和锚固夹具。夹具性能由夹具效率系数ηg

：

式中：Fgpu——预应力筋锚具组装件的实测极限拉力；

Fgpu0——预应力筋锚具组装件中各根预应力钢材计算极限拉力之和；

ηp——预应力筋的效率系数,ηp=0.97。二、锚具

预应力筋用锚具是张拉并永久固定在预应力混凝土结构上传递预应力的工具。锚具根据工作特点分为张拉端锚具和固定端锚具。（一）锚具的选用1.直径≥18mm的热轧冷拉钢筋，张拉端选用夹片锚具，固定端选用螺丝端杆锚具或镦头锚具；2.精轧螺纹钢筋，张拉端和固定端都选用螺帽锚具；3.直径12mm的热轧冷拉钢筋束，张拉端选用夹片锚具，固定端选用夹片锚具或镦头锚具；4.高强钢丝，张拉端和固定端都选用夹片锚具或镦头锚具；5.高强钢丝束，张拉端选用夹片锚具、镦头锚具或锥塞锚具，固定端选用夹片锚具或镦头锚具，埋入端选用镦头锚具或挤压锚具；6.钢绞线及钢绞线束，张拉端选用夹片锚具，固定端选用夹片锚具，埋入端选用挤压锚具。（二）锚具的性能要求锚具性能由预应力筋锚具的锚具效率系数ηa和总应变εapu

确定。锚具分为Ⅰ类和Ⅱ类 Ⅰ类：ηa≥0.95，εapu≥2%； Ⅱ类：ηa≥0.9，εapu≥1.7%。1、锚具率系数ηa计算公式：式中：Fapu——预应力锚具组装件的实测极限拉力；

Fgpuc——预应力筋锚具组装件中各根预应力筋计算极限拉力之和；2.预应力筋锚具组装件中各根预应力筋计算极限拉力之和的计算公式：式中：fptm——由预应力钢筋中抽取试件的极限抗拉强度平均值；

Ap——预应力筋锚具组装件中各根预应力筋总截截面积；3.预应力筋的效率系数ηp的计算公式：式中：λm—预应力的平均压强比；

εpym—预应力筋抽样试件在应力达到屈服强度时的应变平均值； εptm—预应力筋抽样试件的极限应变平均值； δε--预应力筋抽样试件极限应变的变异系数。（三）锚具进场验收外观检查硬度检查静载锚固性能试验三、静载锚固性能试验

静载锚固性能试验用的预应力筋锚具或夹具组装件，应由锚具或夹具的全部零件与预应力筋组装而成。试验用的测力系统不确定度不得大于2.0%。测量总应变的量具，其标距的不确定度不得大于标距的2.0%。指示应变的不确定度不得大于标距的1.0%。第三节先张法施工

先张法施工是在浇筑混泥土前先张拉预应力筋并将张拉的预应力筋临时固定在台座或钢模上，然后浇筑混泥土，待其达到一定强度(约75%)，保证预应力筋与混泥土有足够的粘结力时，放松预应力筋，借助混泥土与预应力筋的粘结，使混泥土产生预压应力。先张法施工示意图1—台座承力结构；2—横梁；3—台面；4—预应力筋；5—锚固定夹具；6—混泥土构件一、台座台座是先张法施工的主要设备之一，它承受预应力筋的全部张拉力。因此，台座应具有足够的强度、刚度和稳定性。台座按构造形式分墩式台座和槽式台座两类。选用时根据构件种类、张拉力大小和施工条件而定。（一）墩式台座墩式台座的长度通常为100~150m，故又称长线台座。墩式台座由台墩、台面与横梁等组成。墩式台座的抗倾覆安全系数K1≥1.5，抗滑动安全系数K2≥1.3。墩式台座构造示意图（一）槽式台座槽式台座由钢筋混泥土压杆和上、下横梁及砖墙组成。槽式台座长度一般为45~76m。槽式台座

1一钢筋混凝土压杆；2一砖墙；3一下横梁；4—上横梁二、夹具（一）张拉夹具1.偏心式夹具 偏心式夹具构造简单，使用方便，用作钢丝的张拉。2.压销式夹具 压销式夹具由销片和楔形压销组成，用作直径12~16mm的HPB235~RRB400级钢筋的张拉夹具。1一钢筋；2--销片(楔形)；3--销片；4--楔形压销（二）锚固夹具1、圆锥齿板式夹具 圆锥齿板式夹具由套筒和齿板组成，适用夹持3~5mm的碳素钢丝。2、圆套筒三片式夹具 圆套筒三片式夹具由中间开圆锥套筒和三个夹片组成，适用夹持12～14mm的单根冷拉HRB335~RRB400级钢筋。3、镦头锚具 钢丝的镦头是采用液压冷镦机进行的，钢筋直径小于22mm采用热镦方法，钢筋直径等于或大于22mm采用热锻成型方法。三、张拉机械（一）电动螺杆张拉机电动螺杆张拉机由张拉螺杆、电动机、变速箱、测力装置，拉力架、承力架和张拉夹具等组成。最大张拉力为300~600kN。张拉行程为800mm。张拉速度2m／mim。自重400Kg。（二）液压张拉机液压张拉机由液压千斤顶、压力表和油泵组成。常用的液压张拉机：拉杆式千斤顶、穿心式千斤顶、锥锚式千斤顶。四、施工工艺施工工艺流程：（一）预应力筋的张拉1.张拉控制应力 预应力筋的张拉控制应力按《混凝土结构设计规范》规定取值。钢筋种类张拉方法先张法后张法碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞丝热处理钢筋、冷拔低碳钢丝冷拉钢筋0.80fptk

0.75fptk0.95fptk0.75fptk0.70fptk0.90fptk表5-1张拉控制应力限值

2.张拉程序（1）0→1.05%σcon（持荷2分钟）→σcon

超张拉5%并持荷2分钟的目的：减少预应力筋的松弛损失。（2）0→1.03%σcon超张拉3%目的：弥补钢筋松弛引起的预应力损失。3.预应力筋伸长值的验算预应力筋伸长值ΔL： 式中：FP—预应力筋平均张拉力，kN；L—预应力筋的长度，mm；AP—预应力筋的截面面积，mm2；

ES—预应力筋的弹性模量，kN/mm2。4.预应力筋张拉力计算式中：m—超张拉系数；δcon—预应力筋张拉控制力；AP—预应力筋的截面面积。（二）混凝土浇筑和养护预应力筋张拉完成后，应尽快进行钢筋绑扎、模板拼装和砼浇筑等工作。砼浇筑时，振动器不得碰撞预应力筋。砼未达到强度前，也不允许碰撞或踩动预应力筋。当构件在台座上进行湿热养护时，应防止温差引起的预应力损失。先张法在台座上生产砼构件，其最高允许的养护温度应根据设计规定的允许温差(张拉与养护时的温度之差)计算确定。当砼强度达到7.5N／mm2(粗钢筋配筋)或10N／mm2(钢丝、钢绞线配筋)以上时，则可不受设计规定的温差限制。（三）预应力筋的放张1.放张要求当设计无要求时，不得低于设计的混凝土强度标准值的75％。对于重叠生产的构件，要求最上一层构件的混凝土强度不低于设计强度标准值的75％时方可进行预应力筋的放张。2.放张顺序⑴轴心受预压构件，所有预应力筋应同时放张⑵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；⑶不能满足上述要求时，应分阶段、对称、交错地放张，防止构件在放张过程中产生弯曲、裂纹或预应力筋断裂。(4)放张后预应力筋的切断顺序，宜由放张端开始，逐次切向另一端。3.放张方法⑴当预应力筋采用钢丝时，配筋不多的中小型钢筋砼构件，钢丝可用砂轮锯或切断机切断等方法放松。⑵预应力筋为钢筋时，对热处理钢筋及冷拉IV级钢筋不得用电弧切割，宜用砂轮锯或切断机切断。数量较多时，也应同时放松。多根钢丝或钢筋的同时放松，可用油压千斤顶放张、砂箱放张、楔块放张等方法。⑶采用湿热养护的预应力砼构件，宜热态放松预应力筋，而不宜降温后再放松。第四节后张法施工

后张法施工是在浇筑混凝土构件时，在放置预应力筋的位置预留孔道，将预应力筋穿入孔道中并进行张拉，然后用锚具将预应力筋锚固在构件上，最后进行孔道灌浆。后张法施工示意图（a）制作混泥土构件；（b）张拉预应力筋；（c）锚固和孔道灌浆1—混泥土构件；2—预留孔道；3—预应力筋；4—千斤顶；5—锚具一、锚具（一）单根钢筋锚具1.螺丝端杆锚具 螺丝端杆锚具由螺丝端杆、螺母和垫板组成，适用于锚固直径不大于36mm的冷拉HRB335级与HRB400级钢筋。2.帮条锚具 帮条锚具由帮条和和衬板组成，可作为冷拉HRB335级与HRB400级钢筋及冷拉5号钢钢筋固定端锚具用。3.镦头锚具 镦头锚具由镦头和垫板组成。（二）钢筋束锚具 1.JM12型锚具

JM12型锚具由锚环和夹片组成。 2.镦头锚具

镦头锚具由固定板和带镦头的预应力筋组成。（二）锚具性能要求 1.预应力筋锚具组装件达到实测极限拉力时，除锚具设计允许的现象，零件不得出现肉眼可见的裂缝和破坏； 2.除能满足分级张拉及补张工艺外，宜具有放松预应力筋的性能； 3.锚具或附件上宜设置灌浆孔道，灌浆孔道应有保证浆液通畅的截面面积。二、张拉机械（一）拉杆式千斤顶（YL型）

拉杆式千斤顶由缸体、活塞杆、撑脚和连接器组成，主要用于张拉带有螺丝端杆锚具的粗钢筋、锥形螺杆锚具的钢丝束及墩头锚具的钢丝束。（二）穿心式千斤顶（YC型）

穿心式千斤顶由张拉油缸、顶压油缸、顶压活塞和回程弹簧组成。（三）锥锚式千斤顶（YZ型）

锥锚式千斤顶由主缸、副缸、退契块、锥形卡环、退楔翼片和楔块组成。三、施工工艺施工工艺流程图：安装底模绑扎钢筋，安装埋管，预留孔道浇筑混泥土抽管养护，拆模穿预应力筋张拉预应力筋孔道灌浆起吊运输预应力筋制作制作混泥土试块压混泥土试块（一）孔道留设钢管抽芯法—用于直线孔道。胶管抽芯法可—用于直线或曲线孔道。预留波纹管法

抽管：先上后下，先曲后直。（二）预应力筋张拉一般规定：≥75%；张拉控制力 张拉程序、预应力筋伸长值的验算、预应力筋张拉力的计算与先张法相同。张拉方法 抽芯成形孔道、预埋波纹管孔道张拉顺序

张拉顺序的确定原则：①不使混泥土产生超应力;②构件不扭转与侧弯、结构不变位。所以张拉宜对称进行。

影响增加值：（三）孔道灌浆目的：一是防止预应力筋锈蚀，二是增加结构的整体性和耐久性。

材料要求：水泥≥42.5MPa水泥浆及砂浆≥20MPa水灰比＜0.45，搅拌后3h泌水率不宜大于2%，且不应大于3%。灌浆顺序：先下后上吊装运输：≥15MPa四、预应力筋的制作（一）单根钢筋的制作 单根钢筋的制作一般包括配料、对焊、冷拉等工序。 1.预应力筋两端采用螺丝端杆锚具的下料长度： 2.预应力筋一端采用螺丝端杆锚具，另一端采用帮条锚具或镦头锚具的下料长度：或 l3：帮条锚具长度；l4：镦头锚具长度（二）钢筋束的制作

1.预应力筋两端同时张拉的下料长度：L=l+2a; 2.预应力筋一端张拉的下料长度：L=l+a+b

式中：l：构件的孔道长度；a：张拉端留量；b：固定端留量。五、无粘结预应力技术

特点：无需留孔灌浆，施工简便，摩擦损失小，可弯曲成多跨曲线形状，对锚固定能力要求较高。（一）无粘结预应力筋无粘结预应力筋由无粘结筋、涂料层和外包层三部分组成。制作材料： 无粘结筋：7Φs4或7Φs5； 涂料层：防腐油脂和防腐沥青； 外包层：高压聚乙烯料带或塑料管。（二）无粘结筋的制作