预应力混凝土工程

第四章预应力混凝土工程本章主要内容：预应力混凝土工程概述先张法后张法无黏结预应力2/3/20231土木工程施工预应力混凝土工程概述预应力混凝土：在结构或构件承受使用荷载前，对受拉区的混凝土预先施加压应力,以抵消或减少使用荷载作用下产生的拉应力。施加预应力的目的：①提高结构或构件的抗裂度；②提高结构或构件的刚度；③充分发挥高强钢材的作用；④把散件拼成整体。2/3/20232土木工程施工预应力混凝土的优缺点能提高钢筋混凝土构件的刚度、抗裂性和耐久性，可有效地利用高强度钢筋和高强度等级的混凝土。具有截面小、自重轻、质量好、材料省(要节约钢材20％～40％)，并能扩大预制装配化程度。预应力混凝土施工，需要专门的机械设备，工艺比较复杂，操作要求较高。2/3/20233土木工程施工预应力混凝土的施工方法按施工顺序分：先张法；后张法。按张拉方法分：机械张拉（液压或电动螺杆）电热张拉2/3/20234土木工程施工第一节先张法先张法：在浇筑混凝土前张拉预应力筋。工艺过程：张拉固定钢筋→浇混凝土→养护（至75%强度）→放松钢筋适用于：构件厂生产中、小型构件（楼板、屋面板、吊车梁、薄腹梁……）先张法分类：台座法或机组流水法。2/3/20235土木工程施工台座法构件是在固定的台座上生产，预应力筋的张拉力由台座承受。预应力筋的张拉、锚固、混凝土的浇筑、养护和预应力筋的放张等均在台座上进行。台座法不需要复杂的机械设备，能适宜多种产品生产，可露天生产、自然养护，也可采用湿热养护，故应用较广。2/3/20236土木工程施工台座法施工顺序图（a）张拉预应力筋；（b）浇注混凝土；（c）放松预应力筋1-台座；2-预应力筋；3-夹具；4-构件4231（a）（b）（c）2/3/20237土木工程施工台座法施工的设备台座形式：①墩式：传力墩、台面、横梁，长度100～150m，适于中、小型构件。②槽式：传力柱、上下横梁、砖墙，长45～76m，适于双向预应力构件，易于蒸汽养护。③钢模台座：只用在生产定型预制构件中。要求：有足够的强度、刚度和稳定性；满足生产工艺的要求。2/3/20238土木工程施工重力式墩式台座的几种形式与台面共同作用式构架式桩基构架式2/3/20239土木工程施工锚桩式台座2/3/202310土木工程施工槽式台座压杆砖墙上横梁下横梁砖墙压杆2/3/202311土木工程施工夹具夹具是预应力筋进行张拉和临时固定的工具，要求夹具工作可靠，构造简便，成本低。根据夹具的工作特点分为张拉夹具和锚固夹具。钢丝的锚固夹具（a）圆锥齿板式（b）圆锥三槽式1-套筒；2-齿板；3-锥销钢丝的张拉夹具（a）钳式夹具（b）偏心式夹具

2/3/202312土木工程施工锚固夹具锚固夹具是将预应力筋临时固定在台座横梁上的工具。常用的锚固夹具有4种。锥形夹具。圆套筒三片式夹具。方套筒两片式夹具。镦头夹具。2/3/202313土木工程施工张拉夹具张拉夹具是将预应力筋与张拉机械连接起来，进行预应力张拉的工具。常用的张拉夹具有两种。偏心式夹具。偏心式夹具是由一对带齿的月牙形偏心块组成的。楔形夹具。楔形夹具是由锚板和楔块组成。2/3/202314土木工程施工张拉机械穿心式千斤顶：YC－20型，最大拉力20t、行程200mm，适用于：12～20单根钢筋。电动螺杆：拉力30～60t、行程800mm，适用于：钢筋、钢丝。卷扬机＋滑车组：2/3/202315土木工程施工

用卷扬机张拉预应力筋图1-台座；2-放松装置；3-横梁；4-钢筋；5-镦头；6-垫块；7-销片夹具；8-张拉夹具；9-弹簧测力计；10-固定梁；11-滑轮组；12-卷扬机YC-20穿心式千斤顶张拉过程图1-钢筋；2-台座；3-穿心式夹具；4-弹性顶压头；5、6-油嘴；7-偏心式夹具；8-弹簧３５１２６４10７11９81221384５６７2/3/202316土木工程施工油压千斤顶成组张拉图1-台座；2、3-前后横梁；4-钢筋；5、6-拉力架横梁；7-大螺丝杆；8-油压千斤顶；9-放松装置６2/3/202317土木工程施工先张法施工工艺2/3/202318土木工程施工张拉程序的确定张拉程序0→1.05σcon（持荷2分钟）→σcon0→1.03σcon超张拉预应力筋进行超张拉(1.03～1.05控制应力)主要是为了减少松弛引起的应力损失值。应力松弛钢材在常温高应力作用下，由于塑性变形而使应力随时间延续而降低的现象。2/3/202319土木工程施工张拉控制应力预应力筋的张拉应根据设计要求进行。张拉控制应力：超张拉可比设计要求提高5%，但最大张拉控制应力不得超过下列规定：fptk：极限抗拉强度标准值

fpyk：屈服强度标准值 2/3/202320土木工程施工预应力筋张拉要点（1）张拉时应校核预应力筋的伸长值。实际伸长值与设计计算值的偏差不得超过±6%，否则应停拉；（2）从台座中间向两侧进行（防偏心损坏台座）（3）多根成组张拉，初应力应一致(测力计抽查)（4）拉速平稳，锚固松紧一致，设备缓慢放松（5）拉完的筋位置偏差≯5mm，且≯构件截面短边的4%（6）冬施张拉时，温度≮－15℃（7）注意安全：两端严禁站人，敲击楔块不得过猛。2/3/202321土木工程施工混凝土的浇筑和养护混凝土的浇筑必须一次完成，不允许留设施工缝。混凝土≮C30。防止较大徐变和收缩：选收缩变形小的水泥，水灰比≯0.5，级配良好，振捣密实（特别是端部）。防止碰撞、踩踏钢丝。减少应力损失：非钢模台座生产，采取二次升温养护，(开始温差≯20℃，达10MPa后按正常速度升温）。2/3/202322土木工程施工预应力筋的放张条件：混凝土达到设计规定且≮75%强度值后。方法：锯断，剪断，熔断（仅限于Ⅰ～Ⅲ级冷拉筋）。要点：放张顺序轴心受压构件同时放；偏心受压构件先同时放预压应力小的区域的，再同时放大的区域的；其它构件，应分阶段、对称、相互交错放张。粗筋放张应缓慢（砂箱法、楔块法、千斤顶）。2/3/202323土木工程施工用楔块放张示意图1-台座；2-横梁；3、4-钢块；5-钢楔块；6-螺杆；7-承力板；8-螺母42/3/202324土木工程施工砂箱放张法活塞钢套箱进砂口出砂口砂子钢套箱底板2/3/202325土木工程施工第二节后张法工艺过程：浇筑混凝土并留孔→养护拆模→（达75%强度后）穿筋张拉→固定→孔道灌浆→（浆达15N/mm2,混凝土达100%后）移动、吊装。适于：大构件及结构的现场施工—预制拼装，结构张拉。特点：不需台座；工序多、工艺复杂，锚具不能重复利用。2/3/202326土木工程施工后张法施工过程示意图（a）制作构件，预留孔道（b）穿入预应力钢筋张拉并锚固（c）孔道灌浆1-混凝土构件2-预留孔道3-预应力筋4-千斤顶5-锚具2/3/202327土木工程施工

锚具及预应力钢筋的制作锚具按锚固性能分两类：锚具性能 Ⅰ类 Ⅱ类

锚具效率系数ηa≧0.95

ηa≧0.9锚具的总应变εu≧2.0%

εu≧1.7%

用途：Ⅰ类——承受动、静载的无粘结、有粘结的预应力混凝土；Ⅱ类——有粘结、预应力筋的应力变化不大的部位。常用的预应力钢筋单根粗钢筋钢筋束(刚绞线束)钢丝束2/3/202328土木工程施工

单根预应力钢筋锚具单根预应力钢筋的锚具1)帮条锚具2)螺丝端杆锚具3)精轧螺纹钢筋锚具4)单根钢绞线锚具单根筋锚具图（a）螺丝端杆锚具；（b）帮条锚具1-钢筋；2-螺丝端杆；3-螺母；4-焊接接头；5-衬板；6-帮条（a）（b）2/3/202329土木工程施工预应力筋制作工序：下料→对焊→冷拉。下料长度计算：当两端用螺丝端杆锚具时2/3/202330土木工程施工当一端用螺杆、一端用帮条时钢筋下料长度2/3/202331土木工程施工预应力钢筋束(钢绞线束)的锚具预应力钢筋束(钢绞线束)锚具1)KT—Z型锚具2)JM型锚具3)XM、QM群锚体系4)固定端锚具JM型锚具（a）JM型锚具；（b）夹片；（c）锚环1-锚环；2-夹片；3-圆锚环；4-方锚环（c）（b）（a）2/3/202332土木工程施工KTZ型锚具KT-Z型锚具图1-锚环；2-锚塞钢质锥形锚具图1-锚环；2-锚塞2/3/202333土木工程施工多孔夹片式锚具2/3/202334土木工程施工张拉设备张拉设备组成：液压千斤顶、供油用的高压油泵和外接油管张拉设备：锥锚式千斤顶（YZ60、YZ85）

用于KT－Z及钢制锥形锚具；穿心式千斤顶（YC60、YC120）

用于KT－Z及JM－12、JM－15锚具大孔径穿心式千斤顶（YCD、YCQ、YCW型）

用于大吨位钢绞线束（群锚）2/3/202335土木工程施工拉伸机构造图1-主缸；2-主缸活塞；3-主缸油嘴；4-副缸；5-副缸活塞；6-副缸油嘴；7-连接器；8-顶杆；9-拉杆；10-螺母；11-预应力筋；12-混凝土构件；13-预埋钢板；14-螺线端杆2/3/202336土木工程施工YC-60型千斤顶图1-张拉油缸；2-顶压油缸（即张拉活塞）；3-顶压活塞；4-弹簧；5预应力筋；6-工具锚；7-螺母；8-锚环；9-构件；10-撑脚；11-张拉杆；12-连接器；13-张拉工作油室；14-顶压工作油室；15-张拉回程油室；16-张拉缸油嘴；17-顶压缸油嘴；18-油孔

构造及工作原理2/3/202337土木工程施工2/3/202338土木工程施工YZ-85千斤顶构造图1-主缸；2-副缸；3-楔块；4-锥形卡环；5-退楔翼片；6-钢丝；7-锥形锚头2/3/202339土木工程施工高压油泵高压油泵有手动和电动两类。高压油泵主要提供高压油，与千斤顶配套使用，是千斤顶的动力和操纵部分。目前常用的油泵型号有：ZB0.8/500、ZB0.6/630、ZB4/500和ZB10/500等。ZB4/500型油泵是预应力筋张拉的通用油泵。其外形尺寸为745mm×494mm×1052mm，采用10号或20号机械油，油箱容量为42升，有2个出油嘴，每个出油嘴的额定排量为2升/秒。2/3/202340土木工程施工预应力钢丝束锚具钢丝束镦头锚具锥形螺杆锚具钢质锥形锚具2/3/202341土木工程施工预应力钢丝束的制作工序：冷拉→下料→编束。下料长度

l

：

两端张拉：l

＝l0＋2a

一端张拉：l＝l0＋a＋ba－张拉端留量（600～850mm，由机具定）b－非张拉端外露长度（80～100mm）2/3/202342土木工程施工锥形螺杆锚具的预紧、钢丝束的编束2/3/202343土木工程施工后张法施工工艺后张法施工工艺流程包括：孔道留设预应力钢筋张拉孔道灌浆清理孔道穿筋张拉预应力筋孔道灌浆起吊运输

安装底模安装钢筋骨架、支模埋管制孔浇筑混凝土抽管养护、拆模制混凝土试块压混凝土试块制作水泥浆试块预应力筋制作张拉机具标定灌浆机具准备2/3/202344土木工程施工孔道留设孔道的留设要求：位置准确；内壁光滑；孔道的直径比预应力钢筋(束)外径大10～15mm，以利于预应力钢筋穿入。孔道的留设方法：抽芯法预埋管法。2/3/202345土木工程施工抽芯法该方法在我国已有较长的历史，相对价格比较便宜。局限性：如对大跨度结构、大型的或形状复杂的特种结构及多跨连续结构等，因孔道密集就难以适应。抽芯法：钢管抽芯法胶管抽芯法。2/3/202346土木工程施工钢管抽芯法大都用于留设直线孔道。要求：钢管应平直、光滑，用前刷油；每根长≯15米，每端伸出500mm；两根接长，中间用木塞及套管连接；用钢筋井字架固定，@≯1米；浇混凝土后每10～15分钟转动一次；混凝土初凝后、终凝前抽管；抽管先上后下，边转边拔。2/3/202347土木工程施工连接示意图较长的构件可采用两根钢管，中间用套管连接。2/3/202348土木工程施工胶管抽芯法此方法不仅可以留设直线孔道，亦可留设曲线孔道。胶管弹性好，便于弯曲，一般有五层或七层夹布胶管和钢丝网橡皮管两种。胶管密封图（a）胶管封端；（b）胶管与阀门连接1-胶管；2-20号铅丝密缠；3-钢管堵头；4-阀门(a)(b)2/3/202349土木工程施工胶管抽芯法原理胶管具有一定弹性，在拉力作用下，其断面能缩小，故在混凝土初凝后即可把胶管抽拔出来。夹布胶管质软，必须在管内充气或充水。在浇筑混凝土前，胶皮管中充入压力为0.6～0.8MPa的压缩空气或压力水，此时胶皮管直径可增大3mm左右。抽管顺序，一般应为先上后下，先曲后直。2/3/202350土木工程施工胶管的固定采用钢筋井字形网架固定。井字网架间距：钢管1～2m左右；胶管直线段一般为500mm左右，曲线段为300～400mm左右。

2/3/202351土木工程施工预埋管法预埋管采用一种金属波纹软管，是由镀锌薄钢带经波纹卷管机压波卷成，具有重量轻、刚度好、弯折方便、连接简单、与混凝土黏结较好等优点。波纹管的内径为50～100mm，管壁厚0.25～0.3mm。除圆形管外，近年来又研制成一种扁形波纹管，可用于板式结构中，扁管的长边边长为短边边长的2.5～4.5倍。2/3/202352土木工程施工2/3/202353土木工程施工2/3/202354土木工程施工2/3/202355土木工程施工2/3/202356土木工程施工预应力钢筋张拉张拉条件：

结构的混凝土强度符合设计要求或达75%强度标准值；

做好各种准备工作。张拉控制应力和超张拉最大应力：比先张法均低0.05f2/3/202357土木工程施工张拉控制应力及张拉程序后张法控制应力值低于先张法，这是因为后张法构件在张拉钢筋的同时，混凝土已受到弹性压缩，张拉力可以进一步补足；而先张法构件，是在预应力钢筋放松后，混凝土才受到弹性压缩，这时张拉力无法补足。此外，混凝土的收缩、徐变引起的预应力损失，后张法也比先张法小。为了减少预应力钢筋的松弛损失等，与先张法一样采用超张拉法。2/3/202358土木工程施工张拉方法张拉方法有一端张拉和两端张拉。两端张拉，宜先在一端张拉，再在另一端补足张拉力。曲线预应力钢筋应两端张拉。长度不大的直线预应力钢筋，可一端张拉。安装张拉设备时，应使直线预应力钢筋张拉力的作用线与孔道中心线重合；曲线预应力钢筋张拉力的作用线与孔道中心线末端的切线重合。2/3/202359土木工程施工预应力值的校核张拉控制应力值除了靠油压表读数来控制，在张拉时还应测定预应力钢筋的实际伸长值。若实际伸长值与计算伸长值相差10％以上时，应检查原因，修正后再重新张拉。2/3/202360土木工程施工张拉顺序配有多根钢筋或多束钢丝的构件分批对称张拉（注意：后批对先批产生应力影响）；叠浇构件自上而下逐层张拉，逐层加大拉应力，但顶底相差

≯5%（钢丝、钢绞线、热处理筋）

≯9%（冷拉筋）。2/3/202361土木工程施工孔道灌浆1.目的：防止生锈；增加整体性。2.基本要求：（尽早进行，饱满、密实）①水泥≮32.5级普硅；②水泥浆强度≮30MPa；③水灰比0.4左右，不得大于0.45；④泌水率：拌后三小时宜≯2%，最大≯3%⑤可掺无腐蚀性外加剂：铝粉（水泥重的0.5～1/万），木钙（0.25%），微膨胀剂；⑥孔道湿、洁净，由下层孔到上层；⑦灌满孔道并封闭排气孔后，加压0.5～0.6MPa，稍后再封闭灌浆孔；⑧不掺外加剂时，可用二次灌浆法。2/3/202362土木工程施工2/3/202363土木工程施工2/3/202364土木工程施工2/3/202365土木工程施工第三节无黏结预应力无黏结后张预应力起源于50年代的美国。我国70年代开始研究，80年代初应用于实际工程中。无黏结后张预应力混凝土是在浇灌混凝土之前，把预先加工好的无黏结筋与普通钢筋一样直接放置在模板内，然后浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度时，即可进行张拉。特点：无需留孔与灌浆，施工简单；张拉摩阻力小，预应力筋受力均匀；可做成多跨曲线状；构件整体性略差，锚固要求高。2/3/202366土木工程施工无黏结预应力钢筋的制作无粘结钢筋无黏结筋一般由钢丝、钢绞线等柔性较好的预应力钢材制作，当用电热法张拉时，亦可用冷拉钢筋制作。防腐涂料层防腐材料：沥青、油脂、蜡、环氧树脂或塑料。涂料应具有良好的延性及韧性；要求：不流淌、不变脆、不开裂；应具有化学稳定性，与钢、水泥以及护套材料均无化学反应，不透水、不吸湿，防腐性能好；油滑性能好，磨擦阻力小。2/3/202367土木工程施工护套材料无黏结筋的护套材料可以用纸带或塑料带包缠或用注塑套管。护套材料应具有足够的抗拉强度及韧性，以免在工作现场或因运输、储存、安装引起难以修复的损坏和磨损；要求其防水性及抗腐蚀性强；低温不脆化、高温化学稳定性高；对周围材料无侵蚀性。如用塑料作为外包材料时，还应具有抗老化的性能。高密度的聚乙