第八讲预应力 土木工程施工 课件 简约明了 重点突出

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：熟悉预应力混凝土的材料品种、规格及要求；熟悉先张法的施工工艺、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；熟悉后张法的施工工艺掌握后张法孔道留设、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；了解无粘结预应力混凝土施工原理及应用；熟悉预应力混凝土质量保证措施及安全技术。§4.4

预应力混凝土工程预应力混凝土知识

预应力混凝土：预应力混凝土能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。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、和耐久性。在同等条件下可以降低构件截面、节省材料（节约钢材40-50%，混凝土20-30%）施加预应力的方法：可以分为先张法和后张法两类。先张法是先张拉钢筋，后浇筑混凝土，预应力靠钢筋与混凝土之间的粘结力传递给混凝土。后张法是先浇筑混凝土并预留孔道，待混凝土达到一定强度后张拉钢筋，预应力靠锚具传递给混凝土。

预应力后张法生产§4.4.1

预应力混凝土材料

§4.4.4预应力混凝土施工工艺本章内容§4.4.2

预应力夹具和锚具§4.4.3

预应力用液压千斤顶本讲重点先张法和后张法的施工工艺过程。质量控制与技术措施，施工过程中可能产生的应力损失及弥补的方法。本章小结

4.4.1预应力混凝土材料

⑴钢材：预应力混凝土结构有非预应力筋、预应力筋冷拉Ⅰ～Ⅴ钢丝及甲级冷拔低碳钢丝、钢绞线、热处理钢筋、精轧螺纹钢筋。非预应力筋采用HRB335、HRB400级钢筋，也可以采用HPB235级和RRB级钢筋冷拉Ⅰ～Ⅴ钢丝：冷拔低碳钢丝将逐步被中强钢丝取代。目前，冷拔低碳钢丝货源广泛，价格低廉。但其母材质量差异较大，使用前应逐盘检验成品以控制质量。

2）预应力钢绞线、钢丝：钢绞线的直径较大，比较柔软，施工方便，因此，具有广阔的发展前景，但价格比钢丝贵一些。无粘结预应力钢绞线预应力钢材的发展趋势为高强度、粗直径、低松弛和耐腐蚀。3）热处理钢筋：是由普通热轧中碳低合金钢筋经淬火和回火的调质热处理制成的，具有强度高、韧性好的粘结力强等优点。

热处理钢筋有40Si2Mn、45Si2Cr，符号φ。HT4）精轧螺纹钢筋：是用热轧的方法在整个钢筋表面轧出不带纵肋的螺纹外形。钢筋的接长用连接器，端头锚固直接用螺母。具有锚固简单、施工方便等优点。主要用于直线钢筋。精轧螺纹钢筋有40SiMnV,15Mn2SIB等。热处理钢筋的外形无纵肋精轧螺纹钢筋的外形带纵肋§4.4.2预应力夹具和锚具夹具或工作锚：先张法预应力混凝土构件施工时为保持预应力筋拉力并将其固定在张拉台座（设备）上的临时锚固装置。锚具：锚具是后张法预应力混凝土构件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。1、预应力锚（夹）具标准及其检验方法（1）技术要求:尺寸形状准确，有足够的强度和刚度，受力后变形小，锚固可靠，不致产生预应力筋的滑移和断裂现象。一类锚具：适用于动载、静载的预应力混凝土结构。二类锚具：预应力混凝土结构中预应力筋应力变化不大的部位。静载锚固性能、动载锚固性能。

1）锚具静载锚固性能：由预应力筋－锚具组装件的静载试验测定的锚具效率系数和达到实测极限应力时的总应变确定。

锚具效率系数：预应力筋－锚具组装件的实际拉断力与预应力筋的理论拉断力之比。用表示。锚具效率系数

计算公式：课本p174页（1－4－48）一预应力筋锚具组装件的实测极限拉力（kN）；一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（kN)；－预应力筋的效率系数，一般预应力筋取0.97。－预应力筋的极限抗拉平均值－预应力筋的截面面积式中：2）规范对锚具效率系数及总应变的取值见下表p1753）动载锚固性A、疲劳荷载性能锚具组装件必须能经受循环次数为．200万次的疲劳性能试验。要求强度及应力幅度达到规范规定。当预应力筋为钢丝、钢绞线或者热处理钢筋时，试验应力上限为预应力钢筋强度标准值的65%，应力幅度80N/mm2；当预应力筋为冷拉2、3、4级钢筋时，试验应力上限为预应力筋强度标准值的80%，应力幅度为80N/mm2。B、周期荷载性能：用于抗震结构的锚具，应能承受50次循环的周期荷载试验，要求试验应力达到规范规定。当预应力筋为钢丝、钢绞线或者热处理钢筋时，试验应力上限为预应力钢筋强度标准值的80%，下限为40%；当预应力筋为冷拉2、3、4级钢筋时，试验应力上限为预应力筋强度标准值的100%，下限为40%。C、其他要求：锚具应满足分级张拉及补张拉工艺要求，同时宜具有能放松预应力筋的性能;锚具应有灌浆通道；对后张法的锚具应符合1类锚具锚固性的要求；夹具的静载锚固性，具有良好的自锚和松锚性能。(2)锚具质量检验1）合格证：预应力筋锚具、夹具和连接器，应有出厂合格证。2）验收批：在同种材料和同一生产条件下，锚具、夹具应以不超过1000套组；连接器应以不超过500套组为一个验收批。3）外观检查：从每验收批中抽取10％但不少于10套的锚具，检查其外观和尺寸，4）硬度检查：从每批中抽取5％但不少于5套的锚具，对其中有硬度要求的零件做硬度试验。5）静载锚固性试验：静载锚具的锚固试验是为了检验锚固零件的机械性能，检验其在锚固过程中的可靠性和适用性、永久性的锚固性能，能够把力均匀地传递到预应力混凝土构件和钢构件中，并且不能有较大的变形也不能有横向和斜向的断裂，预应力锚具还应有多次重复使用的能力，而这一切都要通过静载试验来检验其合格与否。从同批中抽6套锚具与预应力筋组成三个预应力筋锚具组装件，进行静载锚固性能试验。课本176页2、几种常用的预应力张拉锚固体系

(1）钢筋锚具

1)单根钢筋锚具

A.螺杆锚具螺杆锚具用45号钢加工螺杆锚具。螺杆与预应力钢筋焊接在钢筋冷拉前进行。螺杆锚具适用于直径14～36mm的冷拉Ⅱ、Ⅲ级钢筋，也可作为先张法夹具使用。螺杆锚具的强度不得低于预应力筋的的实际抗拉强度

B.帮条锚具帮条锚具有帮条钢筋、衬板和冷拉钢筋焊接而成。帮条锚具可作为冷拉Ⅱ级及冷拉Ⅲ级钢筋固定端锚具用。帮条锚具焊接在钢筋冷拉前后均可进行。C.精轧螺纹钢筋用与连接器锥形螺母与垫板连接器

精轧螺纹钢筋锚具是利用与该钢筋螺纹匹配的特制螺母锚固的一种支承式锚具。螺母分为平面螺母和锥形螺母两种。连接器的内螺纹应与精轧螺纹钢筋的外形匹配，防止钢筋从中拉脱。锚具：连接器：（套管连接）(2)钢丝锚具1)单根锥销夹具1一定位板；2一套筒；

3一锥销；4一钢丝2)钢质锥形锚具3)镦头锚具图1-4-55钢丝束镦头锚具适用于夹持直径为3－5mm的各类钢丝锚塞也采用45号钢，表面刻有细齿。适用于锚固12－24钢丝束。图1-4-53钢质锥形锚具图1-4-52单根锥销夹具镦头锚具是利用钢丝两端的镦粗头来锚固预应力钢丝的一种锚具。能锚固任意根数的钢丝。（3）钢绞线锚具

1）单孔夹片锚（夹）具图1-4-56单孔夹片锚具（a）组装图；（b）三夹片；（c）二夹片2）多孔夹片锚具图1-4-57多孔夹片锚具（a）锚环3、连接器连接器---将预应力索连接成整体的机具。1、用以连接已锚固的钢绞线和延长未张拉的钢绞线束。逐段张拉、逐段连接使预应力索连为一体。2、将分段搭接的短索连成长索分为三类：

1、周边悬挂式---位于结构分段的端部，构造简单，直径较大，适合于较大厚度的结构物。

2、单根对接式---轴向交错排列，外围直径小，适合于构件尺寸较小的结构；构造复杂，造价较高。

3、中间连接器---仅有接长作用4.4.3预应力用液压千斤顶张拉设备由液压千斤顶、供油用的高压油泵和外接油管三部分组成。1．液压千斤顶分类代号如：YDCS650－200

2、几种常用液压千斤顶（1）拉杆式千斤顶

主要适用于螺丝端杆锚具的粗钢筋或带镦头锚具的钢丝束。如YDL600－150

图1-4-63YDL600-150千斤顶构造简图（2）穿心式千斤顶

穿心式千斤顶是一种适应性较强的千斤顶，将预应力钢筋穿过千斤顶固定在千斤顶尾部的工具锚上它既适用于JM12型、XM型和KT－Z型锚具，配上撑脚、拉杆等附件后，也可作为拉杆式千斤顶使用，如：YDCS650－200，适应于张拉带夹片锚具的钢筋束或钢绞线（3）锥锚式千斤顶

锥锚式千斤顶是一种具有张拉、顶压与退楔的三作用千斤顶，，常用型号为YDZ850－250。这种千斤顶专门用于张拉带锥形锚具的钢丝束。图1-4-65锥锚式千斤顶

3、液压千斤顶的校验实际张拉力比按公式计算所得的为小。其原因是一部分张拉力被存在于油缸与活塞之间的摩擦力所抵消；而摩擦力的大小与许多因素有关，具体数值很难通过计算决定，因此一般采用试验校正的方法，直接测定千斤顶的实际张拉力与油压表读数之间的关系，画出P与N的关系曲线，以供实际施工时应用。一般千斤顶的校验期限不超过半年。校验方法宜在实验机上进行。

4、千斤顶的选择千斤顶的选择主要依据锚具型式和总张拉力的大小。

先张法施工工艺（1）台座：台座是先张法生产中的主要设备之一，要求有足够的强度和稳定性，以免台座变形、倾复、滑移而引起预应力值的损失。台座分为墩式台座与槽式台座。

1）墩式台座墩式台座由台墩、台面与横梁等组成。墩式台座用以生产各种形式的中小型构件。其长度宜为100～150m。承载力应根据构件的张拉力大小，可设计成200～500kN/m。图1-4-66先张法施工示意图混凝土构件预应力筋台座承力结构台面横梁锚固夹具4.4.4预应力混凝土施工工艺---分为先张法、后张法、电张法1、先张法预应力混凝土施工工艺—建立符合要求的预应力值A.承力台墩

承力台墩一般由现浇钢筋混凝土做成。台墩应具有足够的承载力、刚度和稳定性。稳定性验算：倾覆验算、抗滑移验算

抗倾覆验算:p187式中：K－抗倾覆安全系数，应不小于1.5。

M一倾覆力矩，由预应力筋的张拉力产生；

Pj一预应力张拉力

Cj一张拉力合力作用点至倾覆点的力臂；

Ml—抗倾覆力矩,由台座自重和土压力等产生；

G一台墩的自重；

L一台墩重心至倾覆点时力臂（m)；

EP－台墩后面的被动土压力合力（N）；

C2－被动土压力合力至倾覆点的力臂图1-4-68承力台墩稳定性验算简图pP式中：Kc—抗滑移安全系数，应不小于1.3；

Pj—抗滑移的力，对独立的台墩，由侧壁土压力和底部摩阻力等111111111产生。对与台面共同工作的台墩，可不作抗滑移计算，而应验算台面的承载力。抗滑移验算：

B、台面构造：台面一般是在夯实的碎石垫层上浇筑一层厚度为60－

100mm的混凝土而成。也可采用预应力混凝土滑动台面。

C、横梁横梁以墩座牛腿为支承点安装其上，是锚固夹具临时固定预应力筋的支承点，也是张拉机械张拉预应力筋的支座。横梁常采用型钢或钢筋混凝土制作。

Pj=N+Ep+F

2）槽式台座槽式台座由端柱、传力柱、横梁和台面组成。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。槽式台座构造如图所示。槽式台座需进行强度和稳定性计算。端柱和传力柱的强度按钢筋混凝土结构偏心受压构件计算。槽式台座端柱抗倾覆力矩由端柱、横梁自重力矩及部分张拉力矩组成。图1-4-70槽式台座1一承压杆；2一砖墙；3一下横梁；4一上横梁（2）预应力筋铺设与张拉1）预应力筋铺设

预应力筋应在台面上的隔离剂干燥之后铺设，隔离剂应有良好的隔离效果，又不应损害混凝土与钢丝的粘结力。2）预应力筋张拉

A.张拉控制应力—影响预应力效果、构件的抗裂度和刚度

应符合设计要求，当施工中预应力筋需要超张拉时，可比设计要求提高5％，但其最大控制应力不得超过表1-4-52的规定。Fptk极限强度标准值、Fpyk标准值屈服强度。不能使裂缝出现荷载与破坏荷载接近，不能超过屈服点张拉程序可按下列之一进行：预应力钢丝由于张拉工作量大，宜采用一次张拉程序

其中σcon为预应力筋的张拉控制应力为了减少应力松弛损失，粗钢筋宜采用超张拉程序：

B.张拉程序锚固锚固成组张拉时，应预先调整初应力，以保证张拉时每根钢筋的应力均匀一致初应力值一般取10％σcon

。预应力钢筋的张拉力，一般用伸长值校核。检测数量一般为5%，但是不少于5根。预应力筋理论伸长值ΔL按下式计算：

式中：σcon—预应力张拉控制应力，kN/mm2

ES—预应力筋的弹性模量，kN/mm2；

L—预应力筋的长度，mm。

（3）预应力值校核

预应力筋的实际伸长值，宜在初应力约为10%σcon时测量，并加初应力以内的推算伸长值。

当实测伸长值与理论伸长值的差值与理论伸长值相比在－5～10％之间时，表明张拉后建立的预应力值满足设计要求。（4）预应力筋放张预应力筋放张时，混凝土强度必须符合设计要求；当设计无规定时，混凝土强度不得低于设计强度等级的75％。

1）放张顺序

预应力筋放张时，应缓慢放松锚固装置，使各根预应力筋缓慢放松。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：

A、对承受轴心预压力的构件，所有预应力筋应同时放张；

B、对承受偏心预压力的构件，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；

C、当不能按上述规定放张时，应对称、相对交错地放张。2）放张方法预应力筋放张工作，应缓慢进行，防止冲击。

A）对配筋不多的钢丝，可用剪切、锯割等方法放张；

B）对配筋多的钢丝，应同时放张；

C）

对张拉力大的多根冷拉钢筋或钢绞线，可采用氧一乙炔焰轮换预热放张法、千斤顶逐根循环法、砂箱整体放张法（图1-4-71）和楔块整体放张法（图1-4-72)等。图1-4-72楔块放张1一台座；2一横梁；3、4一钢块；5一钢楔块；6一螺杆；7一承力板；8一螺母图1-4-71砂箱放张1一活塞；2一钢套管；3一进砂口；4一钢套箱地板；5一进砂口；6一砂混凝土浇筑时预留孔道，先浇筑混凝土，然后将预应力筋穿入孔道，待混凝土达到设计规定强度时，进行张拉预应力筋，然后锚固，使之产生预应力，最后灌浆封头。（1）孔道留设A、孔道直径：应比预应力筋外径外径大10－15mm（粗钢筋）或6－l0mm（钢丝束或钢绞线束）；且孔道面积应大于预应力筋面积的2倍。此外，在孔道的端部或中部应设置灌浆孔，其孔距不宜大于12m。

B、预应力筋孔道成型：钢管抽芯、胶管抽芯和预埋管法。

钢管抽芯法（现场预制构件）预先将平直、表面圆滑的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，用卷扬机匀速拔出钢管即在构件中形成孔道。钢管抽芯法只用于留设直线孔道，钢管长度不宜超过15m，钢管两端各伸出构件500mm左右，以便转动和抽管。抽管时间与水泥品种、浇筑气温和养护条件有关。2、后张法预应力混凝土施工工艺胶管抽芯法（现场预制构件）选用5－7层帆布夹层的普通橡胶管。使用时先充气或充水，持续保持压力为0.8－1.0MPa，此时胶管直径可增大约3mm。固定胶管用的井字架间距不宜大于500mm。胶管抽芯法留孔方法与钢筋抽芯法一样，但浇筑混凝土后胶管无需转动，抽管时应先放气或水，待管径缩小与混凝土脱离，即可拔出。此法可适用于直线孔道或一般的折线与曲线孔道。预埋波纹管法波纹管是由镀锌薄钢带（厚0.3mm)经压波后卷成，它具有重量轻、刚度好、弯折方便、连接简单、摩阻系数小、与混凝土粘结良好等优点，可做成各种形状的孔道，是现代后张预应力筋孔道成型用的理想材料。波纹管灌浆孔留设（4）孔道灌浆预应力筋张拉后，应尽快地用灰浆泵将水泥浆压灌到预应力孔道中去。灌浆用水泥浆应有足够的粘结力，且应有较大的流动性，较小的干缩性和泌水性。灌浆前，用压力水冲洗和湿润孔道。灌浆顺序应先下后上，以免上层孔道漏浆把下层孔道堵塞。灌浆工作应缓慢均匀连续进行，不得中断。（2）预应力筋制作

图1-4-77粗钢筋下料长度计算简图1一螺丝端杆；2一预应力钢筋；3一对焊接头；4一垫板；5一螺母预应力筋的成品总长度L1：预应力筋钢筋部分的成品长度：预应力筋纲筋部分的下料长度p193：L0式中：

—构件的孔道长度

—螺杆长度－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。－露出构件外的长度。1

对张拉端为=2H+h十5mm111对固定端为=H+h+l0mm

其中，H为螺母高度,h为垫板厚度

—每个对焊接头的压缩量(mm)下料长度确定:

1）粗钢筋L1=l+2l2L0=L1-2l12）钢绞线束钢绞线束的下料长度L，当一端张拉另一端固定时可按下式计算：式中：－孔道的实际长度(mm)；

—张拉端预应力筋外露的工作长度，应考虑工作锚厚度、千斤顶长度与工具锚厚度等，一般取600-800mm；

—固定端预应力筋的外露长度，一般取150－200（3）预应力筋张拉张拉时结构的混凝土强度应符合设计要求。当设计无具体要求时，不应低于设计强度标准值的75％。

1）张拉控制应力预应力的张拉控制应力应符合设计要求和表1-4-54的规定。(钢丝束下料长度计算见课本p194)

0－→1.03

张拉程序:构件类型、张锚体系、松弛损失取值因素确定p195

用超张拉方法减少预应力筋的松弛损失时，预应力筋的张拉程序为：

0－→1.05（持荷2min）－→

如果在设计中钢筋的应力松弛损失按一次张拉取值，则其张拉程序为：如果预应力筋的张拉吨位不大，根数很多，而设计中又要求采用超张拉以减少应力松弛损失，则其张拉程序为：0－→3）预应力筋的张拉方法

对于曲线预应力筋和长度大于24m的直线预应力筋，应采用两端同时张拉的方法；长度等于或小于24m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。对预埋波纹管孔道曲线预应力筋和长度大于30m的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。安装张拉设备时，对于直线预应力筋，应使张拉力的作用线与孔道中心线重合；对于曲线预应力筋，应使张拉力的作用线与孔道中心线末端的切线方向重合。在先批张拉的预应力筋的张拉应力中增加；4）张拉顺序

采用分批张拉时，应考虑后批张拉预应力筋所产生的混凝土弹性压缩对先批预应力筋的影响；先批张拉的预应力筋的控制应力应为：

式中：

—先批预应力筋张拉控制应力；—设计控制应力（即后批预应力筋张拉控制应力）—预应力筋弹性模量—混凝土弹性模量—张拉后批预应力筋时在已张拉预应力筋重心处产生的混凝土法向应力实际工作中采取下列办法解决：

A.采用同一张拉值，逐根复拉补足。

B.对重要的预应力混凝土结构，为了使结构均匀受力并减少弹性压缩损失，可分两阶段建立预应力。5）张拉伸长值校核

张拉宜采用应力控制方法，并校核预应力筋的伸长值、实际伸长值比计算伸长值不大于10％或不小于5％，应停止张拉，采取措施调整。通过校核检查反应张拉力是否足够、摩擦损失是否偏大、预应力筋是否有异常等

预应力筋的计算伸长值△L可按下式计算：预应力筋的实际伸长值△L，宜在初应力为张拉控制应力10％左右时开始量测p196（1－4－56）（1－4－57）式中