土木工程施工第讲预应力材料与机具

第5章预应力工程第14讲

预应力材料与机具第15讲

预应力施工邵阳学院杨宗耀（教授级高工）第5章预应力工程

【教学要求】了解预应力砼的特点和工作原理；了解先张法台座的类型、预应力值建立和传递原理，掌握张拉程序、张拉力控制和放张方法；了解后张法的施工工艺、锚夹具类型及张拉设备。了解无粘结预应力筋的施工工艺；熟悉预应力工程质量检验和质量控制的主要方法。

【教学重点】先张法和后张法的施工工艺过程、质量控制与技术措施。

【教学难点】锚(夹)具、张拉机具的构造及使用方法；施工过程中可能产生的应力损失及弥补的方法。

【时间安排】本章共2讲、4学时。第14讲预应力材料及机具第5章预应力工程

1概述

2预应力钢筋

3预应力锚固体系4张拉机具5一般规定挤压器墩头机高压油泵千斤顶

JPM夹片式锚具挤压式锚具螺母锚具压花机1

概述

普通钢筋砼构件的抗拉极限应变只有0.1--0.15×10-3。构件砼受拉开裂时，受拉钢筋的应力仅达1/4--1/3，钢筋的抗拉强度未能充分发挥。1.1

预应力砼工作原理

预应力砼是在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉区对砼施加预压应力。使用阶段的构件在外荷载作用下产生拉应力时，先要抵消预压应力，这就推迟了砼裂缝的出现并限制了裂缝的开展，从而提高构件的抗裂度和刚度。第14讲预应力材料与机具共63页

第1页1.2

建立预压应力的方法是通过对受拉区的预应力钢筋进行张拉、锚固、放松，借助预应力钢筋的弹性回缩，使受拉区砼事先获得预压应力来实现的。1概述砼箱梁中的预应力筋T梁中的预应力钢丝束共63页

第2页预应力砼的种类按预应力大小分按施加预应力方式分按预应力筋的粘结状态分按施工方式分全预应力砼先张法预应力砼后张法预应力砼自应力砼有粘结预应力砼无粘结预应力砼预制预应力砼部份预应力砼现浇预应力砼叠合预应力砼1概述共63页

第3页1.3

预应力砼的优缺点⑴有效利用高强钢材；⑵减小结构构件的截面尺寸、自重，能增大结构构件跨度，降低结构构件占用空间；⑶提高使用荷载下结构的抗裂性和刚度；⑷质量好、降低工程造价、结构耐久性好；⑸技术含量高、操作要求严，需要增添专用设备。1概述共63页

第4页1.4

预应力工艺的应用

1.4.1

先张法的应用

先张法主要应用于房屋建筑中的空心板、多孔板、槽形板、双T板、V形折板、托梁、檩条、槽瓦、屋面梁等；道路桥梁工程中的轨枕、桥面空心板、简支梁等。在基础工程中应用的预应力方桩及管桩等。1概述预应力双T板桥面预应力空心板预应力方桩共63页

第5页1.4.2

后张法的应用

后张法不但用于房屋建筑中的吊车梁、屋面梁、屋架，桥梁中的T形梁、箱形梁等构件，且在大跨度的现浇结构及空间结构中的应用也日趋成熟；在特种结构如塔体的竖向预应力、筒体的环向预应力也有突破，尤其为桥梁工程的悬索结构、斜拉结构提供了丰富的发展空间。1.4预应力工艺的应用预应力箱梁竖向预应力斜拉索张拉共63页

第6页2

预应力钢筋预应力钢筋宜采用螺旋肋钢丝、刻痕钢丝和低松驰钢铰线，也可采用热处理钢筋。预应力钢筋是指在预应力结构中用于建立预加应力的单根或成束的预应力钢丝、钢绞线或钢筋等。

冷拔低碳钢丝和冷拉钢筋由于存在残余应力、屈强比低，已逐渐为螺旋肋钢丝、刻痕钢丝或1×3钢绞线所取代，不再作为预应力钢筋使用。第14讲预应力材料与机具共63页

第7页2.1预应力钢丝螺旋肋钢丝是是通过专用拔拔丝模冷拔使使钢丝表面沿沿长度方向产产生规则间隔隔肋条的钢丝丝。直径为4～9mm，标准抗拉强强度1570～1770N/mm2。螺旋肋能增增加与砼的握握裹力，可用用于先张法构件。2.1.1螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝外外形螺旋肋钢丝近近照2预应力钢筋共63页第8页2.1.2刻痕钢丝刻痕钢丝是用用冷轧或冷拔拔方法使钢丝丝表面产生周周期性变化的的凹痕或凸纹纹的钢丝。直直径为5、7mm，标准抗拉强强度1570N/mm2。钢丝表面的的凹痕或凸纹纹能增加与砼砼的握裹力，，可用于先张法构件。三面刻痕钢丝丝外形刻刻痕钢丝丝近照刻痕钢丝2.1预应力钢丝共63页第9页2.2预应力钢绞线线钢绞线是由多多根碳素钢丝丝在绞线机上上成螺旋形纹纹合，并经预应力钢绞线线光面预应力钢绞线2预应力钢筋共63页第10页2.2.1光面预应力钢钢绞线常用光面钢绞绞线的规格有有1×3和1×7两种，直径为为8.6～15.2mm，标准抗拉强强度1570～1860N/mm2。后张法预应力均采用用1×7钢绞线，1×3钢绞线仅用于于先张法构件。光面预应力钢钢绞线的形式式钢钢绞线的包装装2.2预应力钢绞线线共63页第11页2.2.2无粘结钢绞线线是用防腐润滑滑油脂涂敷在在钢绞线表面面上、外包塑塑料护套制成成，主要用于于后张法中无粘结预应应力筋，也可可用于暴露或或腐蚀环境中中的体外索、、拉索等。无粘结钢绞线线无无粘结钢绞线线生产线2.2预应力钢绞线线共63页第12页2.3热处理钢筋热处理钢筋是是由普通热轧轧中碳合金钢钢筋经淬火和和回火调质热热处理制成。。具有高强度度、高韧性和和高粘结力等等优点，直径径为6～10mm。成品钢筋为为直径2m的弹性盘卷，，开盘后自行行伸直，每盘盘长度为l00～120m。热处理钢筋筋的螺纹外形形，有带纵肋和无纵肋两种。有纵肋热处理理钢筋无无纵肋肋热处理钢筋筋2预应力钢筋共63页第13页2.4精轧螺纹钢筋筋精轧螺纹钢筋筋是用热轧方方法在钢筋表表面上轧出不不带肋的螺纹纹外形。钢筋的接长用用连接螺纹套套筒，端头锚锚固用螺母。。精轧螺纹钢钢筋具有锚固固简单、施工工方便、无需需焊接等优点点。目前国内内生产的精轧轧螺纹钢筋品品种有Φ25和Φ32，其屈服点为为750MPa和900MPa两种。精轧螺纹钢筋筋外形精精轧螺螺纹钢筋近照照2预应力钢筋共63页第14页2.5预应力钢筋的特性性碳素钢丝或钢绞线线均属硬钢。当钢钢丝拉伸到超过比比例极限σp(取残余应变为0.01%时的应力)后，σ-ε关系呈非线性变化化，没有明显的屈屈服点。2.5.1应力-应变曲线当钢丝拉伸超过σ0.2(残余应变为0.2%)后，应变ε增加较快；当拉伸伸至最大应力σb时，应变ε继续发展，在σ-ε曲线上呈现为一水水平段，然后断裂裂。预应力筋σ-ε曲线见右图：2预应力钢筋共63页第15页2.5.2应力松弛应力松弛是钢材受受到一定的张拉力力后，在长度保持持不变的条件下，，钢材的应力随时时间的增长而降低低的现象，其降低低值称为应力松弛损失。产生应力松弛的的原因主要是由于于金属内部位错运运动使一部分弹性性变形转化为塑性性变形引起的。右图根据碳素钢丝丝和热处理钢筋的的试验数据，绘出出其松弛率与时间间、钢种、温度的的关系：预应力筋的应力松松弛损失2.5预应力钢筋的特性性共63页第16页⑴松驰率与时间间的关系：应力松弛初期发展展较快，以后逐渐渐减慢。钢丝应力力松弛损失率与时时间t有较好的对数线性性关系。⑵松驰率与钢种种的关系：钢丝和钢绞线的应应力松弛率比热处处理钢筋和精轧螺螺纹钢筋大。⑶松驰率与初应应力的关系：初应力大，松弛损损失也大。当σi＞0.7σb时，松弛损失率明明显增大。⑷松驰率与温度度的关系：随着温度的升高，，松弛损失率急剧剧增加。根据国外外试验资料，400C时1000h松弛损失率约为200C时的1.5倍。2.5预应力钢筋的特性性共63页第16页2.5.3减少应力松弛损失失的措施⑴采取超张拉程程序；⑵采用低松弛钢钢绞线或钢丝，其其松弛损失可减少少70～80%。2.5预应力钢筋的特性性共63页第18页预应力砼箱箱梁张拉现现场箱箱梁梁采取超张张拉2.6预应力钢筋筋的验收包括标牌和外观检查，并按有关关规定取样样进行力学性能检检验。预应力钢筋筋出厂，每每捆(盘)应挂有二个个标牌(上注厂名、、品名、规规格、生产产工艺及日日期、批号号等)，并有随货货同行的出出厂质量证证明书。每每验收批由同一牌号号、同一规规格、同一一生产工艺的预应应力钢筋组组成，每批批数量不超过60t。2.6.1标牌检查2预应力钢筋筋标牌标牌共63页第19页2.6.2外观检查钢丝和钢绞绞线的外观观检查均应应逐盘进行行。钢丝表面不不得有油污污、氧化铁铁皮、裂纹纹或机械损损伤。钢丝直径径检查按10%盘选取，但但不少于6盘；钢绞线表面面不得有油油污、锈斑斑或机械损损伤。镀锌、涂环环氧钢绞线线、无粘结结钢绞线等等涂层表面面应均匀、、光滑、无无裂纹、无无明显折皱皱。无粘结预应应力筋每验验收批应抽抽取3

精轧螺纹钢的外观检查应逐根进行。钢筋表面不得有锈蚀、油污、横向裂缝、结疤。2.6预应力钢筋筋的验收共63页第20页2.6.3力学性能检检验在每批钢丝丝中任意选选取10%盘(不少于6盘)，每盘在任任意位置截截取2根试件，1根做拉伸试试验，1根做弯曲试试验，如一一项试验不不合格，则则该盘钢丝丝为不合格品；另从该批批未经检验验的钢丝盘盘中抽取双双倍数量的的试件进行行检验，如如仍有一项项不合格，，则该批钢钢丝判为不合格品；或逐盘检检验取用合合格品。2.6预应力钢筋筋的验收预应力钢丝丝力学性能检检测共63页第21页预应力钢绞绞线松弛性能检检测在每批钢绞绞线中任意意选取3盘，每盘在在任意位置置截取一根根试件做拉拉伸试验，，如有某一一项试验结结果不合标标准要求，，则该不合合格盘报废废；另从未未经检验过过的钢绞线线中抽取双双倍数量的的试件进行行复检，如如仍有一项项不合格，，则该批钢钢绞线判为为不合格品品。共63页第22页2.6.4运输及存存放预应力筋筋由于强强度高塑塑性差，，在无应应力状态态下对腐腐蚀作用用比普通通钢筋敏敏感。预预应力筋筋在运输输或存放放过程中中如遭受受雨淋、、湿气或或腐蚀介介质的侵侵蚀，易易发生锈锈蚀，不不仅降低低质量，，钢筋表表面出现现腐蚀坑坑，有时时甚至会会造成钢钢筋脆断断。2.6预应力钢钢筋的验验收3预应力锚锚固体系系预应力锚锚固体系系包括锚具、夹夹具和连接器。锚固体体系的种种类很多多，且配配套化、、系列化化、工厂厂化生产产，主要要有QM系列(中国建科科院)、OVM系列(柳州建机机厂)、HVM系列(柳州海威威姆)、VLM系列等。预应力锚锚固体系系总成图图张拉端锚锚具锚固端锚锚具连接器波纹管及及预应力力筋第14讲预应应力材料料与机具具共63页第23页锚具——在后张法法结构或或构件中中，用于于保持预预应力筋筋的拉力力并将其其传递到到砼(或钢结构构)上所用的的夹持预应应力筋的的永久性性锚固装装置。后张法法锚固体体系包括括锚具、、锚垫板板和螺旋旋筋。夹具——在先张法法构件施施工时，，用于保保持预应应力筋的的拉力并并将其固固定在生生产台座座(或设备)上的临时时性锚固固装置；；在后张张法结构构或构件件施工时时，在张张拉千斤斤顶或设设备上夹持预应应力筋的的临时性性锚固装装置(又称工具具锚)。连接器——用于连接预应力筋筋的装置。3预应力锚固体体系共63页第24页锚具、夹具和和连接器的代代号分类代号锚具夹具连接器夹片式园形YJMYJJYJL扁形BJM支承式镦头DTMDTJDTL螺母LMMLMJLML锥塞式钢质GZM——冷铸LZM——热铸RZM——握裹式挤压JYMJYJJYL压花YHM——共63页第25页锚具、夹具和和连接器的标标记示例：YJM15-12产品代号企业体系代号号，需要时标标注预应力钢材根根数预应力钢筋直直径锚具、夹具和和连接器的表示为锚固12根直径为15.2mm预应力砼用钢钢绞线的园形形夹片式群锚锚锚具3预应力力锚固固体系系共63页第26页3.1种类及及性能能要求求3.1.1锚具的的种类类锚具类型常见锚具备注夹片式单孔夹片锚具

1、按在构件中的位置又可分为张拉端锚具、固定端锚具

两种。2、锚具一般由设计单位按结构要求、产品性能和张拉施工方法选用。多孔夹片锚具支承式镦头锚具螺母锚具锥塞式钢质锥形锚具锥形螺杆锚握裹式挤压锚具压花锚具3预应力力锚固固体系系共63页第27页3.1.2性能要要求应符合合国家标准《预应力力筋用用锚具具、夹夹具和和连接接器》GB/T14370-2007。⑴静静载锚锚固性性能：：锚具应应同时时满足足ηa≥0.95，εapu≥2.0%；夹具具应满满足ηg≥0.92。3.1种类及性能要求锚具静载试验机模拟钢绞线张拉锚具静载试验共63页第28页⑵动载锚固性能能：满足循环次数为200万次的疲劳试验要要求。3.1种类及性能要求洛氏硬度检测磁磁粉粉探伤无损检验内内孔精确角度度检验锚具的出厂检验韦氏硬度检测共63页第29页⑶工艺性能：应满足分级张拉、补张拉和放松预应力筋等张拉工艺要求；；锚固多根预应力筋筋用的锚具，除具具有整束张拉的性能外，宜具有有单根张拉的可能性；夹具应具有良好的的自锚性能、松锚性能和安全的重复使用功功能，主要部件宜镀膜防防腐。3.1种类及性能要求共63页第30页3.2锚具夹片式锚具分为单孔夹片锚具和QM夹片式锚具夹夹片式锚具的组装装3.2.1夹片式锚具3预应力锚固体系共63页第31页工作锚板工作夹片锚垫板螺旋筋波纹管预应力筋VLM15(13)多孔夹片式锚具3.2锚具共63页第32页(适用于后张法施工工中的预应力砼构构件，岩土锚固等等结构之中)灌浆孔VLM单孔夹片式锚具工工具锚、、工作夹片锚具与千斤顶安装装示意图张拉端锚具构造图图3.2锚具共63页第33页扁形张拉端锚具扁形张拉端锚具由由扁形工作锚板、工作夹片、扁形锚垫板、扁形螺旋筋组成。扁锚的张拉端口扁小，钢钢铰线可逐根张拉拉亦可整体张拉。。适用于楼板、低低高度箱梁及桥面面横向预应力张拉拉。张拉好的扁形锚具具扁锚的工作锚板与夹片多孔夹片式扁锚3.2锚具共63页第34页3.2.2镦头锚具镦头锚体系可张拉拉ФP5、ФP7高强钢丝束，常用用镦头锚分为A型和B型，A型由锚杯和螺母组成，用于张拉端；B型为锚板，用于固定端。预应力筋采用钢钢丝镦头器镦头成成型，配套张拉使使用YDC系列穿心式千斤顶顶。主要用于后张张法施工中。DMA型B型高强钢丝丝束3.2锚具共63页第35页LD型系列镦镦头机构构造示意意图1.油嘴2.油缸3.顺序阀4.回油阀5.镦头活塞塞6.镦头活塞塞回程弹弹簧7.夹紧活塞塞回程弹弹簧8.夹紧活塞塞9.镦头模10.锚环11.夹片12.夹片回程程弹簧已镦好的的Φ7钢丝LD型系列镦镦头机3.2锚具共63页第36页3.2.3精轧螺纹纹钢锚具具、连接器由螺母和垫板组成，可锚锚固Ф25、Ф32高强精轧螺螺纹钢筋，，主要用于于先张法、、后张法施施工的预应应力箱梁、、纵向预应应力及大型型预应力屋屋架。连接器主要要用于螺纹纹钢筋的接接长。精轧螺纹钢钢锚具、连接器螺母螺母垫板连接器连接器3.2锚具共63页第37页用于锚固直直径为Φ25和Φ32的高强精轧轧螺纹钢筋筋，主要应应用于预应应力箱梁纵纵向施工、、大型建筑筑屋架和岩岩土锚固中中。由锚具具、连接器器、垫板组组成，配用用YG-70穿心式千斤斤顶和专用用连接头进进行张拉螺母垫板连接器预应力筋3.2锚具共63页第38页3.2.4螺丝端杆锚锚具由螺丝端杆、螺母和垫板组成，可锚锚固冷拉Ⅱ、Ⅲ级钢筋，主主要用于后后张法施工工的预应力力板梁及大大型屋架。。螺丝端杆锚锚具构造图螺母垫板螺丝端杆螺丝端杆锚锚具目前已较少使使用!3.2锚具共63页第39页3.2.5挤压式锚具具（P型）P型锚具是由由挤压头、螺旋筋、P型锚板、固定端P型锚具组件件单单孔固定端锚具具VLM挤压套3.2锚具共63页第40页螺旋筋挤压头P型锚板预应力筋波纹管VLM固定端P型锚具3.2锚具共63页第41页(应用于后张张预应力构构件的固定定端，埋入入构件中不不作张拉用用)P型固定端锚锚具构造图图GYJ挤压机是制作P型固定端锚锚具的专用用挤压设备备。挤压好的挤挤压头3.2锚具共63页第42页JY型挤压机3.2.6压花式锚具具（H型）当需要把后后张力传至至砼时，可可采用H型固定端锚锚具，它包包括带梨形自锚锚头的一段段钢绞线、支托梨形形自锚头用用的钢筋支架、螺旋筋、约束圈等。钢绞线线梨形自锚锚头采用专专用的压花花机挤压成成型。VLM15型固定端H型锚具梨形自锚锚头预应力力筋螺旋筋筋约束圈圈波纹管管3.2锚具共63页第43页压花机机是制制作H型固定定端锚锚具的的专用用挤压压设备备。YH30型压花花机具具有体体积小小、重重量轻轻、操操作方方便等等特点点。H型固定端端压花锚锚具构造造图梨形头结结构示意意图YH30型压花机机压压花机压压花过程程3.2锚具共63页第44页3.2.7钢质锥形形锚具钢质锥形形锚具(又称弗氏氏锚具)由锚圈和锚塞组成，可可锚固6～30ФP5或12～24ФP7的高强钢钢丝束，，常用于于后张法法预应力力砼结构构和构件件中，配配套YDZ系列专用用千斤顶顶张拉。。GZ型钢质锥锥形锚具具张拉好的的钢质锥形形锚具锚圈锚圈锚塞锚塞砼构件锥形锚具具高强钢丝丝束3.2锚具共63页第45页3.3夹具先张法中中钢丝的的夹具分分两类：：一类是是将预应应力筋锚锚固在台台座上的的锚固夹具具；另一类类是张拉时夹夹持预应应力筋用用的夹具具。锚固夹夹具与张张拉夹具具都是重重复使用用的工具具。夹具具的种类类繁多，，下图是是传统的的单根钢钢丝锚固夹具具。3.3.1钢丝的夹具钢丝用锚固夹夹具园锥齿板式常常用于冷拔钢钢丝，园锥槽槽式常用于消消除应力钢丝丝。3预应力锚固体体系共63页第46页下图是常用的的钢丝张拉夹具具。3.3夹具偏心式夹具压压销式夹具具共63页第47页QM预应力体系中中的JXS、JXL、JXM型夹具是专为为先张台座法法预应力钢绞绞线张拉的需需要而设计，，可适应Ø9.5、Ø12.2、Ø12.7、Ø15.2mm，Ø15.7、Ø17.8mm等规格钢绞线线的先张台座座张拉。3.3.2钢绞线的夹具具JXS型先张夹具JXM型先张夹具JXL型先张夹具3.3夹具共63页第48页4张拉设备预应力张拉设备主主要有电动张拉设备和液压张拉设备两大类。电动张拉设备仅用于先张法，液压张拉设备可用于先张法与后张法。液压张拉设备由液压千斤顶、高压油泵和外接油管组成。张拉设备应装有测测力仪器，以准确确建立预应力值。。张拉设备应由专专人使用和保管，，并定期维护和校校验。第14讲预应力材料料与机具共63页第49页前卡式式千斤斤顶高压油油泵穿心式式千斤斤顶4.1电动张张拉机机械常用的的电动动张拉拉机械械主要要有：：电动螺螺杆张张拉机机、电动卷卷扬张张拉机机等，常常用于于先张法法施工中中。电动螺螺杆张张拉机机构造造图电电动螺螺杆张张拉机机电动卷卷扬张张拉机机4张拉设设备共63页第50页是一种种利用用双液液压缸缸张拉拉预应应力筋筋和顶顶压锚锚具的的双作作用千千斤4.2.1穿心式式千斤斤顶YDC型穿心心式千千斤顶顶构造示示意图图千斤顶顶张拉拉中4.2液压张张拉设设备4张拉设设备共63页第51页YDC型穿心心式千千斤顶顶点击穿心式式千斤顶顶动画画拉杆式式千斤斤顶为为空心心拉杆杆式千千斤顶顶，选选用不不同的的配件件可组组成几几种不不同的的张拉拉形式式。可可张拉拉DM型螺丝丝端杆杆锚、、JLM精轧螺螺丝钢钢锚具具，LZM冷铸锚锚等。。4.2.2拉杆式式千斤斤顶拉杆式式千斤斤顶构构造示示意图图4.2液压张张拉设设备YCL拉杆式千斤顶共63页第52页点击拉杆式千斤顶动画是一种具有张拉、顶锚和退楔功能的三作用千斤斤顶，专用于张拉拉及顶压锚固带钢质锥形(弗氏)锚的钢丝束。4.2.3锥锚式千斤顶张拉GZ型锚具实例4.2液压张拉设备共63页第53页YDZ850型千斤顶构造示意意图点击锥锚式千斤顶动画画4.2.4前卡式千斤顶是一种张拉工具锚内置于千斤顶前端端的穿心式千斤顶，可可自动夹紧和松开开工具锚夹片，简化了施工工艺，，节省了张拉时间间，而且缩短了预预应力筋预留张拉拉长度。主要用于各种有粘粘结筋和无粘结筋筋的单根张拉。YDQ型前卡式千斤顶前卡式千斤顶张拉拉中4.2液压张拉设备共63页第54页4.2.5扁锚整体张拉千斤斤顶是一种整体预应力力张拉千斤顶。采采用双并列油缸的的结构，扁锚采用用整体一次张拉，，克服了扁锚由于于单孔张拉而引起起构件应力不均匀匀，预应力筋延伸伸量不足，构件扭扭曲现象，并且可可提高施工工效。。可广泛用于各种种锚固体系的扁锚锚预应力施工。4.2液压张拉设备共63页第55页4.3高压油泵高压油泵与向液压压千斤顶的油缸高高压供油。油泵的的额定压力应等于于或大于千斤顶的的额定压力。高压压油泵的额定压力力为40～80MPa。4张拉设备共63页第56页千斤顶张拉时，张张拉力的大小是通通过油泵上的油压压的读数来控制的的。油压表的读数数表示千斤顶张拉拉油缸活塞单位面面积的油压力。在在理论上如已知张张拉力N，活塞面积A，则可求出张拉时时油表的相应读数数P。ZB型油泵YBZ型高压泵站预应力钢筋、锚具具、张拉机具的配配套使用共63页第57页预应力筋品种锚具形式张拉机械张拉端固定端安装在结构之外安装在结构之内钢绞线及钢绞线束夹片锚具挤压锚具压花锚具挤压锚