土木工程施工第12次课第5章 预应力混凝土工程

第5章预应力混凝土工程一、预应力的工作原理预应力混凝土，是在构件在承受荷载之前，预先对受拉区混凝土施加压力，当构件在荷载作用下产生拉力，首先必须抵消预先对构件施加的压力，然后随着荷载的不断增加，混凝土才开始受拉，从而防止和延缓混凝土裂缝的出现，并限制了裂缝的开展程度。这种施加预应力的混凝土称为预应力混凝土。5.1预应力混凝土分类12普通钢筋混凝土的抗拉极限应变只有0.0001～0.0015，在正常使用条件下受拉区混凝土开裂，构件的刚度小、挠度大。要使混凝土不开裂，受拉钢筋的应力只能到达30Mpa；对允许出现裂缝的构件，当裂缝宽度限制在0.2～0.3mm时，受拉钢筋的应力也只能到达200Mpa左右。为了克服普通钢筋混凝土过早出现裂缝和钢筋不能充分发挥其作用这一矛盾，人们创造了对混凝土施加预应力的方法。3预应力混凝土的优点：能提高钢筋混凝土构件的刚度、抗裂性和耐久；有效地利用高强度钢筋和高强度等级的混凝土。与普通混凝土相比，在同样条件下具有截面小、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。在结构或构件受拉区域，通过对钢筋进行张拉后将钢筋的回弹力施加给混凝土，使混凝土受到一个预压应力，产生一定的压缩变形。当该构件受力后，受拉区混凝土的拉伸变形，首先与压缩变形抵消，然后随着外力的增加，混凝土才逐渐被拉伸，明显推迟了裂缝出现时间。4分类：1、按施加预应力的方式不同分为先张法和后张法；2、按施加预应力的手段不同分为机械张拉和电热张拉；3、按预应力筋与混凝土的粘结状态不同分为有粘结和无粘结预应力混凝土；4、按施加预应力大小的程度分为全预应力和局部预应力混凝土；5、按施工方法不同分为预制预应力和现浇预应力混凝土。5二、预应力用钢材①冷拔低碳钢丝，直径：3～5ｍｍ；②冷拉钢筋〔冷加工钢筋〕；③碳素钢丝，直径：3～8ｍｍ；④钢绞线，由6根碳素钢丝缠绕而成；⑤热处理钢筋，直径：6～10ｍｍ；⑥精轧螺纹钢筋，直径：25，32ｍｍ。三、预应力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、钢绞线、V级钢筋〔热处理〕作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。6预应力混凝土生产中〔包括孔道压浆〕，不能掺有对钢筋有锈蚀作用的氯盐〔如氯化钙、氯化钠等〕，否那么会发生质量事故。7先张法施工是在浇筑混凝土之前，先张拉钢筋或钢丝，用夹具临时将其固定在台座或钢模上，然后再支撑模板〔主要是侧模和断模〕，并安装非预应力钢筋，接着浇筑混凝土并养护，待构件混凝土到达设计强度70%以后，保证钢筋〔钢丝〕与混凝土之间有足够粘结力时，放松钢筋〔钢丝〕，钢筋〔钢丝〕弹性回缩，对混凝土构件产生预压应力。显然，先张法生产的构件，其预应力的获得是通过混凝土与钢筋之间很好的粘结力。如下页图所示。5.2先张法施工8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(概念)。这种方法需要专用的生产台座和夹具，以便张拉和临时锚固预应力筋，待混凝土到达设计强度后，放松预应力筋〔特点〕。先张法适用于预制厂生产中小型预应力混凝土构件。预应力是通过预应力筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土的〔应用〕。9一、先张法施工设备〔一〕台座组成：台面、横梁、承力结构。类型：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；先张法施工用机具设备主要是台座、夹具和张拉机具。10计算简图：11〔2〕墩式台座计算要点：M－倾覆力矩，由预应力筋的张拉力产生；M1－倾覆力矩，由台座自重和土压力等产生；Ｋ－抗倾覆平安系数。①稳定性验算：〔抗倾覆、抗滑移的能力〕A、抗倾覆验算：1213B、抗滑移验算：N—预应力筋的张拉力，N；Kc－抗滑移平安系数；N1－抗滑移的力，对独立的传力墩，由侧壁土压力和底部摩阻力等产生，N；②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局部，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。14台面验算：152、槽式台座用于张拉力和倾覆力矩较大的构件生产。16〔二〕张拉机具和夹具1、钢丝的夹具和张拉机具〔1〕钢丝夹具①锚固夹具：锥形、圆锥三槽式和楔形夹具。17②张拉夹具：偏心式、钳式、楔形。帮条锚具

镦头锚具

18〔2〕张拉机具

①要求：简易可靠，准确控制钢丝的拉力，稳速增大拉力。②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。192、钢筋的夹具和张拉机具〔1〕钢筋夹具①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热墩；d>22mm加热锻打②张拉夹具：压销式、穿心式。〔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。20螺丝端杆锚具：21二先张法施工工艺工艺流程图：2223〔一〕张拉预应力筋〔丝〕1、张拉控制应力和超张拉最大应力①张拉控制应力〔标准规定〕冷拉钢筋0.95fPYK冷拔低碳钢丝0.75fPUK碳素刻痕钢丝、钢绞线0.80fPUK②超张拉最大应力冷拉钢筋0.95fPYK其它0.75fPUK预应力筋的张拉应力值超过标准规定的控制应力值，称为超张拉。目的主要是为了减少松弛引起的应力损失值。242、张拉程序（1）超张拉法：01.0501.03持荷2分钟

第一种张拉程序中，超张拉5％并持荷2min，其目的是为了在高应力状态下加速预应力松弛早期开展，以减少应力松弛引起的预应力损失。第二种张拉程序中，超张拉3％，其目的是为了弥补预应力筋的松弛损失，这种张拉程序施工简单，一般多被采用。以上两种张拉程序是等效的，可根据构件类型、预应力筋与锚具种类、张拉方法、施工速度等选用。

采用第一种张拉程序时，千斤顶回油至稍低于σcon，再进油至σcon，以建立准确的预应力值。25（2）一次张拉法03、张拉顺序〔1〕多根同时张拉；〔2〕单根张拉。4.预应力筋的检验

①先张法预应力筋张拉后与设计位置的偏差不的大于5mm，且不得大于构件截面最短边长的4%。②当采用应力控制方法张拉时，应校核预应力筋的伸长值。实际伸长值与设计计算理论伸长值的相对允许偏差为±6％。预应力筋的计算伸长值ΔL(单位为mm)按下式计算：26ΔL=FPL/APES式中，FP——预应力筋的平均张拉力，kN。直线筋取张拉端的拉力；两端张拉的曲线筋，取张拉端的拉力与跨中扣除孔道摩阻损失后拉力的平均值；

L——预应力筋的计算伸长值〔mm〕；

AP—一预应力筋的截面面积，〔mm2)；

ES——预应力筋的弹性模量，kN／mm2。27测力计的原理如以下图所示，假设在受拉钢丝的某一段L，设两支点A、B，并在AB段的中点加一横向力(与钢丝垂直〕P，那么钢丝将产生挠度f，假设钢丝的拉力为N，根据力的平行四边形定律有：N=PL/4F，令L为定值，又假设取f为一常数，即挠度不变时，那么上式中拉力N和P力成正比。28〔二〕混凝土的浇筑与养护

1、浇筑要求：①同一生产线的构件应一次浇筑完毕；②构件应避开温度缝；③振捣时不应碰撞钢丝；④叠层生产时，下层混凝土强度达5MPa，方可浇筑上层构件；⑤混凝土的水灰比应严格控制，振捣应密实。2、养护：①自然养护；②蒸汽养护。29〔三〕预应力筋放张1、放张要求①混凝土强度应到达设计值70％前方可放张；②放张过程中，应使预应力构件自由伸缩，防止过大的冲击与偏心。同时还应使台座承受的倾覆力矩及偏心力减小；③保证预应力筋与混凝土之间的粘结。2、放张方法①钢丝：数量少，逐根放张；数量多，同时放张。②粗钢筋：数量少，逐根加热熔断；数量多，同时放张。303、放张顺序①轴心受压构件：同时放张；②偏心构件：先同时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；③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，应撤除侧模。31张拉预应力钢筋时的本卷须知：32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〔概念〕。这种方法需要预留孔道和专用的锚具，张拉锚固的预应力筋要求进行孔道灌浆〔特点〕。后张法适用于施工现场生产大型预应力混凝土构件与结构。预应力是通过锚具传递给混凝土的〔应用〕。5.3后张法施工331、定义：制备留有孔道的混凝土构件，混凝土到达设计规定强度后，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：①混凝土的弹性压缩对预应力值的建立无直接影响；②锚具不能重复使用，本钱高；③工艺比较复杂〔构件制作、留孔、穿筋、张拉、灌浆〕；④可拼装预制构件〔现场拼装〕。343、适用范围现场制作大型构件，防止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、张拉、灌浆等〕。35对锚具的要求：①尺寸准确；②不致产生预应力筋的滑移；③有足够刚度和强度。〔一〕锚具和预应力筋的制作常见预应力筋类型：①单根钢筋，直径大于12毫米；②钢筋束与钢绞线束；③钢丝束。361、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〕Ⅳ级精轧螺旋钢筋：直径有25和32两种。一〕单根