土木工程施工：第5章 预应力混凝土工程

第5章预应力混凝土工程本章内容概述预应力基本原理先张法施工后张法施工5.1概述5.1.0普通混凝土构件的工作状态非预应力混凝土结构局限性：1）带裂缝工作，刚度下降；2）为减小挠度变形，限制裂缝开展宽度，必然增加混凝土构件中的截面尺寸或增加钢筋用量；3）钢筋和混凝土不能充分发挥作用；5.1.1预应力混凝土的概念

利用钢筋的回缩对受拉区混凝土施加预压应力的钢筋混凝土，叫做预应力混凝土。1.预应力混凝土的分类：1）施工方法不同预应力机械张拉电热张拉先张法后张法有粘结无粘结完全预应力部分预应力2）预应力度不同预应力5.1.2预应力混凝土的材料1.混凝土

《混凝土结构设计规范》GB50010-2002：混凝土强度不低于C30,通常在C40或更高。2.预应力钢材

1）预应力筋①高强钢丝②热处理钢筋③钢绞线2）涂层预应力筋

①镀锌钢丝或钢绞线②环氧涂层钢绞线

③缓粘结钢绞线④无粘结钢绞线5.2预应力张拉锚固体系5.2.1夹具（J）1）张拉夹具组成：月牙形偏心块和一对固定夹板组成。用于：单根钢筋张拉1.夹具类型①偏心式夹具②压销式夹具用于12-16钢筋的张拉依据标准：《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-20072）锚固夹具①锥形夹具可分为圆锥齿板式夹具和圆锥槽式夹具使用特点：机构简单，使用方便，用于单根或多根钢丝的锚固。②夹片式夹具使用特点：具有锥形夹具的特点，用于单根钢丝、钢丝束或钢绞线的锚固。③镦头夹具使用特点：将预应力筋端部热镦或冷镦，通过承力板锚固，可用于单根钢丝或钢丝束。④螺母夹具2.夹具的锚固性能要求：夹具效率系数：预应力筋--夹具组装件的极限拉力；：预应力筋的极限拉力平均值；5.2.2锚具（M）1.锚具的基本类型1）螺栓端杆锚具(螺母锚具)适用于直径18-36mm的单根预应力钢筋的锚固。24m以内构件，螺栓长320mm注：螺杆与预应力筋对焊连接。要求接头强度不小于预应力筋的极限抗拉强度。2）帮条锚具适用于直径18-36mm的单根预应力钢筋的锚固。注：三根帮条沿120度均匀布置，且与衬板垂直。3）镦头锚具4）挤压锚具6）压花锚具5）压接锚具7）夹片式锚具扁形多孔形8）锥形螺杆锚具专门用于钢丝束的锚固，可与YDL型螺杆千斤顶或YDC型穿心式千斤顶配合使用。2.锚具的锚固性能要求：效率系数：预应力筋—锚具组装件的极限拉力；：预应力筋的极限拉力平均值；：与钢筋束根数有关的小于1.0的效率系数；5.2.3连接器（L）用于预应力筋的连接5.3预应力张拉设备5.3.1电动张拉设备1.电动螺杆张拉机工作原理：电机通过减速器转动螺杆，带动拉力架移动。应用：单根钢筋张拉最大张拉力：300～600KN，最大张拉行程：800mm2.卷扬张拉机工作原理：卷扬机钢丝绳，通过定滑轮改变方向。应用：单根钢筋张拉，行程较长，适用于预制厂长线台座。5.3.2液压张拉设备1.拉杆式千斤顶（YDL）YDL600-150:额定张拉力600kN,行程150mm，液压40MPa。用于：张拉端为螺栓端杆锚具的单根钢筋张拉。2.穿心式千斤顶（YDCS）在普通穿心千斤顶上加装撑脚、张拉杆和连接器，用于张拉端为螺栓端杆锚具的单根钢筋张拉。拉力600kN,1200kN、2000kN；行程150mm，180mm。3.锥锚式千斤顶（YDZ）用于钢丝束的张拉。4.油泵为液压设备提供油源5.4

先张法施工工艺过程张拉固定钢筋→浇混凝土→养护(至75%强度)→放张钢筋适用范围构件厂生产中、小型构件(楼板、屋面板、吊车梁、薄腹梁……)

台座：先张法施工用于承受预应力钢筋拉应力的承力装置。

要求：有足够的强度、刚度和稳定性。

1.墩式台座

5.4.1台座构成：传力墩、台面、横梁长度:100～150m，适于中、小型构件厂。图6-2

墩式台座的几种形式稳定性验算：

抗倾覆稳定性抗滑移稳定性预应力筋下料长度：2.槽式台座构成：上横梁、下横梁、压杆、砖墙特点：长45～76m，抗倾覆力矩较大，适于预应力大型构件,易于蒸汽养护。3.钢模台座特点：在钢模上直接张拉。应用：中小型预应力构件，用于带模养护的混凝土制品厂。工艺流程5.4.2施工工艺1.预应力筋张拉

单根张拉法：应力值易控制、钢筋之间应力均匀，但效率较低。

成组张拉法：工作效率高，但拉力大，设备要求高，应力不均匀。预应力张拉控制值（σcon)钢筋种类张拉方法先张法后张法消除应力钢丝、钢绞线0.75fptk0.75fptk热处理钢筋0.7fptk0.65fptkfptk:钢筋的极限抗拉强度，MPa张拉程序预应力检验注：张拉力Fp=m·σcon·Ap用钢筋伸长值检验预应力值注：实际伸长值与计算值偏差不应大于±6%2.混凝土浇筑与养护施工要点

混凝土强度不小于C30，浇筑连续进行。振捣密实，尤其是端部。采用机械振捣密实时，要避免碰撞钢丝。混凝土未达到一定强度前，不允许碰撞或踩踏钢丝。热养护时，宜采取二次升温养护(10℃-20℃静置，达10MPa后按正常速度升温)。预应力检测仪:3.预应力筋放张

1）放张条件：混凝土达到设计规定且≮75%强度值后。

2）放张顺序:

遵循设计要求，当设计未规定时，可按下列要求进行：承受轴心预应力构件的所有预应力筋应同时放张；承受偏心预压力构件，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。不能按1）、2）所述顺序放张时，可分阶段、对称、交错放张。3）放张方法

(1)放张前拆除模板，预应力丝的放张宜从生产线中间处开始，以减少回弹量。对于大构件应从外向内对称、交错逐根放张，以免构件扭转、端部开裂或钢丝断裂。

(2)构件预应力筋较多、应力较大时时，宜整批同时放张千斤顶放张：要点：单根放张：以千斤顶拉动钢筋，松开锚具，缓慢卸载。整体放张：以千斤顶受力，缓慢卸载，松开锚具楔块放张：要点：旋转螺母，拉动楔块向上运动，横梁与台座间距渐小，钢筋卸载。砂箱放张：要点：钢制砂箱，张拉后承受钢筋反力，放张时，打开出砂孔，砂缓慢流出，活塞向内相对运动，钢筋卸载。5.5

后张法施工后张法：浇筑混凝土构件（留孔）养护拆模穿筋张拉锚固孔道灌浆养护吊装注：锚固端采用埋入式锚具时，应在混凝土成型时放入预应力钢筋，置于钢筋孔道的管内。适用于：大型构件及结构的现场预制拼装、结构张拉。特点：不需台座；但工序多、工艺复杂，锚具不能重复利用。穿筋张拉5.5.1.1预应力筋的制作5.5.1有粘结预应力施工

1）单根预应力筋的制作两端张拉时：两端均采用螺栓端杆锚具。

下料长度：

注：应考虑钢筋伸长率

当一端用螺杆、一端用帮条或镦头时:

下料长度：钢筋下料长度：2）钢筋束的制作两端张拉：一端张拉：钢绞线下料长度计算：3）钢绞线的制作一端张拉：两端张拉：分别为锚具厚度和千斤顶长度钢丝束下料长度计算：4）钢丝束的制作锥形螺杆式锚具：：下料后的弹性回缩值镦头锚具：：镦头留量；：张拉伸长值；：构件回缩值；1.孔道留设

1）孔道留设的基本要求①孔道直径应保证预应力筋(束)能顺利穿过，余量10-15mm②孔间距5.5.1.2后张法施工工艺③保护层厚度不小于：底部50mm，梁侧40mm；

④在曲线孔道的顶部设置排气兼泌水孔，底部设灌浆孔。

⑤排气、灌浆孔间距不大于12m预制构件框架梁水平孔间距不小于50mm1.5孔道外径距边缘距离不小于30mm（1/2孔径）竖向孔间距不小于孔道外径2)孔道设置方法①钢管抽芯法要点：钢管长度不宜超过15米，长构件可用钢管组合；浇筑后每隔一段时间转动一次以免粘结。混凝土凝结后（3-6h）抽管，边抽边转动。特点：用于直线孔道。②胶管抽芯法布夹层胶管：质软、有弹性，充水或充气使用，每0.5米设支撑。特点：抽芯简便，用于直线、曲线、折线孔道。钢丝夹层胶管：质硬、有一定弹性，无须充水或充气。特点：直接抽芯，无须转动，用于直线、曲线孔道。③预埋管法特点：无须抽出，与混凝土有较好的粘结力。预埋管长不宜大于30米。2.预应力筋张拉1）张拉条件：①结构的混凝土强度符合设计要求或达75%强度标准值；

②做好各种准备工作。2）张拉控制应力和超张拉最大应力同先张法。3）张拉方法①对抽芯成孔，大于24米两端张拉；②对预埋管成孔，大于30米两端张拉；③曲线孔，两端张拉；④同一截面的多根（束）筋，应把张拉端设在构件两端。⑤张拉中混凝土逐级被压缩，导致先张拉的预应力筋松弛，应根据计算先张拉的筋要超张拉，或复拉。⑥张拉顺序的总原则：对称张拉，避免侧弯和扭转。3.孔道灌浆1）意义：①保护预应力筋；

②增加粘结力，控制裂缝扩展，减小锚具负荷。2）灌浆材料不低于P.O32.5水泥,水灰比不大于0.45；净浆流动度扩展度130-180mm；流出法12-18s3小时泌水率不超过3%；加减水剂、保水剂，并适当加入膨胀剂。3）灌浆工艺总体要求:尽早进行，灌浆饱满、浆体密实

灌浆前，用压力水冲洗和湿润孔道（钢管成孔）；

灌浆顺序应先下后上；无粘结预应力混凝土结构无粘结预应力筋铺设就位；用20～22号铁丝绑扎；后浇筑混凝土；待混凝土达到设计强度后，张拉和锚固。结构特点施工简单；张拉摩阻力小，预应力筋受力均匀；构件整体性略差，锚固要求高。适用现场整浇结构(梁板等)。5.5.2无粘结预应力施工

1.无粘结预应力筋制作

7*φ5mm或7*φ4mm高强钢丝组成的钢丝束或钢绞线。外包涂料层（油脂或乳化沥青）和外包层（高压聚乙烯）。要求：涂料层-20℃--70℃不流淌，不固化。外包层-20