预应力 混凝土结构体系技术交底.ppt

1、中铁二十二局集团 沪昆客专贵州段工程指挥部,桥梁工程 预应力体系施工相关知识,2013年九月二十日,目 录,1、预应力体系,2、预应力材料,3、张拉机具,4、相关试验,5、理论基础,6、现场计算,7、问题与办法,桥梁工程预应力体系施工相关知识,预应力砼结构是提高砼结构耐久性的一项有效措施：PC砼对受拉区砼施加预压应力以抵消荷载作用下对受拉区砼产生的拉力，使砼整个截面参与受力，从而提高材料的利用率和砼耐久性。,1、预应力混凝土结构体系,A、普通钢筋砼结构,B、部分预应力砼结构,C、全预应力砼结构,特点：有效防止开裂、利用材料高强度性能，减轻结构自重，增大桥梁跨度。,预应力混凝土结构的概念,预应力

2、混凝土结构就是构件在使用荷载作用之前，利用高强钢筋预先对混凝土受拉区施加压应力的结构。也就是说，它是预先对混凝土或钢筋混凝土构件施加压应力，使之建立一种人为的应力状态， 这种应力和大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下的拉应力，因而使混凝土构件在使用荷载下不致开裂，或推迟开裂，或者减小裂缝开展的宽度。这种预先给混凝土引入应力的结构，就称为预应力混凝土结构。,部分预应力混凝土构件是指其处于以全预应力混凝土和普通钢筋混凝土为两个极端的中间领域的预应力混凝土结构。这种构件按正常使用状态下，允许截面受拉边缘出现拉应力或裂缝（限制其宽度在允许范围内）。采用预应力钢筋和非预应力钢筋混合配筋，兼有全预应

3、力混凝土和普通钢筋混凝土两者的优越性。,普通钢筋混凝土结构主要弱点是，混凝土与钢筋相比抗拉强度低，受拉极限应变小。构件在正常使用荷载作用下，钢筋的应变大大地超过了混凝土的受拉极限应变值，这就是普通钢筋混凝土构件在使用阶段易出现裂缝的原因。,全预应力混凝土结构是指在使用荷载作用下，构件全截面均保持处于受压状态，不出现拉应力。全预应力虽然具有抗裂性好、刚度大可节约钢材等优点，但也存在着结构延性差，对抗震不利，反拱过大等缺点。,PC梁桥：P: Prestresse(预应力），C:concrete(混凝土），structure(结构),1982年由国际预应力混凝土协会（FIP)提出预应力度的定义：=M

4、0/M。钢筋混凝土： =0，不加预应力。,全预应力混凝土： 1，沿预应力筋方向没有达到消压状态，正截面不出现拉应力。 部分预应力混凝土：1 0，沿预应力筋方向的正截面出现拉应力或出现不超过规定宽度的的裂缝。,2、预应力结构体系组成材料,几组有用的名词,锚具，张拉设备，管道压浆劥。,波纹管,镀锌铁皮波纹管,塑料波纹管,金属波纹管的质量要求,1、图纸要求采用镀锌金属波纹管，钢带厚度要求不小于0.3mm。 2、试验方法、检验规则及质量要求符合JG225-2007预应力混凝土用金属波纹管。 3、金属管道接头处的连接管宜采用大一个直径级别的同材质管道，其长度宜为被连接管道内径的5-7倍，且不小于300m

5、m，两端旋入长度应大致相等。 管道与锚垫板之间应采用与管道接头同一材料同一规格的连接头连接，连接后用密封胶封口。 对在混凝土浇筑之前穿束的管道，预应力筋安装完成后，应进行全面检查，修复管道损坏的部位，并封闭锚垫板喇叭口、排气管口。此外露于锚垫板外预应力筋采用防水塑料布等进行缠绕封裹。,铁皮管制作机械,钢绞线,预应力筋的要求,预应力筋应采用砂轮锯切断，不得采用电弧或气焊切断，也不得使预应力筋经受高温、焊接火花或接地电流的影响。下料后不得散头，下料场地应平整、洁净。 预应力筋在张拉控制应力达到稳定后方可锚固，锚固完结并经检验合格后即可切割端头多余的预应力筋，切割后的外露长度不宜小于其直径的1.5倍

6、，且不宜小于30mm。 预应力筋容许暴露时间,锚 具,工作锚具,P型固定端组件,多孔连接器,锚 具,工具锚组件,精扎螺纹钢连接器,精扎螺纹钢锚具,预应力体系组件,几组有用的名词,张拉端总成图,预应力体系组件1,张拉端总成图,工作锚板,预应力体系组件1,锚垫板,弹簧筋,波纹管,工作夹片,钢绞线,压浆孔,锚垫板的尺寸要求,用于锚固直径15.2mm钢绞线的锚具，1-21孔锚板的最小直径和最小厚度，最外侧锥孔大口外边缘的锚板边缘最小距离应符合铁建设2010241号铁路混凝土工程施工技术指南P64页表7.2.7,7.2.8的规定。 锚垫板长度应保证钢绞线在锚具底口处的最大折角不大于40,端面的平面度不应

7、大于0.5mm，端面应设有锚具对中凹口。,P型固定端总成图,预应力体系组件2,注意最小距离,P型固定端总成图,预应力体系组件2,P型锚板,弹簧筋,波纹管,挤压套筒 （挤压簧）,钢绞线,约束环,出浆管,P型固定端总成图,预应力体系组件2,P型锚板,弹簧筋,波纹管,挤压套筒 （挤压簧）,钢绞线,约束环,出浆管,50cm,多孔连接器组件图,预应力体系组件3,多孔连接器组件图,预应力体系组件3,防护罩,波纹管,约束环,出浆管,弹簧筋,锚垫板,挤压套筒 （挤压簧）,连接体,钢绞线,波纹管,多孔连接器组件图,预应力体系组件3,预应力锚固体系总装图,预应力综合体系,预应力锚固体系总装图,预应力综合体系1,张

8、拉端,固定端,预应力锚固体系总装图,预应力综合体系2,3、预应力张拉机具,几组有用的名词,油泵（表）,ZB4/500型油泵,电动高压油泵：,泵体,控制阀,油压表,车体,管路,千斤顶,YCWB型千斤顶,YDC250Q型千斤顶,YC60B型千斤顶,千斤顶额定张拉力宜为预应力筋张拉力的1.2-1.5倍,工具锚组件,工具锚板,限位板,工具夹片,提醒注意：,限位板和工具锚应采用同生产厂的配套产品，不得分别使用不同生产厂的产品。 工作锚和工具锚不得互相代替使用。 所有管道的压浆孔、抽气孔应设在锚座上，排气孔应设在锚具的附件上。 锚具的承压面应与预应力筋垂直。 锚具安装时与锚垫板应对中，夹片应击紧且缝隙均匀

9、。,挤压机具,挤压机,油泵（表）,挤压P头的专业配套器具,真空辅助压浆施工机具,真空泵,拌浆机,灰浆泵,压浆工艺要求,1、宜优先采用真空辅助压浆,2、同一孔道压浆应连续进行，一次完成。,3、浆液搅拌设备转速应不低于1000r/min，,4、压浆机采用连续式压浆泵,5、储料罐应带有搅拌功能,4、相关试验,几组有用的名词,金属波纹管相关检测,1、原材料材质成份检测,3、抗冲击能力检测,4、环刚度检测,2、外观、内外径、壁厚检测,相关试验1,钢绞线相关检测,1、原材料材质检测,3、抗拉强度检测（破断负荷、屈服负荷）,2、直径检测,4、极限伸长率试验,相关试验2,5、弹性模量检测,同牌号、同炉罐号、同

10、规格、同生产工艺、同交货状态的预应力筋每30T为一批。施工单位每批抽检一次。,锚具（夹片）、连接体相关检测,2、硬度检测,1、外观检测及外形尺寸,3、静载锚固系数检测,相关试验3,同一种类、同种材料和同一生产工艺且连续进场的锚具、夹具和连接器每5000套为一批。,每批抽检5%，且不少5套。,每批抽检一次（3套）,半成品强度相关检测,P头检测,2、外观检测,3、抗拉检测,1、挤压设备,相关试验4,张拉机具的标定,2、千斤顶首次使用，或使用一个月，张拉作业达300次，大修、漏油严重、拆修更换配件的张拉千斤顶必须重新校正。,3、压力表选用防震型，表面最大读数应为张拉力的1.252.0倍，精度不应低于

11、1.0级。最小刻度值不大于1MPa,表盘直径不小于15cm。 4、采用0.4级精度压力表，检定周期为1个月，1.0级压力表校准周期为一周，张拉作业达300次，更换用油规格、超过允许偏差、发现异常故障,1、千斤顶与压力表配套校验，配套标定、配套使用，一般采用标准测力计和试验机校验。,相关试验5,精度：误差占最小刻度的百分比。,张拉机具的标定,5、标定报告 差值方程 eg: Y=1.103X+1.410 Y-压力表示值（MPa） X-力值（KN）,4、千斤顶：张拉工艺与放张工艺 一般采用穿心式双作用千斤顶，张拉吨位宜为张拉力的1.5倍，且不得小于1.2倍。,相关试验5,摩阻试验,1、管道摩阻试验,

12、相关试验6,2、锚口摩阻损失试验,3、夹片式锚具的锚具夹片回缩量不应大于6mm，,4、锚具的锚口摩阻和喇叭口摩阻损失合计不宜大于6%。,5、理论基础,材料 特性 管道指标 理论计算,钢绞线,1、一般为15.2mm7股钢绞线，公称截面积140mm2。,3、钢绞线的设计弹性模量E=195GPa10GPa， 设计伸长值的计算依据,2、极限抗拉强度 =1860MPa，即单根钢绞线极限断裂荷载为260.4KN，一般张拉力不大于0.75倍，即1395MPa，（单根钢绞线最大设计张拉力不大于195.3KN），就是说单根钢绞线按20t计算的由来。,预应力筋的应力应变曲线图,预应力筋的性能,1、屈服强度：国际预

13、应力协会取残余应力的0.1%时的应力作为屈服强度0.1，我国取残余应力为0.2%时的应力作为屈服强度0.2。 2、总伸长率：表示预应力筋拉断时的应变，其数值与所取用的量测标距有关，对钢丝（L0=200mm），钢绞线（L0=400mm）,国标统一规定 3.5%。 3、应力松驰：是指力筋受到一定的张拉力后，在长度保持不变的条件下，其应力随时间逐步降低的现象，此降低值称为应力松驰损失。产生应力松驰的原因主要是由于金属内部位错运动使一部分弹性变形转化为塑性变形引起的。,预应力筋张拉力,1张拉力：是指在结构构件张拉端由张拉设备施加的拉力。Pj= con Ap 式中Pj-预应力筋的张拉力（N); con-

14、张拉控制应力（N/mm2),混凝土结构中，对钢丝和钢绞线取（0.7-0.75）fptk ，高强钢筋取（0.85-0.9） fpyk； fptk-预应力筋抗拉强度标准值（ N/mm2） fpyk-预应力筋屈服强度标准值（ N/mm2） AP-预应力筋截面面积（mm2）。 当预应力筋需要超张拉时，其最大张拉控制应力：对预应力钢丝和钢绞线为0.8fptk，对高强钢筋为0.95 fpyk。但锚具下口建立的最大预应力值：对预应力钢丝和钢绞线不宜大于0.7fptk，对高强钢筋不宜大于0.85fpyk。 有效预应力值pe是指预应力损失完成后在预应力筋中保持的应力值。 混凝土结构施工中，对预应力钢丝、钢绞线，

15、其有效预应力值不宜大于0.6 fptk。,波纹管,1、中华人民共和国交通行业标准-JG225-2007 预应力混凝土用金属波纹管,3、外观：清洁、无锈蚀，不应有油污、孔洞和不规则的褶皱，咬口无开裂、无脱扣。,2、原材：镀锌金属钢带,波纹管每10000m时应做全部检测。,波纹管,4、径向刚度性能：抵抗集中荷载和抵抗均布荷载,6、波纹管与锚垫板的连接，一般是将波纹管直接延伸至锚垫板内或承压钢板的孔洞外约50mm。,5、抗渗漏性能试验,7、抗冲击性：在试验温度（0）时，落锤冲击试验测得。复核规范要求则视为合格。,波纹管管道相关指标,1、摩阻系数： 预应力束与孔道内壁的摩擦系数； 设计取0.23。,2

16、、孔道偏差系数k： 孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数； 设计取0.0025。,k 、均可由摩阻试验测得,理论伸长值的计算,1、设计给定,2、公式计算,3、软件计算,张拉端锚固时预应力筋内缩值（mm) 夹片式锚具：有顶压时为5mm， 无顶压时为6-8mm。,公式计算,1、胡克定律 -计算段平均应力； -计算段始端应力； -计算段终端应力。,x- 从张拉端至计算截面孔道长度，m,- 从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角之和，rad,k-孔道偏差系数, -摩阻系数,软件计算,6、现场计算,强度达标 机具正常 测量准确 计算仔细,1、初应力取值为20%张拉力。2、初应力以下的推算伸长值L2，可根据

17、弹性范围内张拉力与伸长值成正比关系，用计算法或图解法。3、张拉时宜在初应力和终应力之间增设1-2次伸长值的量测。若初张拉为20%设计张拉力，实际操作时采用20%-40%-60%-80%-100%的张拉程序。4、采用两台千斤顶同时张拉一束预应力筋时每台千斤顶张拉速度宜尽量同步，以使两端张拉伸长值基本一致。,初始应力取值及伸长值推算,后张法预应力混凝土张拉记录表1,伸长值超出千斤顶油缸长200mm的钢绞线如何进行张拉？,1.0cm,实际伸长值与理论伸长值的误差允许范围为6%。,5.6cm/m,7、问题与办法,三同心 两同步,张拉程序,后张法预应力筋张拉程序依力筋种类与锚具类型不同而异。 钢绞线束

18、对于夹片式具有自锚性能的锚具： 普通松弛力筋0-初应力-1.03con(锚固） 低松驰力筋0-初应力- con(持荷2min锚固） 精轧螺纹钢，直线配筋时： 0-初应力- con(持荷2min锚固）,施工安全注意事项,张拉现场应有明显标志，与该工作无关人员严禁入内。 张拉或退出楔块时，千斤顶后面不得站人，以防预应力筋拉断或锚具弹出伤人。 油泵运转不正常时，应立即停机检查。在有压情况下，不得随意拧动油泵或千斤顶各部位的螺丝。 作业应由专人负责现场指挥，操作时严禁摸踩及碰撞力筋，在测量伸长及拧螺母时，应停止开动千斤顶工作。 在任何情况下，张拉时作业人员都不得站在预应力筋的两端，也不得随意穿越。 油

19、泵开动过程中，不得擅自离开岗位。如需离开，必须将油阀全部松开或切断电路。 在高压油管的接头应加防护套，以防喷油伤人。 千斤顶支架必须与梁端垫板接触良好，位置正直对称，严禁多加垫块，以防支架不稳定或受力不均倾倒伤人。 已张拉完而未压浆的梁，严禁剧烈震动，以防预应力筋断裂而酿成重大事故。,将锚垫板喇叭管内的砼及波纹管清理干净并疏通好锚垫板上注浆孔； 清除钢绞线的锈蚀、泥浆； 套上工作锚板，根据气候干燥程度在锚板锥孔内抹上一层薄薄的黄油； 在锚板锥孔内装上工作夹片； 装上相应的限位板；,装上张拉千斤顶，并且与油泵相连接； 装上可重复使用的工具锚板； 装上工具夹片（夹片表面涂上退锚灵或石蜡）。,1、张拉全部钢绞线束到施工控制应力，其张拉顺序、张拉力均应严格按照设计要求进行。 2、张拉钢绞线之前，对梁体混凝土强度、弹模应做全面检查，符合要求后方可进行张拉作业。 3、张拉应同步、对称地进行，并以油压表读数为主，伸长值进行校核。 4、锚环定位时，将工作锚环套在钢绞线上放入锚垫板的凹槽内，装入工作夹片，并使工作夹片的尾部大致相平（位于同一平面内），工作夹片处的间隙大致相等，此时不能用过大的力敲打夹片，以免夹片破裂，从而造成滑丝。,5、千斤顶定位：张拉正常的关键之一在于“三轴”同心：即锚环中心、预留孔道中心与千斤顶中心保持同心，这样才能减少钢绞线的滑