3-1-1预应力混凝土梁-2017.ppt

1、2020/10/8,1,Main line,一、预应力筋与预应力设备 Tendon and prestress device 二、先张法施工pre-tensioned construction 三、 后张法施工 post- tensioned construction,一、预应力混凝土的优点Advantages(merits) of prestressed concrete,混凝土的抗拉极限应变值只有0.00010.00015,要保证混凝土不开裂，钢筋的应力只能达到2030N/mm2；即使允许出现裂缝的构件，当裂缝宽度限制在0.20.3时，钢筋应力也只能达到150250N/mm2,使高强钢筋的

2、强度无法充分利用。,在构件承受外荷载前，预先在构件的受拉区对混凝土施加预压应力抵消构件在使用阶段时外荷载作用下产生的拉应力，这就推迟了混凝土裂缝的出现并限制了裂缝的开展，从而提高了构件的抗裂度和刚度。,一、预应力混凝土的优点 Advantages(merits) of prestressed concrete,1.可以使用高强度钢材和高标号混凝土，能节约钢材20%40%； 2.正常使用条件下，梁截面不出现拉应力或拉应力小于混凝土的开裂强度，提高梁的抗裂性，增强了梁的刚度和耐久性； 3.使用高强度钢材和高标号混凝土，可将梁的截面尺寸减到最小，以减轻梁体自重，并增大梁的跨越能力； 4.预应力梁在荷

3、载作用下截面不开裂或裂隙开展度较小，预应力钢筋的应力变化幅度小，故可提高其耐疲劳性能。,二、预应力混凝土分类Classification of pre-stressed concrete,1.张拉钢筋与混凝土浇筑的先后关系 ： 先张法：粘结力传递 后张法：锚具传递,2.施工方式不同分为： 预制预应力混凝土 现浇预应力混凝土 叠合预应力混凝土,预应力混凝土叠合板,三、预应力筋与预应力设备Tendon and prestress device,（一）预应力筋 tendon （1）基本要求：高强度、较好的塑性以及较好的粘结性能。 （2）主要种类：钢铰线、消除应力钢丝、热处理钢筋。,1.钢绞线 ste

4、el strand wire 一般由三股、七股3、4 或5 的高强钢丝用铰盘拧成螺旋状，再经低温回火制成。直径8.6 15.2； 1570 、 1720和1860 MPa；弹性模量1.95 105N/mm2 .,2.消除应力钢丝 stress relieved steel wire 采用消除应力的矫直回火钢丝，可消除钢丝冷拔中产生的残余应力，提高钢丝的比例极限、屈服强度和弹性模量，并改善塑性。消除应力钢丝按外形分为光面、刻痕和螺旋肋钢丝。直径4 9；1570 、 1670和1770MPa；弹性模量2.05 105N/mm2 。,3.热处理钢筋 某些热轧钢筋（中碳合金钢）（如40Si2Mn、48

5、 Si2Mn、45 Si2Cr 等）经调质处理而形成的高强度无明显流幅的硬钢。利用热轧钢筋的余热进行淬火，然后再中温回火等热处理后形成的。 特点：高强度、高韧性 直径6 、8.2 、10；1470MPa；弹性模量2.0 105N/mm2 。,heat treated steel bar,（二） 预应力设备Prestressed equipment(device),夹具 fixture 先张法预应力混凝土构件施工时，为保持预应力筋的拉力并将其固定在生产台座（或设备）上的临时性固定装置。 特点：工作可靠，构造简单，使用方便，能够多次使用。 常见夹具：,夹片夹具,螺母夹具,锥销夹具,墩头夹具,2、锚

6、具（代号M）(Code M) anchorage krid,后张法预应力混凝土构件生产中，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。,夹片锚具,墩头锚具,挤压锚具,常见锚具,特点：可靠的锚固性能，足够的承载力，和刚度储备。,（1）1000套为一个验收批 （2）外观检查 ：10%的锚具且不少于10套 （裂纹和尺寸 ） （3）硬度检验：5%的锚具且不少于5套 （如夹片 ） （4）静载锚固性能试验：3个预应力筋锚具组装件，测定预应力筋用夹片效率系数。,夹具、锚具的质量检验,Quality inspection of fixtures and anchorages,3.张拉设备st

7、retching equipment(apparatus),液压张拉千斤顶和电动油泵 穿心式千斤顶：常用YCW千斤顶 ，10004000KN；适用于张拉FVM夹片群锚、DM型镦头锚等 拉杆式千斤顶：可张拉DM型螺丝端杆锚、JLM精轧螺丝钢锚具，LZM冷铸锚等。 锥锚式千斤顶:仅用于带钢质锥形锚具的钢丝束。,拉杆式千斤顶,穿心式千斤顶,ZB4-500型电动油泵,3.1.2 先张法施工pre-tensioned construction,先张法是在砼构件浇筑前先张拉预应力筋，并用夹具将其临时锚固在台座或钢模上，再浇筑构件砼，待其达到一定强度后(约75%)放松并切断预应力筋，预应力筋产生弹性回缩，借

8、助砼与预应力筋间的粘结，对砼产生预压应力。,先张法施工工艺示意图,先张法生产有台座法 和台模法 两种。,1. 台座 jackingabutments、stretching bed,台座承受全部预应力筋的拉力，故台座应具有足够的强度、刚度和稳定性，以免因台座变形、倾覆和滑移而引起预应力的损失。,台座由台面、横梁和承力结构组成。按构造形式不同，可分为墩式台座、槽形台座和桩式台座等。台座可成批生产预应力构件。,墩式长线台座,台座,台面,(1) 墩式台座,墩式台座由现浇钢筋砼做成，台座应具有足够的强度、刚度和稳定性，台座设计应进行抗倾覆验算与抗滑移验算。,墩式台座近景 墩式台座构造示意图,台座,钢横梁

9、,线杆连接器,预应力筋,抗倾覆验算Anti- overturning checking ： 式中：N预应力筋的张拉力； e1张拉力合力作用点至倾覆点的力臂； G台墩的自重力； L台墩重心至倾覆点的力臂； Ep台墩后面的被动土压力合力； e2被动土压力合力至倾覆点的力臂。,对于与台面共同工作的台墩，倾覆点的位置宜选在砼台面下45cm处。,墩式台座的计算简图,抗滑移验算anti-sliding checking ： 式中：K抗滑移安全系数，不小于1.3； N1抗滑移的力，对于独立台墩，由侧壁土压力和底部摩阻力产生。,台墩与台面共同工作时，预应力筋的张拉力几乎全部传给了台面，可不进行抗滑移验算。,2

10、. 钢模台座steel formwork pedestal pedstl,钢模台座主要在工厂流水线上使用。它是将制作构件的模板作为预应力钢筋锚固支座的一种台座。模板具有相当的刚度，可将预应力钢筋放在模板上进行张拉。,箱梁钢模组装 箱梁端部模板作张拉台座,3. 先张法施工工艺Pretensioned construction technology,张拉预应力筋,支侧模、安设预埋件,预应力筋制作,支底模、安放钢筋 骨架及预应力筋,压 试 块,制作砼试块,浇 筑 砼,养护、拆模,放松预应力筋,构件起吊、堆放,张拉机具准备,调整初应力,（1）工艺流程technological process,先张法预

11、应力筋张拉,（2）预应力筋的张拉 the tension of prestressed steel tendon,单根钢丝张拉：台座法多进行单根张拉，由于张拉力较小，一般可采用1020kN电动螺杆张拉机或电动卷扬机单根张拉，弹簧测力计测力，优质锥销式夹具锚固。,整体钢丝张拉：台模法多进行整体张拉，可采用台座式千斤顶设置在台墩与钢横梁之间进行整体张拉，优质夹片式夹具锚固。要求钢丝的长度相等，事先调整初应力。,数控式预应力钢丝张拉机,镦头梳筋板夹具 张拉千斤顶与张拉钩,在预制厂生产预应力多孔板时，可在钢模上用镦头梳筋板夹具进行整体张拉。 方法是：钢丝两端镦粗，一端卡在固定梳筋板上，另一端卡在张拉端

12、的活动梳筋板上。用张拉钩钩住活动梳筋板，再通过连接套筒将张拉钩和拉杆式千斤顶连接，即可张拉。,单根钢绞线张拉：可采用前卡式千斤顶张拉，单孔夹片工具锚固定。, 整体钢绞线张拉：一般在三横梁式台座上进行，台座式千斤顶与活动横梁组装在一起，利用工具式螺杆与连接器将钢绞线挂在活动横梁上，张拉前，先用小型千斤顶在固定端逐根调整钢绞线初应力。张拉时，台座式千斤顶推动活动横梁带动钢绞线整体张拉。,前卡式千斤顶 逐根张拉,活动横梁,固定横梁,工具锚,台座式千斤顶,高压油泵,墩式台座,预应力筋,粗钢筋的张拉：分单根张拉和多根成组张拉。由于在长线台座上预应力筋的张拉伸长值较大，一般千斤顶行程多不能满足，张拉较小直

13、径钢筋可用卷扬机。,张拉机具的张拉力应不小于预应力筋张拉力的 1.5倍；张拉行程应不小于预应力筋伸长值的 1.11.3倍。,钢筋预应力张拉机1 钢筋预应力张拉机2,(3) 预应力筋的张拉程序 Tensioning procedure for tendons, 预应力钢丝：钢丝的张拉工作量大，宜采用一次张拉程序：,01.031.05con 锚固, 低松驰钢绞线：采用一次张拉程序：,对于单根张拉：0con 锚固,对于整体张拉：0初应力调整con 锚固,式中：con 预应力筋的张拉控制应力。,4、预应力值校核Prestress value checking,钢丝张拉时，伸长值不作校核。张拉锚固后，用

14、钢丝内力测定仪反复测定4次，取后3次的平均值为钢丝内力。其允许偏差为设计规定预应力值的5%。 每工作班检查预应力筋总数的1%，且不少于3根。,2CN-1型双控钢丝内力测定仪,预应力钢丝 内力的检测 ，一般在张 拉锚固后1h 进行,业内俗称 “单控”,钢绞线张拉时，一般采用张拉力控制、伸长值校核。,业内俗称为“双控”！,张拉过程中随时测量伸长值 (量测千斤顶活塞行程 反算预应力筋伸长值),台座式 千斤顶,固定横梁,活动横梁,工具锚,量千斤顶行程,张拉时预应力筋的实际伸长值与理论伸长值的允许偏差为6%。,5、先张法施工注意事项Precautions in construction of prete

15、nsioned method,台座法张拉预应力筋时，应先张拉靠近台座截面重心处的预应力筋，避免台座承受过大的偏心压力。张拉宜分批、对称进行。, 采用应力控制法张拉时，应校核预应力筋的伸长值。当实际伸长值与计算伸长值的偏差大于6%时，应暂停张拉，查明原因并采取措施调整后，方可继续张拉。, 多根预应力筋同时张拉时，须事先调整初应力，使相互间的应力一致。预应力筋张拉锚固后的实际预应力值与设计规定检验值的相对允许偏差为5%。, 先张法中的预应力筋不允许出现断裂或滑脱。在浇筑砼前发生断裂或滑脱的预应力筋必须予以更换。, 锚固时，张拉端预应力筋的回缩量应符合设计要求，设计无要求时不得大于施工规范规定。,

16、张拉锚固后，预应力筋对设计位置的偏差不得大于5mm，且不得大于构件截面短边尺寸的4%。, 施工中必须注意安全，严禁正对钢筋张拉的两端站立人员，防止断筋回弹伤人。,预应力筋张拉的安全防护,6、砼的浇筑与养护Concrete pouring and maintenance,预应力筋张拉完成后，应尽快进行钢筋绑扎、模板拼装和砼浇筑等工作。砼浇筑时，振动器不得碰撞预应力筋。砼未达到强度前，也不允许碰撞或踩动预应力筋。,当构件在台座上进行湿热养护时，应防止温差引起的预应力损失。先张法在台座上生产砼构件，其最高允许的养护温度应根据设计规定的允许温差(张拉与养护时的温度之差)计算确定。当砼强度达到7.5Nm

17、m2(粗钢筋配筋)或10Nmm2(钢丝、钢绞线配筋)以上时，则可不受设计规定的温差限制。,7、预应力筋的放张Release of prestressing tendons, 轴心受预压构件，所有预应力筋应同时放张；,7.1 放张顺序, 偏心受预压构件，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； 不能满足上述要求时，应分阶段、对称、交错地放张，防止构件在放张过程中产生弯曲、裂纹或预应力筋断裂。,7.2 放张方法Releasing method, 当预应力筋采用钢丝时，配筋不多的中小型钢筋砼构件，钢丝可用砂轮锯或切断机切断等方法放松。,长线台座上放松后预应力筋的切断

18、顺序，一般由放松端开始,逐次切向另一端。,长线法生产预应力空心板,配筋多的钢筋砼构件，钢丝应同时放松，如逐根放松，则最后几根钢丝将由于承受过大的拉力而突然断裂，易使构件端部开裂。, 预应力筋为钢筋时，对热处理钢筋及冷拉IV级钢筋不得用电弧切割，宜用砂轮锯或切断机切断。数量较多时，也应同时放松。多根钢丝或钢筋的同时放松，可用油压千斤顶放张、砂箱放张、楔块放张等方法。,楔块放张 砂箱放张, 采用湿热养护的预应力砼构件，宜热态放松预应力筋，而不宜降温后再放松。,3.1.3 后张法施工Post tensioned method,后张法是先制作构件并预留孔道，待构件砼达到规定强度后，在孔道内穿入预应力筋

19、，张拉并锚固，然后孔道灌浆。,后张法不需台座，构件在张拉过程中完成砼的弹性压缩。广泛应用于现场生产的大型预应力构件和现浇砼结构中。,T梁预应力张拉,3.1.3-1 工艺流程technological process,浇 筑 砼,抽管，养护拆模,预应力筋制作,埋 管 制 孔,压 试 块,制作砼试块,穿 筋,张拉预应力筋,孔 道 灌 浆,构件起吊、运输,张拉机具准备,调整初应力,制作砂浆试块,压砂浆试块,铺底模，钢筋及侧模,锚 具 制 作,灌浆机具准备,3.1.3-2 预应力筋制作fabrication of prestressing tendon,钢绞线是成盘状供应，不需要对焊接长。制作工序是：

20、开盘下料编束。,1、 钢绞线steel strand, 下料：钢绞线下料宜用砂轮切割机切割，不得采用电弧切割。, 编束：钢绞线编束宜用20号铁丝绑扎，间距2-3m，编束前先将钢绞线理顺，使各根钢绞线松紧一致。,钢绞线加工, 钢绞线下料长度： 采用夹片锚具、穿心式千斤顶张拉时，按下式计算： 两端张拉：Ll +（l1 + l2 + l3 + 100） 一端张拉：Ll + 2（l1 + 100）+ l2 + l3,式中： l 构件的孔道长度； l1 夹片式工作锚厚度； l2 穿心式千斤顶长度； l3 夹片式工具锚厚度。,钢绞线下料长度计算简图,2、钢丝steel wire, 下料：消除应力钢丝放开后

21、是直的,可直接下料。钢丝在应力状态下切断下料，控制应力为300N/mm2。下料长度的误差要控制在L5000以内，且不大于5mm。, 编束：为保证钢丝束两端钢丝排列顺序一致，穿束与张拉不致紊乱，钢丝必须编束。 钢丝编束可分为空心束和实心束，都需用梳丝板理顺钢丝，在距钢丝端部510cm处编扎一道。实心束工艺简单，空心束孔道灌浆效果优于实心束。, 下料长度：采用钢质锥形锚具、锥锚式千斤顶张拉时，按下式计算： 两端张拉：Ll +2（l1 + l2 +80） 一端张拉：Ll +2（l1 + 80）+ l2,式中： l 构件的孔道长度； l1 锚环厚度； l2 千斤顶分丝头至 卡盘外端距离。,采用钢质锥形

22、锚具时 钢丝下料长度计算简图,3、孔道留设Reserved channel,预应力筋的孔道形状有直线、曲线和折线三种，其直径与布置根据构件的受力性能、张拉锚固体系特点及尺寸确定。,预制构件的孔道留设 现浇构件的孔道留设,3.2 孔道布置channel layout,孔道至构件边缘的净距不小于40mm，孔道之间的净距不小于50mm；端部的预埋钢板应垂直于孔道中心线；凡需起拱的构件，预留孔道应随构件同时起拱。,3.1 孔道直径channel diameter,粗钢筋的孔道直径应比对焊接头外径或需穿过孔道的锚具、连接器外径大1015mm；钢丝、钢铰线的孔道直径应比预应力束外径或锚具外径大510mm，

23、且孔道面积宜为预应力筋净面积的34倍。,孔道成形-预埋管法：预埋管法可采用薄钢管、镀锌钢管和金属螺旋管、塑料波纹管，埋入后不再抽出，可用于各类形状的孔道，是目前大力推广的孔道留设方法。,波纹管要求：在1KN径向力作用下不变形，使用前进行灌水试验，检查有无渗漏，防止水泥浆流入管内堵塞孔道；安装就位过程中避免反复弯曲，以防管壁开裂。,塑料波纹管 金属螺旋管,2.3 孔道留设,构件中固定：用钢筋井字架,间距不大于0.81.0m;螺旋管固定后，必须用铅丝与钢筋扎牢，防止浇筑砼时螺旋管上浮而造成严重事故。,曲线孔道的固定,3.4 预应力筋穿入孔道Prestressed tendon penetrat t

24、he channel,预应力筋穿入孔道按穿筋时机分有先穿束 和后穿束,按穿入数量分有整束穿和单根穿；按穿束方法分有人工穿束和机械穿束。,箱梁的人工后穿束 预应力筋穿插入孔道的箱梁,2 千斤顶定位安装 3 张拉,1 准备工作,5 封 端,4 锚 固,3.5 预应力筋张拉Tensioned of prestressing tendon,共64页 第41页,2.5.1 准备工作preparation, 块体拼装：分段制作的构件在张拉前完成拼装; 砼强度检验：砼强度应满足设计要求，设计无要求时应不低于设计强度的75%，块体拼装立缝处的砼或砂浆强度不低于砼强度的40%，且不得低于15N/mm2;, 构件

25、端头清理； 搭设张拉台，安装锚具与张拉设备。,张拉台搭设,3.5.1 张拉方式Stretching mode, 一端张拉方式：张拉设备放在构件的一端进行张拉，适用于长度30m的直线预应力筋与锚固损失影响长度Lf 0.5L(L为预应力筋长度)的曲线预应力筋；, 两端张拉方式：张拉设备放在构件的两端进行张拉，适用于长度30m的直线预应力筋与锚固损失影响长度Lf0.5L的曲线预应力筋；, 分批张拉方式：对配有多束预应力筋的构件分批进行张拉，由于后批预应力筋张拉所产生的砼弹性压缩对先批张拉的预应力筋造成预应力损失，所以先批张拉的预应力筋应加上该弹性压缩损失值，使分批张拉的每根预应力筋的张拉力基本相等。

26、,预应力箱梁的分批、对称张拉 预应力T梁的分批张拉,5.4 张拉程序Tensioning procedure(sequence),预应力筋张拉操作程序，根据构件类型、张拉锚固体系、松驰损失等因素确定： 采用低松驰钢丝和钢铰线时，张拉程序为： 0Pj 锚固 Pj = conAP（预应力筋截面积）,锚具安装 千斤顶安装 夹片安装 张拉施工, 采用普通松驰预应力钢筋时，按超张拉程序，即： 对镦头锚具等可卸载锚具： 01.05Pj 持荷2min Pj 锚固 对夹片锚具等不可卸载锚具： 01.03Pj 锚固,压力表读数,张拉控制,5.5 伸长值校核Check of elongation value,校核伸长值可综合反映张拉力是否足够、孔道摩阻损失是否偏大、预应力筋是否有异常现象等。因此，张拉时应对伸长值进行校核，实际伸长值与计算伸长值的偏差大于6%时，应暂停张拉，在采取措施调整后，方可继续张拉。,伸长值校核,伸长值校核,5.6 孔道灌浆Duct grouting,预应力筋张拉后，应尽快进行孔道灌浆。一可保护预应力筋以免锈蚀，二使预应力筋与砼有效粘结，控制超载时裂缝的间距与宽度，