技术与计量(土建)笔记-第四章Part11

第五节 预应力混凝土工程施工预应力混凝土是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力，这种压力通常称为预应力。构件在使用阶段的外荷载作用下产生的拉应力，首先要抵消预压应力，这就推迟了混凝土裂缝的出现，同时也限制了裂缝的开展，从而提高了构件的抗裂度和刚度。对混凝土构件受拉区施加预压应力的方法，是张拉受拉区中的预应力钢筋，通过预应力钢筋和混凝土间的粘结力或锚具，将预应力钢筋的弹性收缩力传递到混凝土构件中，并产生预压应力。一、 预应力钢筋种类冷拔低碳钢 丝冷拔低碳钢丝由圆盘HPB235级钢筋在常温下冷拔而成。其强度比原材料屈服强度显著提高，但塑性降低，适用于小型构件的预应力筋。冷拉钢筋冷拉钢筋是将HRB335、HRB400、RRB400级热轧钢筋在常温下通过张拉到超过屈服点的某一应力，使其产生一定的塑性变形后卸荷，再经时效处理而成冷拉钢筋的塑性和弹性模量有所降低而屈服强度和硬度有所提高，可直接用作预应力钢筋。高强度钢 丝高强度钢丝是用优质碳素钢经冷拔制成。常用的高强钢丝分为冷拉和矫直回火两种，按外形分为光面、刻痕和螺旋肋三种。预应力钢丝经矫直回火后，可消除钢丝冷拔过程中的残余应力，被称为消除应力钢丝。消除应力钢丝经稳定化处理后被称为低松弛钢丝。钢绞线钢绞线的直径较大，一般为915mm，较柔软，施工方便，但价格较贵。钢绞线的强度较高。钢绞线规格有2股、3股、7股和19股等。7股钢绞线由于面积较大、柔软、施工定位方便，适用于先张法和后张法预应力结构与构件，是目前国内外应用最广的一种预应力筋。钢绞线用途和高强度钢丝相同热处理钢 筋由普通热轧中碳合金钢经淬火和回火调质热处理制成。热处理钢筋具有高强度、高韧性和高粘结力等优点，热处理钢筋的螺纹外形有带纵肋和无纵肋两种。近年来，我国强度高、性能好的预应力钢筋(钢丝、钢绞线)已可充分供应，故提倡用高强的预应力钢绞线、钢丝作为我国预应力混凝土结构的主力钢筋。二、 预应力混凝土工程中对混凝土的三点要求混凝土的强度等级不应低于C30当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40在预应力混凝土构件的施工中，不能掺用对钢筋有侵蚀作用的氯盐、氯化钠等三、 预应力施加方法按与构件制作比较的先后顺序分先张法后张法分为一般后张法、后张自锚法、无粘结后张法、电热法(很少用)按钢筋的张拉方法分机械张拉法电热张拉法四、 先张法先拉钢筋，后浇筑混凝土。混凝土强度达到75%放松预应力筋。借助于混凝土与预应力筋的粘结，使混凝土产生预压应力。先张法的用途：多用于预制厂生产中小构件，也用于生产预应力桥跨结构台座台座承受全部预应力筋的拉力，故台座应有足够的强度、刚度和稳定性。墩式台座一般用以生产中小型构件。台座长度较长，张拉一次可生产多根构件，从而减少因钢筋滑动而引起的预应力损失槽式台座适用于生产吊车粱、屋架、箱梁等张拉应力较大的预应力混凝土构件钢模台座主要在流水线生产中应用夹具夹具是预应力筋进行张拉和临时固定的工具，可以重复使用。对其要求是：工作方便可靠，构造简单，加工方便。张拉夹具连接预应力筋与张拉机械。有偏心式夹具、销片式夹具、墩式夹具、钳式夹具锚固夹具连接预应力筋临时和台座。有锥形夹具、楔形夹具、穿心式夹具、墩头钢筋夹具张拉机具穿心式千斤顶电动螺杆张拉机卷扬机（穿心式千斤顶先张法和后张法均可使用先张法施工工艺1、 预应力钢筋的张拉程序有两种：（下式中con是预应力筋的张拉控制力）第一种：0105con -持荷2min-con；第二种：0103con两种张拉程序是等效的。建立这样的张拉程序的目的是为了减少预应力的松弛损失。2、 预应力筋张拉的相关规定混凝土强 度预应力筋张拉时，混凝土强度应符合设计要求；当设计无具体要求时，不应低于设计的混凝土立方体抗压强度标准值的75。预应力筋的 张 拉预应力筋的张拉可采用单根张拉或多根同时张拉。在张拉过程中应避免预应力筋断裂或滑脱。对先张法预应力构件，当发生断裂或滑脱时，在浇注混凝土前发生断裂或滑脱的预应力筋必须予以更换。多根预应力筋同时张拉时，必须事先调整初应力，使其相互之间的应力一致，张拉过程中应抽查预应力值，其偏差不得大于或小于按一个构件全部钢丝预应力总值的5。用应力控制张拉时，为了校核预应力值，在张拉过程中应测出预应力筋的实际伸长值，实际伸长值比设计计算理论伸长值的相对允许偏差为土6。如实际伸长值大于计算伸长值的10或小于计算伸长值的5，应暂停张拉，查明原因并采取措施予以调整后，方可继续张拉。 预应力筋张拉锚固后预应力筋张拉锚固后实际建立预应力值与工程设计规定检验值的相对允许偏差为5。先张法预应力筋张拉后与设计位置偏差不得大于5mm，且不得大于构件截面短边边长的4。先张法混凝土的浇筑与养护确定预应力混凝土的配合比时，应尽量减少混凝土的收缩和徐变，以减少预应力损失。混凝土应振捣密实。混凝土浇筑时，振动器不得碰撞预应力筋，混凝土未达到一定强度前，也不允许碰撞或踩动预应力筋。采用重叠法生产构件时，应待下层构件的混凝土强度达到5.OMPa后，方可浇筑上层构件的混凝土。混凝土可采用自然养护或湿热养护。但必须注意，当预应力混凝土构件进行湿热养护时，应采取正确的养护制度以减少由于温差引起的预应力损失。先张法在台座上生产预应力混凝土构件，其最高允许的养护温度应根据设计规定的允许温差(张拉钢筋时的温度与台座养护温度之差)计算确定。先张法预应力筋放张放张时混凝土强度预应力筋张拉时，混凝土强度应符合设计要求；当设计无具体要求时，不应低于设计的混凝土立方体抗压强度标准值的75。放张的方法放张的方法可用放张横梁来实现，横梁可用千斤顶或预先设置在 横梁支点处的砂箱或楔块来放张。预应力筋应采用砂轮锯或切断机切断，不得采用电 弧切割。五、 后张法定义后张法是先浇筑混凝土，后张拉钢筋的方法。在制作构件或块体时，在放置预应力筋的部位预先留设孔道，待混凝土达到设计规定的强度后，将预应力筋穿入预留孔道内，用张拉机具将预应力筋张拉到设计规定的控制应力后，用锚具把预应力筋锚固在构件端部，最后进行孔道灌浆。特点后张法的特点是直接在构件上张拉预应力筋，构件在张拉预应力筋的过程中，完成混凝土的弹性压缩，因此，混凝土的弹性压缩，不直接影响预应力筋有效预应力值的建立。后张法预应力的传递主要靠预应力筋两端的锚具。锚具作为预应力构件的一个组成部分，永远留在构件上，不能重复使用。分类后张法施工分为有粘结后张法施工和无粘结预应力施工。适用后张法宜用于现场生产大型预应力构件、特种结构和构筑物，可作为一种预应力预制构件的拼装手段。（一） 锚具后张法预应力筋、锚具和张拉机具是配套使用的。锚具是建立预应力值和保证结构安全的关键。要求锚具尺寸形状准确，有足够的强度和刚度，受力后变形小，锚固可靠，不致产生预应力筋的滑移和断裂。此外还要求取材容易，加工容易，成本低，使用方便。单根粗钢筋锚具一般张拉端均采用螺丝端杆锚具；而固定端除了采用螺丝端杆锚具外，还可采用帮条锚具或镦头锚具。钢筋束和钢铰线束锚具张拉端常采用的锚具JM-12型锚具、精铸JM-12型锚具、KT-Z型以及XM型锚具，非张拉端采用墩头锚具。钢丝束锚具张拉端常采用锥形螺杆锚具、钢质锥形锚具，非张拉端采用墩头锚具 （二） 张拉机具（见下图）1、拉杆式千斤顶适用于张拉带有螺杆式和墩式锚具的单根粗钢筋、钢筋束或钢丝束。2、穿心式千斤顶YC60型穿心式千斤顶适用于张拉各种型式的预应力筋，是应用最为广泛的张拉机械。3、锥锚式双作用千斤顶这种千斤顶能完成张拉和顶锚两个动作。（三） 后张法施工工艺1、 孔道的留设预留孔道的定位应牢固，浇筑混凝土时不应出现移位和变形；孔道应平顺，端部的预埋锚垫板应垂直于孔道中心线，成 孔用管道应密封良好，接头应严密且不得漏浆，灌浆孔的间距，对预埋金属螺旋管不宜大于30m，对抽芯成形孔道不宜大于12m；在曲线孔道的曲线波峰部位应设置排气兼泌水管，必要时可在最低点设置排水孔；灌浆孔及泌水管的孔径应能保证浆液畅通。孔道留设的方法有以下三种：钢管抽芯法胶管抽芯法预埋波纹管法 钢管抽芯法预先将钢管埋设在模板内孔道位置处，在混凝土浇筑过程中和浇筑后，每间隔一定时间慢慢转动钢管，使之不与混凝土粘结，待混凝土初凝后，终凝前抽出钢管，形成孔道。该法只可留设直线孔道胶管抽芯法胶管有五层或七层夹布胶管和钢丝网胶管两种，用间距不大于 0.5m的钢筋井宇架固定位置，在浇筑混凝土前胶管内充入压力为0.60.8MPa的压缩空气或压力水，此时胶管直径可增大约3mm，待浇筑的混凝土初凝以后，放出压缩 空气或压力水，管径缩小而与混凝土脱离，随即抽出胶管，形成孔道。胶管抽芯留孔与钢管抽芯法相比，它的弹性好，便于弯曲。因此，它不仅可留设直线孔道，也能留设曲线孔道预埋波纹管法预埋时用间距不大于0.8m的钢筋井字架固定。波纹管与混凝土有良好的粘结力，波 纹管预埋在构件中，浇筑混凝土后永不抽出2、后张法预应力筋张拉后张法预应力筋张拉时对混凝土强度的要求张拉预应力筋，构件混凝土的强度应按设计规定，如设计无规定，则不低于设计的混凝土立方体抗压强度标准值的75。后张法张拉预应力钢筋时的注意事项：后张法预应力筋的张拉程序与所采用的锚具种类有关，为减少松驰应力损失，张拉程序一般与先张法相同。为减少预应力筋与预留孔孔壁摩擦而引起的应力损失，采用不同张拉方式对抽芯成形孔道情形一：曲线形预应力筋，和长度大于24m的直线预应力筋应采用两端张拉对抽芯成形孔道情形二：长度等于或小于24m 的直线预应力筋可一端张拉，但张拉端宜分别设置在构件两端对预埋波纹管孔道情形一：曲线形预应力筋和长度大于30m的直线预应力筋两端张拉对预埋波纹管孔道情形二：长度等于或小于30m 直线预应力筋可在一端张拉用双作用千斤顶两端同时张拉钢筋束、钢绞线束或钢 丝束时，为减少顶压时的应力损失，可先顶压一端的锚塞，另一端在补足张拉力后再行顶压对配有多根预应力筋的构件，分批对称地张拉分批张拉要考虑后批预应力筋张拉时产生的混凝土弹性压缩，会造成对先批张拉的预应力筋的预应力损失。该应力损失值可经计算分别加到先张拉的预应力筋的控制应力值内；也可以采用同一张拉应力值，在第二批预应力筋张拉后再对第一批预应力筋进行补张拉，以弥补该应力损失对平卧叠层浇筑的预应力混凝土构件为便于施工，平卧重叠浇筑的构件宜先上后下逐层进行张拉，可逐层增大张拉力来弥补该预应力损失，但底层超张拉值不宜比顶层张拉力大5(钢丝、 钢绞线、热处理钢筋)或9(冷拉HRB335、HRB400级钢筋)，并要保证底层构件的控制应力值不超过规定限值采取超张拉的方法来弥补多种预应力损失为此，预应力筋的张拉应力较大，有时可能超过规定限值，可采取下述方法解决：a. 先采取同一张拉值，而后复位补足；b. 分两阶段建立预应力，即全部预应力张拉到一定值(如 90)，再第二次张拉至控制值当采用应力控制方法张拉时应校核预应力筋的伸长值，实际伸长值比设计计算理论伸长值的相对允许偏差为土6。如实际伸长值比设计计算理论伸长值大10或小5，应暂停张拉，在采取措施予以调整后，方可继续张拉张拉过程中应避免预应力筋断裂或滑脱后张法预应力结构构件，同一截面预应力筋断裂或滑脱的数量严禁超过总根数的3，且每束钢丝不得超过1根，对多跨双向连续板，其同一截面应按3、孔道灌浆 时间后张法的预应力筋张拉后，应随即进行孔道灌浆，以防预应力筋锈蚀，同时增加结构的抗裂性和耐久性。要求灌浆用灰浆除应满足强度和粘结力要求外，尚应具较大的流动性和较小的压缩性、泌水性。故灌浆宜用标号不低于42.5的普通硅酸盐水泥配制的水泥浆，灌浆必须连续进行，一次灌完。灌浆用水泥浆的水灰比不应大于0.45。对于空隙较大的孔道，水泥浆中可掺