钢筋混凝土结构工程—预应力混凝土工程培训课件.ppt

4.4.1 预应力用钢材 4.4.2 预应力张拉锚固体系 4.4.3 预应力用液压千斤顶 4.4.4 预应力混凝土施工工艺,第4章 混凝土结构工程,4.4 预应力混凝土工程 P187,在结构或构件承受使用荷载之前，预先在混凝土受拉区施加一定的预应力并产生一定压缩变形的混凝土。,1 预应力混凝土定义,4.4 预应力混凝土工程,2 预应力混凝土分类,按施加预应力的方式不同可分为：先张法混凝土、后张法混凝土和自应力混凝土。,按预应力筋与混凝土的粘结状态不同可分为：有粘结预应力混凝土、无粘结预应力混凝土和缓粘结预应力混凝土。,4.4.1 预应力用钢材,常用的预应力钢筋主要有预应力螺纹钢筋、钢丝和钢绞线,预应力螺纹钢筋(精轧螺纹钢筋)，可直接用配套的连接器接长和螺母锚固。特点：锚固简单、无需冷拉焊接、施工方便。,4.4 预应力混凝土工程,预应力钢丝是采用优质高碳钢盘条经酸洗或磷化后冷拔制成。根据加工深度的不同，可分为冷拉钢丝、消除应力钢丝、刻痕钢丝；根据表面形状可分为光圆钢丝和螺旋肋钢丝。,预应力钢绞线一般用7根冷拉钢丝在交线机上以一根钢丝为中心，其余6根钢丝围绕其进行螺旋状绞合，并经消除应力回火处理而成。钢绞线的整根破断力大，柔性好，施工方便。,酸洗和磷化是针对金属表面处理的工序。酸洗就是用一定浓度的酸清洗金属以除去表面的锈。磷化就是用磷化液浸泡酸洗过的金属，使其表面形成一层氧化膜，可起到防锈作用。,螺纹钢筋,预应力钢丝,预应力钢绞线,张拉锚固体系包括锚具、夹具、连接器和锚下支撑系统。,锚具在后张法结构或构件中，用于保持预应力筋的拉力并将其传递到砼上所用的永久性锚固装置。,夹具在先张法构件施工时，用于保持预应力筋的拉力并将其固定在生产台座(或设备)上的临时性锚固装置,连接器是将多段预应力筋连接形成一条完整预应力锚束的装置。,预应力锚固体系总成图,张拉端锚具,锚固端锚具,连接器,波纹管及预应力筋,4.4.2 预应力张拉锚固体系,4.4 预应力混凝土工程,1) 预应力螺纹钢筋锚具,预应力螺纹钢筋锚具由螺母和垫板组成，可锚固25、32高强精轧螺纹钢筋。主要用于先张法、后张法施工的预应力箱梁、纵向预应力及大型预应力屋架。连接器主要用于螺纹钢筋的接长。,精轧螺纹钢锚具、连接器,垫板,连接器,4.4 预应力混凝土工程,钢质锥形锚具(锚环与锥塞组成),锚环,锥塞,钢质锥形锚具使用时，应保证锚环孔中心、预留孔道中心和千斤顶轴线三者同心，以防止压伤钢丝或造成断丝。锚塞的预压力宜为张拉力的50%60%。,2) 钢丝锚具,4.4 预应力混凝土工程,墩头锚具是利用钢丝两端的墩粗头来锚固预应力钢丝的一种锚具。具有加工简单、张拉方便、锚固可靠，成本低，但对钢丝束的等长要求较严。,常用镦头锚分为A型和B型，A型由锚杯和螺母组成，用于张拉端；B型为锚板，用于固定端。主要用于后张法施工中。,镦头锚具与预应力钢丝束,A型,B型,高强钢丝束,墩头锚具,4.4 预应力混凝土工程,夹片式锚具分为单孔夹片锚具和多孔夹片锚具，由工作锚板、工作夹片、锚垫板、螺旋筋组成。可锚固预应力钢绞线。,工作锚板,工作夹片,锚垫板,螺旋筋,波纹管,预应力筋,灌浆孔,3) 钢绞线锚具(夹片式锚具),4.4 预应力混凝土工程,为了接长预应力筋或边缘预应力筋的分段张拉，常采用连接器。按使用部位不同，可分为锚头连接器和接长连接器。,4) 连接器,4.4.3 预应力用液压千斤顶,预应力张拉设备主要有电动张拉设备和液压张拉设备两大类。电动张拉设备仅用于先张法，液压张拉设备可用于先张法与后张法，由液压千斤顶、高压油泵和外接油管组成。,张拉设备应装有测力仪器，以准确建立预应力值。张拉设备应由专人使用和保管，并定期维护和校验。,前卡式千斤顶,高压油泵,穿心式千斤顶,4.4 预应力混凝土工程,常用的电动张拉机械主要有：电动螺杆张拉机、电动卷扬张拉机等，常用于先张法施工中。,电动螺杆张拉机构造图 电动螺杆张拉机,电动卷扬张拉机,4.4 预应力混凝土工程,1) 电动张拉设备,是一种利用双液压缸张拉预应力筋和顶压锚具的双作用千斤顶。既可用于需要顶压的夹片锚的整体张拉，配上撑脚与拉杆后，还可张拉镦头锚和冷铸锚。广泛用于先张、后张法的预应力施工。,穿心式千斤顶,YDC型穿心式千斤顶 构造示意图,千斤顶张拉中,YDC型穿心式千斤顶,点击穿心式 千斤顶动画,2) 液压张拉设备,4.4 预应力混凝土工程,拉杆式千斤顶适用于张拉带螺丝端杆锚具、锥形螺杆锚具、钢丝墩头锚具等锚具的预应力筋。 目前常用的拉杆式千斤顶是YL60型，最大张拉力600kN,张拉行程150mm。,拉杆式千斤顶构造示意图,YL拉杆式千斤顶,点击拉杆式 千斤顶动画,4.4 预应力混凝土工程,拉杆式千斤顶,是一种具有张拉、顶锚和退楔功能的三作用千斤顶，专用于张拉及顶压锚固带钢质锥形(弗氏)锚的钢丝束。,锥锚式千斤顶,4.4 预应力混凝土工程,锥锚式千斤顶,前卡式千斤顶,将工具锚安装在千斤顶前部的一种小型穿心式千斤顶，适用于张拉单根钢绞线。,前卡式千斤顶,是一种整体预应力张拉千斤顶。采用双并列油缸的结构，扁锚采用整体一次张拉，克服了扁锚由于单孔张拉而引起构件应力不均匀，预应力筋延伸量不足，构件扭曲现象，并且可提高施工工效。可广泛用于各种锚固体系的扁锚预应力施工。, 扁锚整体张拉千斤顶,扁锚整体式千斤顶,扁锚整体式千斤顶施工图,4.4 预应力混凝土工程,高压油泵与向液压千斤顶的油缸高压供油。油泵的额定压力应等于或大于千斤顶的额定压力。高压油泵的额定压力为4080MPa。,千斤顶张拉时，张拉力的大小是通过油泵上的油压的读数来控制的。油压表的读数表示千斤顶张拉油缸活塞单位面积的油压力。在理论上如已知张拉力N，活塞面积 A，则可求出张拉时油表的相应读数P 。,ZB型油泵,YBZ型 高压泵站,3) 高压油泵,4.4 预应力混凝土工程,4.4 预应力混凝土工程,4.4.4 预应力混凝土施工工艺 P194,1 先张法施工 2 后张法施工 3 无粘结预应力施工,1 先张法施工,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 (机组流水法)种。,先张法施工动画,4.4 预应力混凝土工程,支侧模安预埋件,浇混凝土,制作混凝土试块,养护拆模,放松预应力筋,压试块,构件起吊堆放,先张法预应力筋张拉,4.4 预应力混凝土工程,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、槽形台座和钢模台座等。台座可成批生产预应力构件。,墩 式 长 线 台 座,1） 台座,4.4 预应力混凝土工程,墩式台座由承力台墩、台面与横梁组成，其长度宜为100150m。台座的承载力应根据构件的张拉力大小，设计成200500kN/m。台座的宽度取决于构件的布筋宽度，以及张拉预应力筋和浇筑混凝土是否方便，一般不大于2m。台座的端部应留出张拉操作场地和通道，两侧要有构件运输和堆放的场地。,墩式台座近景,墩式台座,4.4 预应力混凝土工程,墩式台座的基本形式有重力式和架构式两种。,由端柱、传力柱、横梁和台面组成，既可承受张拉力和倾覆力矩,加盖后又可作为蒸汽养护槽。适用于张拉吨位较大的吊车梁、屋架、箱梁等大型预应力砼构件。,槽式台座构造示意图,槽式台座,4.4 预应力混凝土工程,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,钢模台座,2） 预应力张拉,4.4 预应力混凝土工程,张拉程序应符合设计要求，设计未要求时应符合下表规定,张拉控制应力,先张法预应力筋张拉程序,注：表中 为张拉时的控制应力，包括预应力损失值 张拉钢筋时，为保证施工安全，应在超张拉放张至0.9 时，安 装模板、普通钢筋及预埋件等 预应力张拉时，应先调整初应力 ，该初应力宜为张拉控制应力 的10%15%,伸长值应从初应力时测量,a) 张拉程序,4.4 预应力混凝土工程,预应力损失包括如下几个部分,b) 预应力损失(先张法、后张法),预应力钢筋与管道的摩擦(后张法),锚具变形,台座温差(先张法),混凝土弹性压缩,预应力钢筋应力松弛,混凝土收缩徐变,应力松弛指钢材在常温、高应力状态下由于塑性变形而使应力随时间的延续而降低的线性。该现象在张拉后的头几分钟发展得特别快，往后趋于缓慢。,3） 预应力放张,4.4 预应力混凝土工程,砼强度达到设计规定的数值(不小于设计强度等级的75%)后，才可放松预应力筋。,a) 放张顺序,轴心受预压构件，所有预应力筋应同时放张；,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。,b) 放张方法,长线台座上放松后预应力筋的切断顺序，一般由放松端开始,逐次切向另一端。,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。,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%。,4） 先张法施工注意事项,4.4 预应力混凝土工程,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 安全 防护,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,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，张拉并锚固，然后孔道灌浆。,点击后张法施工动画,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,2 后张法施工 P198,4.4 预应力混凝土工程,后张法施工工艺示意图,4.4 预应力混凝土工程,铺底模、钢筋及侧模,埋管制孔,浇筑混凝土,制作混凝土试块,抽管、养护拆模,穿筋,锚具制作,预应力筋制作,张拉预应力筋,张拉机具准备,压混凝土试块,孔道灌浆,灌浆机具准备,制作砂浆试块,压砂浆试块,构件起吊运输,4.4 预应力混凝土工程,先张法施工工序,后张法施工工序,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,4.4 预应力混凝土工程,1） 孔道留设 P198,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，且孔道面积宜为预应力筋净面积的34倍。, 孔道直径,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。,4.4 预应力混凝土工程, 孔道布置,孔道成型方法 P198,孔道成型有钢管抽芯法、胶管抽芯法和埋管法。孔道成型的要求是：孔道的尺寸与位置正确，孔道平顺，接头不漏浆。,钢管要求平直、表面光滑，每根不超过15m，以便转动与抽管。固定钢管用的钢筋井架间距不宜大于1m，并与钢筋骨架扎牢,A 钢管抽芯法(适用于直线孔道),钢管固定井字架,防止粘结措施：浇筑后，每隔1015min时间转动钢管（两根钢管时，旋转方向要相反）；,抽管时机：初凝后、终凝前，以手指按压砼，无明显压痕又不沾浆即可抽管；常温下一般在砼浇筑后35h； 抽管顺序：先上后下；先中间，后周边；当部分孔道有扩孔时，先抽无扩孔管道，后抽扩孔管道；抽管时边抽边转、速度均匀、与孔道成一直线。 质量控制：抽管后，及时检查孔道并做好孔道清理工作，以防止穿筋困难。,胶管有夹布胶管或钢丝网胶管两种。使用前，一端封堵，另一端与阀门连接，充水(气)加压至0.50.8MPa，使胶皮管直径增大约3mm。,B 胶管抽芯法(适用于直线和曲线孔道),4.4 预应力混凝土工程,构件中固定：用钢筋井字架，间距不大于0.6m； 防止粘结措施：浇筑后不需转动胶管，只需在抽管前放水(气)降压，待管径缩小与砼脱离即可抽管； 抽管时机：抽管时间比钢管略迟； 抽管顺序：先上后下；先曲后直。,4.4 预应力混凝土工程,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。,C 预埋管法,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,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。,灌浆孔、排气孔与泌水孔,A 灌浆孔,一般在构件两端和中间每隔12m设置一个灌浆孔，孔径2025mm（与灌浆机输浆管嘴外径相适应），用木塞留设。,4.4 预应力混凝土工程,曲线孔道应在最低点设置灌浆孔，以利于排出空气,保证灌浆密实；一个构件有多根孔道时，其灌浆孔不应集中留在构件的同一截面上，以免构件截面削弱过大。,灌浆孔的方向应使灌浆时水泥浆至上而下垂直或倾斜注入孔道；灌浆孔的最大间距，抽芯成孔的不宜大于12m，预埋波纹管不大于30m。,波纹管上留设灌浆孔,木塞上留设灌浆孔,4.4 预应力混凝土工程,4.4 预应力混凝土工程,目的：防锈蚀、增加结构的抗裂性和耐久性,材料：水泥浆。孔隙大的孔道，可掺适量的细砂；用不低于42.5号的普通硅酸盐水泥；,水泥浆和水泥砂浆的强度等级不低于30MPa；水灰比0.400.45。,4.4 预应力混凝土工程,B 排气孔与泌水孔,构件的两端留设排气孔，曲线孔道的峰顶处应留设排气兼泌水孔，必要时可在最低点设置排水孔。,2） 预应力张拉 P202, 准备工作,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;,构件端头清理； 搭设张拉台，安装锚具与张拉设备。,张拉台搭设,根据构件的特点、预应力筋的形状和长度及施工方法，预应力筋张拉有如下几种张拉方法：,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35m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35m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；, 张拉方法,4.4 预应力混凝土工程,预应力箱梁的分批、对称张拉 预应力T梁的分批张拉,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。,4.4 预应力混凝土工程,分段张拉方式：在多跨连续梁板施工时，通长的预应力筋需要逐段进行张拉，第二段及后段的预应力筋利用锚头连接器与前段预应力筋进行接长。,补偿张拉方式：在早期预应力损失基本完成后再进行张拉的方式。,梁段的分段张拉施工, 张拉顺序,确定原则： a)不使砼产生超应力; b)构件不扭转与侧弯、结构不变位； c)张拉设备的移动次数最少。,4.4 预应力混凝土工程,预应力张拉的基本顺序，先中间，后上下，对称张拉,4.4 预应力混凝土工程,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，减轻梁端锚具的负荷情况。,灌浆管, 孔道灌浆,4.4 预应力混凝土工程,灌浆前应全面检