西南交《建筑施工技术》第四章课堂笔记.doc

奥鹏远程教育中心助学服务部 西南交建筑施工技术第四章 预应力混凝土工程 课堂笔记u 主要知识点掌握程度 本周我们开始学习第四章的相关内容，这一章大家将会主要学习到：预应力混凝土的特点、预应力筋种类、对混凝土要求、预应力的施加方法等概述的内容以及先张法施工；后张法施工等内容。u 知识点整理 第一节 概述一 预应力混凝土的特点普通钢筋砼结构虽然应用广泛，具有很多优点，但也存在着一些缺点，如普通钢筋砼构件抗裂性差、刚度低、挠度较大，若要满足规范对裂缝和挠度的限制要求，必然导致构件的截面尺寸过大，自重过重造成材料和劳动的浪费，也会影响使用效果，甚至有时无法建造。提高混凝土构件的抗裂度和刚度，最好的方法是采用预应力技术。普通钢筋混凝土构件的抗拉极限应变只有0.00010.00015.构件混凝土受拉不开裂时，构件中受拉钢筋的应力只有2030N/mm2.钢筋的抗拉强度未能充分发挥。预应力技术的基本原理 普通构件预应力构件普通钢筋混凝土构件和预应力构件的工作情况（如下图） 普通构件 预应力构件二 预应力筋的种类为了获得较大的预应力，预应力筋常用高强度钢材，有以下几类：1.消除应力钢丝分为光面、螺旋肋、刻痕钢丝三种，直径49mm，其强度标准值在15701770N/mm2.图 刻痕钢丝的外形2.钢绞线钢绞线有13和17两种，钢绞线的直径有8.6、9.5、10.8、11.1、12.7、12.9、15.2mm钢绞线的强度标准值在15701860N/mm2.钢绞线比较柔软，施工方便，但价格比钢丝贵。图 预应力钢绞线的截面图3热处理钢筋热处理钢筋由普通热轧中碳合金钢筋经淬火和回火调质热处理制成。具有高强度、高韧性和高粘结力等优点，直径有6、8.2和10mm分为40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr三种。热处理钢筋的螺纹外形，有带纵肋和无纵肋两种，如下图所示 带纵肋 无纵肋图 热处理钢筋外形三 对混凝土的要求在预应力混凝土结构中，一般要求混凝土的强度等级不低于C30.当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作为预应力筋时，混凝土的强度等级不宜低于C40.目前，在一些重要的预应力混凝土结构中，已开始采用C50C60的高强度混凝土，并逐步向更高强度等级的混凝土发展。在预应力混凝土构件生产中，不能掺用对钢筋有侵蚀作用的氯盐，如氯化钙、氯化钠等，否则会发生严重质量事故。四 预应力的施加方法预应力的施加方法：先张法、后张法。按钢筋的张拉方法又分为：机械张拉、电热张拉。后张法中因施工工艺的不同，又分为：一般后张法、后张自锚法、无粘结后张法。第二节 先张法施工图 先张法施工示意图 预应力筋的张拉 混凝土构件制作 达到设计混凝土强度标准值的75%时，放松钢筋 构件获得预应力一 先张法施工简介先张法生产可采用台座法、台模法两种。用台座法生产时，预应力钢筋的张拉、锚固、构件浇筑、养护和预应力筋放松等工序都在台座上进行，预应力筋的张拉力由台座承受。台模法为机组流水、传送带生产方法，此时预应力筋的张拉力由钢台模承受。先张法需要较大的场地，一般不在工地现场生产，考虑到台座和钢模的承载能力及便于起重运输等因素，一般先张法不适于生产大型构件而适于生产如预应力楼板、屋面板、檩条、小型的梁及中小型预应力吊车梁等中小型构件。台座法生产时其设备和工序简单，采用长线法生产时，一次张拉可同时生产多个构件，生产效率高，锚具造成的预应力损失相对较小，适于大批量生产中小型构件，是一种经济实用的生产方法。二 先张法施工设备（一）台座用台座法生产时，预应力钢筋张拉后临时锚固在台座的横梁上，全部预应力筋的张拉由台座承受，故台座应有足够的强度、刚度、稳定性；以免因台座变形、倾覆和滑移而引起的预应力损失。台座由台面、横梁和承力结构等组成。根据承力结构的不同，台座分为墩式台座、槽式台座、桩式台座等。1墩式台座以混凝土墩作承力结构的台座称墩式台座，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引起的预应力损失。 简易式台座 墩式台座设计墩式台座时，应进行台座的稳定性和强度验算。稳定性是指台座的抗倾覆能力。抗倾覆验算的计算简图如下图所示图 墩式台座的抗倾覆计算简图台座的抗倾覆稳定性按下式验算：式中 台座的抗倾覆安全系数M由张拉力产生的倾覆力矩，M=Tee张拉力合力T的作用点到倾覆转动点O的力臂抗倾覆力矩，如忽略土压力，则进行强度验算时，支承横梁的牛腿，按柱子牛腿计算方法计算其配筋；墩式座与台面接触的外伸部分，按偏心受压构件计算；台面按轴心受压杆件计算；横梁按承受均布荷载的简支梁计算，其挠度应控制在2mm以内，并不得产生翘曲。2.槽式台座生产吊车梁、屋架等预应力混凝土构件时，由于张拉力和倾覆力矩都较大，大多采用槽式台座。由于它具有通长的钢筋混凝土压杆，可承受较大的张拉力和倾覆力矩，其上加砌砖墙，加盖后还可进行蒸汽养护。为方便混凝土运输和蒸汽养护，槽式台座多低于地面。图 槽式台座设计槽式台座时，也应进行抗倾覆稳定性和强度验算。图 钢丝用锚固夹具图 钢丝的张拉夹具（1）夹具夹具本身须具备自锁和自锚能力。自锁即锥销、齿板或楔块打入后，在摩擦阻力的作用下，不会反弹而脱出的能力。自锚即预应力筋张拉后，摩擦阻力的作用能可靠地锚固钢筋而不被从夹具中拉出的能力。图 锥销式夹具自锁、自锚计算简图（2）钢丝的张拉机具钢丝张拉分单根张拉和多根张拉。下图表示用油压千斤顶对成组钢筋进行同时张拉，要求钢丝的长度相等，并事先调整各根钢筋的初应力相等。图 油压千斤顶成组张拉在台座上生产构件多进行单根张拉，由于张拉力较小，一般用小型卷扬机张拉，下图所示为电动卷扬机逐根张拉长线台座上的钢丝。图 卷扬机张拉布置选择张拉机具时，为了保证设备、人身安全和张拉力准确，张拉机具的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍；张拉机具的张拉行程应不小于预应力筋张拉伸长值的1.11.3倍。（二）钢筋的家具和张拉机具（1）钢筋夹具钢筋锚固多用螺丝端杆锚具、镦头锚具和销片夹具等。钢筋墩头，直径取22mm以下的钢筋用对焊机热墩或冷墩，大直径钢筋可用压模加热锻打成型。镦过的钢筋需经过冷拉，以检验镦头处的强度。销片式夹具由圆套筒和圆锥形销片组成，套筒内壁呈圆锥形，与销片锥度吻合，销片有两片式和三片式，钢筋就夹紧在销片的凹槽内。图 两片式销片夹具（2）钢筋的张拉机具先张法粗钢筋的张拉，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，故张拉较小直径钢筋可用卷扬机。此外，张拉直径1220mm的单根钢筋、钢绞线或小型钢丝束，可用YC-20型穿心式千斤顶。图 用YC-20型穿心式千斤顶张拉预应力筋三 先张法施工工艺先张法预应力混凝土构件在台座上生产时，其工艺流程如下图所示图 先张法工艺流程施工中可按具体情况适当调整。这里主要阐述几个预应力混凝土的施工问题1.预应力筋的张拉预应力筋张拉应根据设计要求进行。施工过程中应注意以下几个问题： 预应力筋的张拉控制应力预应力张拉控制应力的大小将直接影响构件的工作效果。控制应力小，所建立的预应力值小，构件工作时会出现提前开裂、挠度过大等接近普通构件的现象。控制应力过大，构件出现裂缝时的荷载与破坏荷载接近，破坏前无明显预兆，这是不允许的。且张拉力过大还易造成钢筋塑性变形、断裂、砼构件在施工中损坏等问题。故施工中一定要严格控制预应力值的大小。预应力筋的张拉控制应力一般按设计规定采用。施工中，为了弥补预应力筋某些应力损失，一般要进行超张拉，但施工时的最大张拉控制应力允许值不得超过下表中最大张拉控制应力允许值的规定，否则，可能会使钢筋的应力超过流限，产生塑性变形。先张法张拉控制应力和最大张拉控制应力允许值注：为预应力筋极限抗拉强度标准值 张拉施工程序施工中，可采用下列两种张拉程序之一进行张拉：0105%（持荷2分钟）或0103%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。如实际伸长值大于计算伸长值10%或小于计算伸长值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。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。冬季张拉预应力筋，环境温度不宜低于-15。2.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。收缩和徐变都与水泥品种和用量、水灰比、骨料孔隙率、振动成型等有关。混凝土浇筑时，振动器不得碰撞预应力筋。混凝土未达到强度前，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5.0MPa后，方可浇筑上层构件的混凝土。3.预应力筋放松混凝土强度达到设计规定的数值后，设计无规定时，应达到混凝土设计强度等级值的75%，才可放松预应力筋。预应力筋放松应根据配筋情况和数量，选用正确的方法和顺序，否则会引起构件翘曲、开裂和断筋等现象。第三节 后张法施工一、后张法施工简介图 后张法施工的工艺过程后张法的施工工艺较先张法要复杂，每个构件均需单独张拉，不便于高效大规模地生产，且后张法的锚具将永远留在构件上，与构件共同工作，所以生产成本较高，但后张法不需要较大场地，也不用台座。特别适合于施工现场生产数量不多的中、大型构件。二 后张法施工设备在后张法中，施工设备（锚具和张拉机具）与预应力筋是配套的。目前，后张法中常用的预应力筋有单根粗钢筋、钢筋束（或钢绞线束）和钢丝束三类。下面分不同的钢筋，介绍其张拉设备和锚具。（一）单根粗钢筋 1、锚具根据构件的长度和张拉工艺的要求，单根预应力钢筋可在一端或两端张拉。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墩头锚具。组成：螺丝端杆、螺母、垫板、垫片。型号有LM18-LM36，适用于直径1836mm的预应力钢筋。图 螺丝端杆锚具（1）帮条锚具帮条锚具由帮条和衬板组成。帮条采用与预应力筋同级别的钢筋；衬板采用普通低碳钢的钢板。帮条锚具的三根帮条应成120均匀布置，并垂直于衬板与预应力筋焊接牢固。图 帮条锚具（2）镦头锚具一般直接在预应力筋端部热镦、冷镦或煅打成型2.预应力筋制作单根粗钢筋预应力筋的制作包括配料、对焊工序。预应力筋的下料长度应计算确定，计算时要考虑锚具种类、对焊接头或墩粗头的压缩量、张拉伸长值和弹性回缩率、构件长度等因素。预应力钢筋下料长度的计算有以下两种情况：（1）两端采用螺丝端杆锚具；（2）一端用螺丝端杆另一端用墩头锚具。预应力筋的成品长度如下图所示。图 粗钢筋与锚具连接图及下料长度计算示意图预应力钢筋下料长度的计算有以下两种情况：（1）两端采用螺丝端杆锚具预应力筋成品长度 钢筋部分的成品长度 钢筋部分的下料长度 （2）一端采用螺丝端杆锚具，另一端采用帮条锚具：预应力筋成品长度 钢筋部分的成品长度 钢筋部分的下料长度 3.张拉设备螺丝端杆锚具设于张拉端；与其配套的张拉设备有YL-60型拉杆式千斤顶，或YC-60型、YC-20型及YC-18型穿心式千斤顶下图是用拉杆式千斤顶张拉时的工作示意图图 用拉杆式千斤顶张拉单根粗钢筋的工作原理（二）预应力钢筋束和钢绞线束1.锚具和张拉机具钢筋束河钢绞线束具有强度高、柔性好的优点，目前常用的锚具由JM12型、精铸JM12型、KT-Z型以及XM型锚具。（1）JM12型锚具JM2型锚具 JM12型锚具和YC-60型千斤顶的安装示意图（2）KT-Z型锚具这是一种可锻铸铁锥形锚具，其构造如图。可用于锚固钢筋束河钢绞线束。图 KT-Z型锚具（3）XM型锚具这是一种新型锚具，由锚板与多组三片夹片组成。主要用于锚固钢绞线束、钢筋束。性能可靠，施工方便。图 XM型锚具2.预应力筋的制作钢筋束、热处理钢筋和钢绞线是成盘状供应，长度较长，不需要对焊接长。其制作工序是：开盘下料编束下料时，宜采用切断机或砂轮锯切机，不得采用电弧切割。钢绞线在切断前，在切口两侧各50mm处，应用铁丝绑扎，以免钢绞线松散。编束是将钢绞线理顺后，用铁丝每隔1.0m左右绑扎成束，在穿筋时应注意防止扭结。预应力筋的下料长度；主要与张拉设备和选用的锚具有关。（1）当采用夹片式锚具（JM、XM型）、穿心式千斤顶张拉时，钢绞线或钢筋束的下料长度按下图所示进行计算。图 钢绞线或钢筋束下料长度计算简图两端张拉时 一端张拉时 式中 孔道长度 夹片式工作锚厚度 穿心式千斤顶长度 夹片式工具锚厚度（2）采用KT-Z型锚具、锥锚式双作用千斤顶张拉时，预应力筋或钢绞线的下料长度钢绞线或钢筋束的下料长度按下图所示进行计算。图 KT-Z型锚具、锥锚式双作用千斤顶的安装示意图两端张拉时 一端张拉时 式中 孔道长度 张拉端预应力筋束预留长度 锚具外露长度，=40mm 非张拉端预应力筋束预留长度，=80mm（三）钢丝束1.锚具钢丝束一般由几根到几十根直径35mm平行的碳素钢丝组成。目前常用的锚具有钢质锥形锚具、锥形螺杆锚具和钢丝束镦头锚具。（1）钢质锥形锚具由锚环和锚塞组成，用于锚固以锥锚式双作用千斤顶张拉的钢丝束。锚塞上刻有细齿槽，以夹紧钢丝防止滑动。图 钢质锥形锚具（2）钢丝束镦头锚具用于锚固12-54根碳素钢丝的钢丝束。分DM5A型和DM5B型，A型用于张拉端，B型用于固定端。镦头锚具的滑移值不应大于1mm。镦头锚具的镦头强度，不得低于钢丝规定抗拉强度的98%。图 钢丝束镦头锚具（3）锥形螺杆锚具用于锚固14，16，20，24和28根直径5mm的钢丝束。它由锥形螺杆、套筒、螺母等组成。图 锥形螺杆锚具锥形螺杆锚具与YL-60,YL-90拉杆千斤顶配套使用，YL-60,YL-90穿心式千斤顶亦可应用。与拉杆式千斤顶共同使用时的安装方法如下图所示图 锥形螺杆锚具与拉杆式千斤顶的安装示意图2.钢丝束的制作钢丝束的制作，随锚具形式的不同制作方式也有差异。一般包括调直、下料、编束和安装锚具等工序。用钢质锥形锚具锚固的钢丝束，其制作和下料长度计算基本上同钢筋束。用镦头锚具锚固的钢丝束，其下料长度应力求精确，对直的或一般曲率的钢丝束，下料长度的相对误差要控制在L/5000以内；并且不大于5mm;为此，要求钢丝在应力状态下切断下料，下料的控制应力为300N/mm2.钢丝下料长度，取决于是A型或B型锚具以及一端张拉或两端张拉。为防止钢丝扭结，必须进行编束。在平整场地上先把钢丝理顺平放，然后在其全长中每隔1m左右用22号铅丝编成帘子状，再每隔1m放一个按端杆直径制成的螺丝衬圈，并将编好的钢丝帘绕衬圈围成圆束绑扎牢固。图 钢丝束的编束锥形螺杆锚具的安装需经过预紧，即先把钢丝均匀地分布在锥形螺杆的周围，套上套筒，通过工具式套筒将套筒打紧，再用千斤顶和工具式预紧器以110%130%的张拉控制应力预紧，将钢丝束牢固地锚固在锚具内。图 锥形螺杆锚具的预紧3.钢丝束的张拉设备钢质锥形锚具用锥锚式双作用千斤顶进行张拉。镦头锚具用YC-60千斤顶或拉杆式千斤顶张拉。大跨度结构、长钢丝束等引申量大者，用穿心式千斤顶为宜。锥形螺杆锚具宜用拉杆式千斤顶或穿心式千斤顶张拉。三 后张法施工工艺 后张法生产工艺流程如图图 后张法生产工艺流程下面主要介绍孔道的留设