预应力钢棒技术及应用-复件课件

预应力材料技术 预应力钢棒技术及应用马永存预应力钢棒事业部 预应力钢棒事业部 Contents目录预应力技术及材料 01金属预应力材料 02预应力钢棒技术 03预应力钢棒应用 04预应力钢棒施工 05 预应力钢棒事业部 一 预应力技术及材料 1 预应力技术的发展概况1928年法国率先将高强度钢丝用于于预应力混凝土 并在20世纪40年代后得到广泛应用与发展 我国在20世纪50年代开始试验研究预应力混凝土结构 最初试用于预应力混凝土轨枕 之后于1956年在陇海线成功建成跨新沂河的预应力混凝土铁路梁桥 1957年京周公路上也修建了一座跨径为20m的装配式后张预应力混凝土简支梁桥 预应力钢棒事业部 2 预应力结构原理 预应力结构是在结构承受外荷载之前 预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力 以改善结构使用性能的结构 在工程中 采用预应力结构可以提高构件的刚度 推迟裂缝出现的时间 增加构件的耐久性 早期的酒桶 手工锯就是基于这一原理 预应力钢棒事业部 3 预应力材料 预应力材料分为两类 复合材料预应力筋金属材料预应力筋 复合材料预应力筋种类 玻璃纤维增强聚合物GFRP 芳纶纤维增强聚合物AFRP 碳素纤维增强聚合物CFRP 优点 高强 耐疲劳 质轻 耐腐蚀 非磁性等 缺点 延伸率低 抗剪能力差目前主要用于桥梁加固领域 金属材料预应力筋种类 精轧螺纹钢筋钢丝 钢绞线预应力钢棒优点 高强 低松弛 高延伸 缺点 耐腐蚀性差目前大量用于混凝土桥梁建设 预应力钢棒事业部 二 金属预应力材料 随着材料和机械工业的发展 使得金属预应力材料技术 锚固体系及施工工艺水平得到不断提高 并广泛应用于混凝土桥梁建设 推动了土木工程的快速发展 新的材料技术和锚固体系的出现 使得这一技术和方法的应用前景非常广泛 精轧螺纹钢筋 钢绞线 预应力钢棒 根据材料成型工艺可分为 精轧螺纹钢筋 钢丝 钢绞线 预应力钢棒 根据深加工工艺和施工方法可分为 有粘结 缓粘结 无粘结及体外预应力筋 预应力钢棒事业部 1 金属预应力材料特点 精轧螺纹钢筋 由于热轧控冷工艺受气温变化和设备影响因素 材料性能不稳定 外形尺寸公差大 钢绞线 虽然通过稳定化处理 但由于材料含碳量高 经过多道冷拔后 伴随着强度的提高其塑性性能大大降低 预应力钢棒 通过冷拔调质工艺得到回火索氏体组织 其析出的碳化物呈球状弥散地分布于基体中 使其具有更好的综合机械性能 预应力钢棒事业部 2 锚固性能分析 精轧螺纹钢施工控制困难 螺母拧不到位 直径32的螺距为16mm 尺寸精度大 张拉应力数据不准确 一致性差 直径32的基圆公差1 6mm 螺纹高差0 8mm 精轧螺纹钢及锚具 钢绞线夹片锚是通过钢绞线张拉放张回缩锁紧 一般单端张拉回缩量达到5mm 施工时通过超张拉解决应力损失问题 由于回缩量很难控制造成应力不准确 一致性差 低回缩锚具虽然解决了应力损失问题 但预应力筋伸长量不一致 造成预应力承载力不一致 预应力钢棒事业部 预应力钢棒螺纹锚具组件包括 高强度低松弛预应力钢棒 支承式螺纹锚具和预埋件组成 可以采用无粘结及有粘结的方式 单支或多只组合使用 预应力钢棒螺纹锚具螺纹采用挤压成型工艺 螺纹公差带采用6H 6g组合精度 因此其锚固回缩量在0 1mm 应力损失小 采用高强度螺母锚固 锚固螺距为1 5mm 施工精度高 张拉应力及伸长量一致性强 预应力钢棒螺纹锚具 预应力钢棒螺纹锚具组件 预应力钢棒事业部 三 预应力钢棒技术 1 预应力钢棒技术参数产品执行的标准为GB T5223 3 2005 预应力混凝土用钢棒 预应力钢棒事业部 2 预应力钢棒的特点 特点1 预应力钢棒采用中低碳合金钢 通过冷拔调质工艺得到金相组织为回火索氏体 其析出的碳化物呈球状弥散地分布于基体中 故回火索氏体具有更好的综合机械性能 其延伸率达到7 以上 可以做到10 预应力钢棒事业部 特点2 锚固螺纹采用挤压成型工艺 加工精度高 6H 6g 螺纹表面形成压应力 提高锚固性能 采用螺距为1 5mm高强度螺母锚固 施工应力一致性强 预应力钢棒事业部 特点3 韧性高 延伸率高 面缩好 解决了传统PC钢棒延迟断裂问题 为了解决传统PC钢棒延迟断裂问题我们采取以下措施 选用性能稳定的中碳合金钢无扭控冷热轧盘条作为原材料 采用高压穿水冷却工艺 冷却均匀 内应力小 回火采取阶梯温控时效措施 消除内应力效果明显 预应力钢棒事业部 3 预应力钢棒与同类材料比较 预应力钢棒和精轧螺纹钢比较 对两种材料进行力学性能对比 试验结果见下表 预应力钢棒事业部 对两种材料工程用量进行对比精轧螺纹钢强度低 所以选用直径较大规格 造成钢材浪费 而预应力钢棒强度较高 可选用直径较小规格 可节约30 以上的钢材 其经济效益和社会效益显著 用量对比见下表 预应力钢棒事业部 预应力钢棒螺纹锚具与钢绞线夹片锚比较 钢绞线夹片锚回缩量大 应力损失大 而预应力钢棒螺纹锚具锚固螺距为1 5mm 其回缩量小 锚固时应力损失小 钢绞线夹片锚锁紧方式是通过放张 钢绞线应力回缩拉紧 应力损失量不确定 施工时张拉力参数不准确 而预应力钢棒螺纹锚具是通过高强度锚固螺母锁紧 锚固应力损失稳定 施工张拉力准确 在静载试验台上对两种锚具进行锚固回缩量试验试验结果见下表 预应力钢棒事业部 对三种锚具进行施工应力损失比较 根据下面公式对不同锚具进行应力损失计算 弹性模量E 钢绞线取195GPa 预应力钢棒和精轧螺纹钢取200GPa 张拉应力取 con 0 75fpk fpk取值 钢绞线1860MPa 钢棒1420MPa 螺纹钢930MPa 锚固回缩量取值 钢绞线5mm 钢棒0 1mm 精轧螺纹钢1 5mm 预应力钢棒事业部 4 预应力钢棒螺纹锚具与同类产品安全性分析 精轧螺纹钢螺纹螺距大 螺纹升角大 容易松动 32精轧螺纹钢螺纹升角为9 4度 而预应力钢棒螺纹锚具螺纹升角小防松性能高 螺纹升角为1 7度 钢绞线夹片锚施工时通过超张拉解决应力损失大问题 而行业内对超张拉并没有统一标准 使得工程存在安全隐患 钢绞线韧性差 延伸率低 造成产品抗震吸能性差 材料断口为脆性断口 预应力钢棒事业部 四 预应力钢棒的应用 1 T型简支梁横向联接在T梁的横隔板处预留穿筋孔道 铺架时通过孔道用预应力钢棒联接锁紧后 就可以在桥面进行施工运输 待横隔板浇筑完成后 进行张拉锚固 此结构已在铁路T型简支梁施工中大量应用 晋中南铁路 中俄同江铁路 在公路及市政T梁施工中未设置横向预应力 因此 我们对天津 山西 吉林和湖北等省份建成20年左右T梁桥进行调查 发现普遍存在湿接缝产生裂纹问题 严重的裂纹已经延伸到桥面 造成路面破损 预应力钢棒事业部 2 连续梁竖向预应力设计使用无粘结预应力钢棒螺纹锚具 对比以往精轧螺纹钢设计 不仅大量降低钢材用量 节约37 钢材 经济效益显著 而且从施工方法及安全性方面都做了全新设计 预应力钢棒事业部 采用无粘结施工可有效改善预应力筋的防腐状态 省去了预埋管道 穿束 压浆 割除多余钢筋等工艺 减少了定位管道钢筋数量 简化了施工工艺 缩短了工期 预应力钢棒螺纹锚具应力损失小 施工数据准确 螺纹升角 增加了螺纹的摩擦角度 更有利于防松 此结构已在武汉四环线 道瓮高速等项目中应用 预应力钢棒事业部 3 斜拉索桥混凝土主塔在主塔设计中变以往单层布筋为双层布筋 使得主塔应力分布更均匀 采用无粘结方式 增加混凝土振捣空间 提高工程质量 在武汉四环线汉江特大桥中应用 预应力钢棒事业部 4 桥梁加固工程的应用 公路T梁解决湿接缝开裂问题的加固施工 每个横隔板设置上下两组锚具 每两支预应力钢棒为一组分别在横隔板两侧 通过锚板把预应力施加在横隔板两端 应用在津围线九王庄大桥 预应力钢棒事业部 箱梁提高承载力腹板加固工程 在箱梁腹板内侧设置竖向预应力钢棒 锚固端设置在桥面 便于张拉施工 应用在营口南轩桥 预应力钢棒事业部 此外在箱梁底板裂纹加固 斜拉索桥横梁加固等工程中均可以采用预应力钢棒螺纹锚具 通过以上工程的应用 可以看出预应力钢棒螺纹锚具应用前景广泛 他的应用必将提高桥梁建设的工程质量 经济和社会效益显著 预应力钢棒事业部 五 预应力钢棒的施工 采用前端引伸杆张拉 不用预留千斤顶工作长度钢筋 张拉后不需要割筋 进一步节约钢材 减少施工步骤 采用无粘结施工方案 省去了传统的后张法预应力混凝土的预埋管道 穿束