《建筑施工技术》教学课件-预应力混凝土工程

2020/5/31,1,5.预应力混凝土工程,2020/5/31,2,特点:可以采用高强度预应力筋和高强度等级混凝土,从而减小了构件的截面,减轻了自重,节约了材料.它推迟了结构裂缝的出现和开展,以至使结构不开裂.从而提高了结构的刚度、抗裂度和耐久性.它扩大了混凝土结构的应用范围.,2020/5/31,3,5.1预应力混凝土分类和材料,2020/5/31,4,二、材料：(一)预应力混凝土混凝土强度等级不宜低于C30;当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力筋时,混凝土强度等级不宜低于C40(二)预应力钢材,2020/5/31,5,三.夹具(代号J)夹具Grip在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)上的临时性锚固装置;在后张法预应力混凝土结构或构件施工时,在张拉千斤顶或设备上夹持预应力筋的临时性锚固装置。张拉夹具:将预应力筋和张拉机械相连,进行预应力筋张拉的工具。锚固夹具:将预应力筋临时固定在台座横梁上的工具。,2020/5/31,6,(一)张拉夹具:1.偏心式夹具2.压销式夹具,2020/5/31,7,(二)锚固夹具:1.圆锥齿板式夹具:适用夹持35mm的碳素钢丝，由套筒和齿板组成。2.圆套筒三片式夹具：适用夹持1214mm的单根钢筋3.镦头锚具：属自制的锚具。钢丝的镦头是采用液压冷镦机进行的，钢筋直径小于22mm采用热镦方法，钢筋直径等于或大于22mm采用热锻成型方法。,2020/5/31,8,(三)性能要求:先张法预应力筋张拉锚固体系是否安全可靠,不仅要看夹具各部件的质量是否合格,而且要看预应力筋夹具组装件的锚固性能是否满足要求.,预应力筋-夹具组装件Prestressingtendon-gripassembly单根或成束状态的预应力筋和安装在端部的夹具组合装配而成的受力单元.,镦头锚具如图所示.其中:l=2.25d+15mm,横梁,l,2020/5/31,9,1.夹具的效率系数gg=式中:Fgpu预应力筋-夹具组装件的实测极限拉力.Fpm预应力筋的实际平均极限抗拉力.由预应力钢材试件实测破断荷载平均值计算得出.要求:g0.92当预应力筋-夹具组装件达到实测极限拉力时,应由预应力筋的断裂,而不应由夹具的破坏导致试验终结.,2020/5/31,10,2.其它要求(1)夹具应具有良好的自锚性能、松锚性能和安全的重复使用性能.主要锚固零件宜采取镀膜防锈.(2)夹具进场验收时,应进行外观检查、硬度检验和静载锚固性能试验.自锚:锚具或夹具不需要外力，仅借助预应力筋的张拉力，就能可靠锚固预应力筋的性能。,2020/5/31,11,四.锚具(代号M)锚具Anchorage在后张法预应力混凝土结构或构件中,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.,锚具、夹具和连接器代号,锚具、夹具和连接器的锚固方式代号,2020/5/31,12,2020/5/31,13,2020/5/31,14,（2）支承式：a螺纹式（代号L）如：螺丝端杆锚具b镦头（代号D）如：镦头锚具、帮条锚具,2020/5/31,15,(3)锥塞式(代号Z)：钢质锥形锚具、槽销锚具等。如：锥形螺杆锚具(4)握裹式(代号W)：压花锚具、挤压锚具等。如：挤压锚具,2020/5/31,16,单孔夹片锚的组成及组装,2.锚具,单孔夹片锚,2020/5/31,17,单孔夹片锚及相应锚垫板,2.锚具,单孔夹片锚,2020/5/31,18,多孔夹片锚组成,多孔夹片锚,2.锚具,2020/5/31,19,多孔夹片锚、锚垫板及螺旋筋,多孔夹片锚,2.锚具,2020/5/31,20,锚具和张拉机械选用表,2020/5/31,21,千斤顶校验用千斤顶张拉预应力筋时,张拉力的大小主要由油泵上的压力表读数来表达.P=P压力表读数(MPa)Fp预应力筋的张拉力(N)A千斤顶活塞面积(mm),2020/5/31,22,5.2先张法施工,2020/5/31,23,一、先张法施工的特点：1.台座(或钢模)是张拉预应力筋的支点.2.夹具是张拉和临时固定预应力筋的工具,夹具是可以周转使用的.3.施加的预应力是依靠预应力筋与混凝土之间的粘结力进行传递的.预应力混凝土构件先张法施工适用于在构件厂生产中小型预应力混凝土构件,如楼板、屋面板、中小型吊车梁,2020/5/31,24,二、台座：(一)墩式台座(又称“长线台座”)1.组成：台墩、台面和横梁等。,2020/5/31,25,2.稳定性验算：墩式台座一般由现浇钢筋混凝土制成.台座应具有足够的承载力、刚度和稳定性.,2020/5/31,26,(二)槽式台座：适用于张拉力较高的大型构件，如吊车梁、屋架等。组成:压杆、上下横梁、砖墙.,2020/5/31,27,台座准备,刷隔离剂,铺放预应力筋,张拉,安侧模绑扎横向筋,浇筑混凝土,养护,放松预应力筋,堆放,脱模,出槽,制作试块,试块试压,五、施工工艺(一)工艺流程：,2020/5/31,28,(二)张拉控制应力con在下列情况下，表中的数值允许提高0.05fptk。为了提高构件制作、运输及吊装阶段的抗裂度而设置在使用阶段受压区的预应力钢筋；为了部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差因素产生的预应力损失。,fptk-预应力筋强度标准值.,2020/5/31,29,(三)张拉程序预应力筋的张拉程序有一次张拉和超张拉两种.1.一次张拉：0con2.超张拉:01.05concon01.03con（一次超张拉）(四）预应力伸长值：1.理论伸长值l,持荷min,s,p,p,E,A,l,F,l,=,D,2020/5/31,30,式中：Fp预应力筋的平均张拉力，kN。直线筋取张拉端的拉力；两端张拉的曲线筋，取张拉端的拉力与跨中扣除孔道摩阻损失后拉力的平均值；l预应力筋的长度，mm；Ap预应力筋的截面面积，mm2；Es预应力筋的弹性模量。2.实际伸长值lc实际伸长值宜从初应力约为10%con时开始量测，但必须加上初应力以下的推算伸长值。3.要求：,2020/5/31,31,(五)混凝土浇筑和养护混凝土的浇筑应一次完成，不允许留设施工缝。叠浇法：下层构件混凝土强度达5MPa后，方可浇筑上层养护：自然养护蒸汽养护：二次升温法（初次温差20；当混凝土达到7.5MPa(粗钢筋)或10MPa(钢丝、钢绞线)以上，二次升温。(六)预应力筋的放张1.放张要求放张时，混凝土强度必须符合设计要求。当设计无要求,混凝土强度75%fcuk,2020/5/31,32,2020/5/31,33,2020/5/31,34,5.3后张法施工,一.后张法施工的特点1.构件本身是张拉预应力筋的支点2.锚具是张拉和锚固预应力筋的工具,锚具是不能周转使用的3.施加的预应力是依靠构件两端的锚具来传递的,2020/5/31,35,适用范围：施工现场生产大型预应力混凝土构件，现场拼装、现浇构件。先张法和后张法区别：先张法：张拉力由台座承受，放张前混凝土无预应力，使用夹具，预应力由粘结力传递后张法：张拉力由构件承受，张拉同时压缩构件，使用锚具，预应力由锚具传递后张法预应力筋：单根钢筋、钢筋束、钢丝束、钢绞线(束),2020/5/31,36,二、预应力筋的制作(一)单根钢筋的制作1.两端张拉时;下料长度:L=L0+nl0=l-2l1+2l2+nl0L预应力筋下料长度L0预应力成品长度l构件的孔道长度l1螺丝端杆长度l2螺丝端杆的外露长度,2020/5/31,37,l24ml1=320mml2=120mml24ml1=370mml2=150mmn钢筋与钢筋、钢筋与螺丝端杆的对焊接头总数l0每个对焊接头的压缩量,l0=d2.一端张拉时,下料长度:L=L0+nl0=l-l1+l2+l3(或l4)+nl0式中:l3=70mm(帮条锚具)l4=2.25d+15mm(镦头锚具),2020/5/31,38,（二）钢筋束(钢绞线束)1.工序：下料和编束。2.下料长度计算：(1)两端张拉(2)一端张拉式中：L预应力筋的下料长度；l构件的孔道长度；a张拉端留量；a=850mmb固定端留量。b=80mm,a,l,L,2,+,=,b,a,l,L,+,+,=,2020/5/31,39,（三）钢丝束(1)“应力下料”(300MPa)1.制作工艺(2)钢管限位法下料长度的误差L/5000,且5mm2.下料长度计算(1)锥形螺杆锚具,两端张拉：,D,+,+,+,+,-,=,D,+,=,),(,2,2,2,7,6,5,0,D,l,l,l,l,L,L,2020/5/31,40,式中：L预应力筋的下料长度;L0预应力筋的成品长度;l构件的孔道长度;l5锥形螺杆长度:l5=380mm(当l30m时,每增加1.0m,螺杆应增加3mm)l6锥形螺杆的外露长度:l6=120mml7锥形螺杆的套筒长度:l7=100mmD钢丝伸出套筒的长度:D=20mmD钢丝应力下料后的弹性回缩值(由试验确定).D=10mm,2020/5/31,41,(2)采用DM5型锚具:,式中:L预应力筋的下料长度l构件的孔道长度K张拉端系数,一端张拉:K=1.0;两端张拉:K=2.0a锚板厚度或锚杯底部厚度;d钢丝镦头留量(取钢丝直径的2倍);d=2dH锚杯高度;H1螺母高度;DL张拉时钢丝伸长值;DL=C混凝土弹性压缩值(当其值很小时可略去不计).C=0,2020/5/31,42,三、施工工艺(一)工艺流程:,2020/5/31,43,(二)孔道的留设：基本要求：预留孔道的规格、数量、位置和形状应符合设计要求；孔道应平顺，端部的预埋锚垫板应垂直于孔道中心线，并定位牢固。孔道直径：比预应力筋或锚具、连接器外径大1015mm1.抽芯成孔法（1）钢管抽芯法：直线孔道。构件长15m，一根；15m，两根钢筋井字架，间距1.0m；转管1015min，初凝后、终凝前抽管(35h)，先上后下（2）胶管抽芯法：直线、曲线或折线孔道五层或七层夹布胶管和钢丝网橡皮管抽管：先上后下，先曲后直钢筋井字架，间距0.5m，且曲线孔道宜加密,2020/5/31,44,2.埋管成孔法:（1）预埋金属螺旋管法：金属螺旋管又称波纹管,是用冷轧钢带或镀锌钢带在卷管机上压波后螺旋咬合而成.,（2）预埋塑料波纹管：塑料波纹管是近几年来从国外引进的,现在国内也有生产.,2020/5/31,45,所谓张拉是指借助油泵、千斤顶和锚具拉伸并锚固预应力筋，对结构构件建立预加力的过程。,(三)预应力筋张拉：,2020/5/31,46,1.张拉强度张拉时，混凝土强度必须符合设计要求。当设计无要求，混凝土强度75%fcuk2.张拉力预应力筋张拉力式中：m超张拉系数，取值1.00、1.03或1.05；con预应力筋张拉控制应力，N/mm2；Ap一次张拉的预应力筋截面面积。,p,con,p,A,m,F,=,s,2020/5/31,47,3.张拉方法：减少摩擦损失（1）一端张拉：直线预应力筋抽芯成孔l24m；埋管成孔l30m。（2）两端张拉：曲线和折线预应力筋直线预应力筋抽芯成孔l24m；埋管成孔l30m。当同一截面中有多根一端张拉的预应力筋，张拉端宜分别设置在结构的两端。当两端同时张拉同一根预应力筋，宜先在一端锚固，再在另一端补足张拉力后锚固。,2020/5/31,48,4.张拉顺序：（1）对配有多根预应力筋的预应力混凝土构件,由于不可能同时一次张拉,应分批、对称的进行张拉。原则:分批、分阶段对称张拉。当分批张拉时，先批预应力筋损失见下式式中：钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；后批张拉的预应力筋对前批张拉的预应力筋重心处的混凝土法向应力，MPa,n,p,I,l,con,c,s,pc,s,pc,E,),(,A,A,E,E,E,E,c,s,s,s,s,a,-,=,=,E,a,pc,s,2020/5/31,49,钢筋的弹性模量，MPa；混凝土的弹性模量，MPa；预应力筋的控制应力；预应力筋的第一批应力损失值，MPa；后批张拉的预应力筋截面面积，mm；混凝土构件的净截面面积，mm。张拉力:FP1=mscon+（n-1）EsPCAP要求：mscon+（n-1）EsPC小于scon+0.05fptk,s,E,C,E,con,s,I,l,s,p,A,n,A,2020/5/31,50,措施：计算分批张拉的预应力损失值,分别加到先批张拉预应力筋的控制应力内；采用同一张拉值，逐根复拉补足。(2)平卧叠浇构件后张法预应力混凝土屋架等构件一般在施工现场平卧重叠制作,重叠层数为34层.其张拉顺序宜先上后下逐层进行.为了减少上、下层之间因摩擦引起的预应力损失,可逐层加大张拉力。,平卧重叠浇筑构件逐层增加的张拉力百分数,:塑料薄膜,油纸;:纸筋灰,柴油石腊;:废机油,石灰水,2020/5/31,51,(四)孔道灌浆：张拉后应尽早孔道灌浆目的：防止预应力筋锈蚀，增加结构的整体性和耐久性。1.材料：水泥浆；对空隙大的孔道可采用水泥砂浆灌浆。水泥：不低于32.5级普通硅酸盐水泥。水灰比0.4，搅拌后3h泌水率不宜大于2%，且不应大于3%，泌水应能在24h内全部被水泥浆吸收。水泥浆的抗压强度30N/mm2。可掺无腐蚀钢筋的外加剂（减水剂、膨胀剂）,2020/5/31,52,2.施工：灌浆设备包括；砂浆搅拌机、灌浆泵、贮浆桶、过滤网、橡胶管和喷浆嘴等.灌浆顺序应先下后上，压力灌浆二次灌浆法：第一次水泥浆泌水完成、初凝前。灌浆后孔道内水泥浆及砂浆强度达到15Mpa时，方可起吊运输或安装。,2020/5/31,53,塑料波纹管,5.波纹管及灌浆孔,2020/5/31,54,泌水孔及灌浆孔构造ConstructionofWeepingHoleandGrountingHole1波纹管，2带嘴的塑料弧形压板与海棉垫，3塑料管，4铁丝绑扎,5.波纹管及灌浆孔,2020/5/31,55,【例题1】预应力混凝土屋架，采用机械张拉后张法施工。孔道长度为29.80m，抽管成孔。预应力筋为热处理钢筋，直径为20mm，单根长度为8m。试选择锚具和张拉机械，计算预应力钢筋的下料长度、张拉力和伸长值。(热处理钢筋强度设计值1470N/mm2，张拉程序01.05con持荷2mincon）解:预应力筋为直径18mm的热处理钢筋(单根钢筋)l=29.8m24m两端张拉锚具:螺丝端杆张拉机械:YC-60型千斤顶,2020/5/31,56,计算下料长度:L=L0+nl0=l-2l1+2l2+nl0式中:l=29800l1=370l2=150n=5l0=d=20L=29800-2*370+2*150+5*20=29460(mm)预应力张拉力:张拉程序:01.05con持荷2mincon当张拉到con时:Fp=mconAp=1.0*0.65ptkAp=1.0*0.65*1470*314=300027(N)=300(KN)600(KN),2020/5/31,57,当张拉到1.05con时:Fp=1.05*300=315(KN)600(KN)伸长值计算:DL=式中:Fp=300027NL=29460mmAp=314mmEs=2.0*10N/mm得:DL=141(mm),5,5,2020/5/31,58,【例题】预应力混凝土屋架下弦配置4根直径为25mm的热处理钢筋,分四批进行张拉.张拉程序为01.03con由于混凝土弹性压缩引起的预应力损失值EsPC=12N/mm.计算各批预应力钢筋在满足张拉力控制应力要求的张拉力?解:FP2=m(scon+EsPC)AP=1.03（0.65*1470+12）*25=488920(N)FP1=msconAP=1.03*0.65*1470*25=482856(N)因为m(scon+EsPC)=996.53N/mm小于scon+0.05fptk=1029N/mm，所以张拉力符合要求。,2020/5/31,59,5.4无粘结预应力技术,在后张法预应力混凝土构件中,预应力筋分为有粘结和无粘结两种.无粘结预应力筋unbondedtendon采用专用防腐润滑油脂和塑料涂包的单根预应力钢绞线，与其被施加预应力的混凝土之间可保持相对滑动。无粘结预应力技术是在预应力筋表面涂防腐油脂并包覆塑料套管后,如同普通钢筋一样铺设在模板内,然后浇筑混凝土,待混凝土达到设计规定强度后进行张拉锚固.,2020/5/31,60,特点:无需留设孔道和孔道灌浆,施工简便,易弯成所需的曲线形状,用于曲线和折线配筋的结构.在双向连续平板和密肋板中应用比较经济合理,在多跨连续梁中也有发展前途.,曲线配筋示意图,2020/5/31,61,一、组成无粘结预应力筋由无粘结筋、涂料层和外包层三部分组成.,(一)无粘结筋：柔性较好的预应力筋制作，选用74或75钢绞线。(二)涂料层：防腐沥青或防腐油脂目的：使预应力筋和混凝土隔离，减少摩擦损失，防筋腐蚀要求：(1)在2070C温度范围内，不流淌、不裂缝、不变脆并有一定韧性；(2)使用期内化学稳定性高；(3)润滑性能好，摩擦阻力小；(4)不透水、不吸湿；(5)防腐性能好。,1,2,3,无粘结预应力筋组成1-无粘结筋;2-涂料层;3-外包层,2020/5/31