5第五章 预应力工程

第五章预应力钢筋混凝土工程教学要求,1.了解先张法施工设备中的台座、夹具以及张拉机具；2.掌握先张法施工工艺及张拉程序,为何要进行超张拉？3.了解后张法施工中的夹具以及张拉机具；4.掌握后张法施工工艺及张拉程序；5.了解无粘结预应力施工工艺。,第一节概述一、预应力混凝土的工作原理普通钢筋混凝土的抗拉极限应变只有0.00010.00015(即每米伸长0.10.15mm)，若要保证混凝土不开裂，受拉钢筋的应力只能达到2030MPa；对允许出现裂缝的构件，当裂缝宽度限制在0.20.3mm时，受拉钢筋的应力也只能达到150250MPa。这样，不仅影响构件的质量和正常使用，而且又不能充分发挥材料的作用。因此，为了克服普通钢筋混凝土构件过早出现裂缝这一缺点，人们创造了对钢筋混凝土构件施加预应力的方法。即在构件的受拉区域张拉钢筋，对混凝土预先施加压力，使混凝土产生一定的压缩变形。当构件受力后，受拉区混凝土的拉伸变形，首先与压缩变形抵消，然后随着外力的增加，混凝土才继续被拉伸，明显推迟了裂缝出现时间。甚至还可以通过合理的设计和精心施工，使构件在使用荷载作用下不出现裂缝。这种在构件使用前，拉伸结构构件受拉区钢筋，利用钢筋的弹性回缩来施加预应力的混凝土叫做预应力混凝土。如图5-1所示。(a)钢筋混凝土梁（b）预应力混凝土梁图5-1钢筋混凝土梁与预应力混凝土梁的工作性能对比,二、预应力混凝土的特点预应力混凝土能提高钢筋混凝土构件的刚度、抗裂性和耐久性。与普通钢筋混凝土相比，在同样条件下具有截面小、自重轻、质量好、材料省等优点。三、预应力混凝土的适用范围在高层建筑结构中，预应力混凝土在基础、墙、柱、楼盖、屋盖、大跨度梁、悬挂结构的吊杆中都得到应用，尤其以在楼盖、屋盖、大跨度梁中的应用最为广泛；在工业厂房中，预应力钢筋混凝土常用于檩条、大梁及屋面板等构件。四、预应力混凝土施工方法的分类1、按施加预应力的方法分类（1）机械张拉法；（2）电张法；（3）化学张拉法。2、按张拉钢筋与浇筑混凝土的先后顺序分类（1）先张法；（2）后张法。3、按预应力钢筋是否与混凝土构件粘结分类（1）有粘结预应力；（2）无粘结预应力。4、按混凝土施工方法不同分类（1）预制预应力混凝土；（2）现浇预应力混凝土；（3）叠合预应力混凝土。5、按预应力度大小分类（1）全预应力混凝土；（2）部分预应力混凝土。,第二节先张法一、先张法施工设备先张法施工设备主要由台座、夹具以及张拉机具三部分组成，如图5-3所示。,图5-3先张法构件生产现场示意图1钢横梁；2台座；3混凝土地坪；4混凝土构件；5预应力钢筋；6锚固夹具；7放松装置；8张拉夹具；9测力计；10电动卷扬机,（一）台座台座按构造型式不同可分为墩式台座和槽形台座。按承力结构不同可分为墩式、构架式、压杆式等。（二）夹具先张法中夹具分两类：一类是将预应力筋锚固在台座或钢模上的锚固夹具；另一类是张拉时夹持预应力筋用的张拉夹具。1、锚固夹具,a）圆锥齿板式；b）圆锥三槽式；c）楔形1套筒；2齿板；3钢丝；4锥塞；5锚板；6楔块图5-9（钢丝用）锥行锚固夹具,1销片；2套筒；3预应力筋图5-10（钢筋用）穿心式夹具,图5-11帮条锚具1帮条；2衬板；3预应力筋,a）张拉端锚具（A型）；b）固定端锚具（B型）图5-12钢丝束镦头锚具1锚环；2螺母；3锚板；4钢丝束,2、张拉夹具当张拉多根预应力钢丝时，通常在张拉端采用墩头夹具。常用单根钢丝张拉夹：钳式夹具、偏心式夹具、楔形夹具。,a）钳式；b）偏心式；c）楔形5-13钢丝的张拉夹具1钢丝；2钳齿；3拉钩；4偏心齿条；5拉环；6锚板；7楔块,图5-14螺丝端杆锚具（a）螺丝端杆锚具；（b）螺丝端杆；（c）螺母；（d）垫板,（三）张拉机具,图5-15用卷扬机张拉钢筋1台座；2放松装置；3横梁；4预应力筋；5锚固夹具；6张拉夹具；7测力计；8固定梁；9滑轮组；10卷扬机,图5-17油压千斤顶成组张拉装置1台模；2、3前后横梁；4钢筋；5、6拉力架横梁；7大螺丝杆；8油压千斤顶；9放松装置,a)暂时锚固、回油使油缸复位(b)张拉图5-16YC20型穿心式千斤顶1偏心夹具；2后油嘴；3前油嘴；4弹性顶压头；5销片夹具；6台座横梁；7预应力筋,二、先张法施工工艺,图5-18先张法工艺流程图,(一)预应力筋的张拉1、张拉程序超张拉法：一次张拉法：建立上述张拉程序的目的是为了减少松弛损失。所谓“松弛”，即钢筋在常温、高应力状态下具有不断产生塑性变形的特征。2、注意事项(二)混凝土浇筑(三)混凝土的养护(四)预应力筋放松当混凝土强度达到设计规定的值（一般为75%强度）后，才可放松预应力筋；放松速度要慢，避免冲击构件端部，造成开裂；对轴心受压构件，所有预应力筋应同时放松；对偏心受压构件，应先同时放松预应力较小区域的预应力筋，再同时放松预应力较大区域的预应力筋；如不能满足后二者要求时，应分批、分阶段对称、相互交错地进行放松，以防止在放松过程中，构件产生弯曲裂缝及预应力筋断裂等现象。放松方法：当预应力混凝土构件用钢丝配筋时，若钢丝数量不多，钢丝放张可采用剪切、锯割或氧-乙炔焰熔断的方法，并应先从靠近生产线中间处剪断。若钢丝数量较多，所有钢丝应同时放张，不允许采用逐根放张的方法。否则，最后的几根钢丝将承受过大的应力而突然断裂。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的横梁交点处的放张装置（砂箱或楔块等）来放张。,三、先张法预应力管桩施工工艺（一）钢筋笼制作预应力主筋加工、骨架制作（二）钢筋笼装配,图5-21先张法预应力混凝土管桩施工工艺流程图,（三）钢筋笼入模（四）机械布料、合模（五）预应力张拉（六）离心成型（七）常压蒸养（八）脱模强度检验、脱模（九）高压蒸养（十）成品检验、堆放,第三节后张法一后张法施工机具（一）预应力筋目前用于后张法的预应力筋主要有单根粗钢筋、钢丝束、钢绞线束。,图5-22预应力钢绞线（a）17钢铰线；（b）12钢铰线；（c）13钢铰线；（d）模拔钢铰线D钢铰线公称直径；A13钢铰线测量尺寸,（二）预应力筋锚固体系1单孔夹片锚固体系单孔夹片锚固体系主要用于单束钢绞线的锚固端，如图5-23所示。,图5-23单孔夹片锚固体系1钢绞线；2单孔夹片锚具；3夹片；4螺旋筋；5承压钢板,2多孔夹片锚固体系(1)JM型锚具,图5-24JM12-6型锚具(a)预应力筋与锚具连接图；(b)JM12-6型夹片；(c)JM12-6型锚环1混凝土构件；2孔道；3钢筋束；4JM12-6型锚具；5墩头锚具；6甲型锚环；7乙型锚环,(2)XM型锚具(3)QM与OVM型锚具（群锚）,图5-25XM型锚固1钢绞线；2夹片；3锚板；4锚垫板(铸铁喇叭管)；5螺旋筋；6金属波纹管；7灌浆孔,图5-26OVM型锚具,图5-27QM张拉端锚固体系结构图,3扁型夹片锚固体系4.固定端锚固体系,图5-28扁锚结构示意图,图5-29固定端P型锚具示意图,（三）张拉设备后张法用的张拉设备主要由液压千斤顶、高压油泵和外接油管等三部分组成。1.千斤顶(1)YL型千斤顶（拉杆式千斤顶）(2)YC型千斤顶（穿心式千斤顶）1）YCQ型张拉千斤顶2）YCQN型前卡千斤顶(3)YZ型千斤顶（锥锚式千斤顶）图5-33YCQ型张拉千斤顶2电动高压油泵,（四）预应力筋、锚具、张拉机具的配套使用,表5-4预应力筋、锚具、张拉机具的配套使用,二后张法施工工艺,图5-36后张法有粘结预应力施工工艺流程（穿预应力筋也可在埋管制孔前进行）,（一）孔道留设孔道留设方法钢管抽芯法、胶管抽芯法和预埋管法。（二）预应力筋张拉1.张拉时混凝土的强度：75%设计强度。图5-37波纹管2.张拉程序；与先张法相同：01.05（持荷2分钟）锚固或01.03锚固3.张拉注意事项（三）孔道灌浆（四）封锚,第四节无粘结预应力施工一、适用范围及优缺点适于一般板类结构，在双向连续平板和密肋板中更为经济合理，或用于大跨度现浇和预制梁式结构，在多跨连续梁中也可应用，或用于桥梁和机场跑道、大型基础、筒壁、池壁结构、房屋及挡土墙的加固等。二、无粘结预应力筋原材料（一）无粘结预应力筋,图5-40无粘结预应力筋截面图a外包层（护套材料）b防腐材料c预应力钢丝束或钢铰线,（二）锚具,图5-41张拉端锚具(a)镦头锚固系统张拉锚，(b)夹片式锚具张拉端1锚杯；2螺母；3承压板4螺旋筋，5塑料保护套，6无粘结预应力筋；7塑料塞；8夹片；9锚环，10钩螺丝,图5-42非张拉端锚具（a）镦头锚具端；（b）钢铰线挤压锚具1锚板；2钢丝或钢铰线；3螺旋筋；4挤压锚具,三、无粘结预应力筋的张拉设备（一）前卡式千斤顶（二）手提式超高压电动油泵四、质量要求（一）板与梁的混凝土保护层的最小厚度（二）原材料质量要求（三）无粘结预应力制作与安装工程质量要求,五、工艺流程施工准备梁板、模板制作非预应力下层筋安装绑扎无粘结预应力筋铺放、端部节点安装非预应力上层筋安装绑扎无粘结预应力起拱、绑扎隐检验收混凝土浇筑振捣混凝土养护张拉端部处理六、施工工艺过程（一）无粘结预应力筋的制作,图5-45挤压涂层工艺流水线图1放线盘；2钢丝；3梳子板；4给油