第五章第一节

1、第第5 5章章 预应力混凝土工程预应力混凝土工程5.1 概述概述预应力混凝土的学科地位预应力混凝土的学科地位 1919世纪世纪2020年代，水泥发明，混凝土问世。抗压强年代，水泥发明，混凝土问世。抗压强度高，就地取材，易于成型，但抗拉强度低，应度高，就地取材，易于成型，但抗拉强度低，应用受到限制用受到限制 1919世纪中叶，出现了钢筋混凝土。在钢筋混凝世纪中叶，出现了钢筋混凝土。在钢筋混凝土结构中，由钢筋承担拉力，混凝土承担压力，土结构中，由钢筋承担拉力，混凝土承担压力，发挥了二者的优点。发挥了二者的优点。 到到2020世纪初，钢筋混凝土广泛应用于土木工程的世纪初，钢筋混凝土广泛应用于土木工程

2、的各个领域各个领域 到到2020世纪世纪3030年代又出现了预应力混凝土，预应力年代又出现了预应力混凝土，预应力混凝土的抗裂性优于钢筋混凝土，用途更加广泛。混凝土的抗裂性优于钢筋混凝土，用途更加广泛。 土木工程随之进入了钢筋混凝土和预应力混土木工程随之进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期凝土占统治地位的历史时期混凝土时代，混凝土时代，混凝土的产量成为衡量一个国家发达水平的混凝土的产量成为衡量一个国家发达水平的指标指标 土木工程历史上有过三次大的飞跃：土木工程历史上有过三次大的飞跃： 1、砖瓦的出现、砖瓦的出现第一次飞跃，用砖瓦代替第一次飞跃，用砖瓦代替泥土、木材（土木二词来源于此

3、）；泥土、木材（土木二词来源于此）； 2、钢材的应用、钢材的应用第二次飞跃，用钢材建造第二次飞跃，用钢材建造房屋和桥梁；房屋和桥梁； 3、混凝土的兴起、混凝土的兴起第三次飞跃，混凝土广第三次飞跃，混凝土广泛应用于土木工程的各个领域泛应用于土木工程的各个领域5.1 概述概述预应力混凝土的学科地位预应力混凝土的学科地位 2特点：能提高钢筋砼构件的特点：能提高钢筋砼构件的刚度、抗裂性刚度、抗裂性、耐久、耐久性，能有效的利用性，能有效的利用高强度钢筋高强度钢筋和高强度等级的砼。减和高强度等级的砼。减小构件的截面尺寸、自重轻、节省材料，并能扩大小构件的截面尺寸、自重轻、节省材料，并能扩大预预制装配化制装

4、配化程度。程度。1原理：是在外荷载作用前，在结构或构件受拉区域，原理：是在外荷载作用前，在结构或构件受拉区域，来预先建立起内应力的砼。内应力的大小与分布应能来预先建立起内应力的砼。内应力的大小与分布应能抵消或减少使用荷载作用所产生的内力。抵消或减少使用荷载作用所产生的内力。3适用范围：大开间适用范围：大开间, ,大跨度结构和重载结构大跨度结构和重载结构5.1 概述概述PC原理、特点、适用范围原理、特点、适用范围2按预应力筋与砼的粘结状态分：按预应力筋与砼的粘结状态分： 3 3按施加预应力的方法分：按施加预应力的方法分：先张法、后张法先张法、后张法有粘结、无粘结有粘结、无粘结机械张拉、机械张拉、

5、电热张拉电热张拉1按施加预应力的方式分：按施加预应力的方式分：5.1 概述概述预应力混凝土分类预应力混凝土分类5 5按施工方法分：按施工方法分：全预应力、部分预应力全预应力、部分预应力预制、现浇、组合预应力砼预制、现浇、组合预应力砼4 4按施加预应力大小的程度分：按施加预应力大小的程度分：预应力筋：预应力筋：精轧精轧级钢筋，钢绞线级钢筋，钢绞线 高强钢丝、热处理钢筋。高强钢丝、热处理钢筋。预应力砼：预应力砼：不低于不低于C30C30；采用钢绞线、钢丝；采用钢绞线、钢丝 和热处理钢筋时不低于和热处理钢筋时不低于C40C40灌浆材料：灌浆材料：纯水泥浆纯水泥浆,M20,W/C=0.40-0.45,

6、M20,W/C=0.40-0.45 灌浆压力为灌浆压力为0.4MPa0.4MPa2)夹具和锚具：夹具和锚具：夹具：夹具：是张拉并临时固定在台座上保持预应力筋是张拉并临时固定在台座上保持预应力筋 张拉的工具张拉的工具（先张法）（先张法）。3)张拉机械：张拉机械：电动张拉机、液压张拉机电动张拉机、液压张拉机锚具：锚具：是张拉并永久固定在预应力砼结构上传递是张拉并永久固定在预应力砼结构上传递 预应力的工具预应力的工具（后张法）（后张法）。5.1 概述概述PC材料、锚具、张拉机械材料、锚具、张拉机械1)1)材料：材料：预应力钢绞线预应力钢绞线 单孔夹片锚固体系单孔夹片锚固体系 锥销夹具锥销夹具圆套筒三

7、片式夹具圆套筒三片式夹具方套筒二片式夹具方套筒二片式夹具圆套筒二片式夹具圆套筒二片式夹具固定端镦头夹具固定端镦头夹具单根镦头钢筋螺杆夹具单根镦头钢筋螺杆夹具 HVM锚具总成 HVM张拉端圆形锚 工作锚板、夹片、锚垫板、螺旋筋、波纹管 HVM固定端 H型压花锚、约束环及YH3压花机 HVM固定端 P型挤压锚及GYJ挤压机 HVM张拉端BM型扁锚 工程例子 锥形锚具 1.DM-60，2. DXM-60，3.DM-120，4. DXM-120 镦头锚具 镦头锚张拉锚固示意图1.千斤顶，2.工具螺母，3.工具拉杆，4.锚环，5.螺母，6.钢丝束 张拉设备YCWB系列千斤顶 锚具的锚固性能按使用要求分：

8、锚具的锚固性能按使用要求分：类锚具：类锚具：适用于承受动载、静载的预应力砼结构；适用于承受动载、静载的预应力砼结构；类锚具：类锚具：仅适用于有粘结预应力砼结构中预应力仅适用于有粘结预应力砼结构中预应力 筋应力变化不大的部位。筋应力变化不大的部位。锚具效率系数锚具效率系数a： 指预应力筋和锚具组装件的实际拉断力与指预应力筋和锚具组装件的实际拉断力与预应力筋的理论拉断力之比。它表示锚具的预应力筋的理论拉断力之比。它表示锚具的静载锚固性能。静载锚固性能。类类a0.95；类类a0.90capupapuaFF 1）预应力筋下料长度：预应力筋的下料长度应）预应力筋下料长度：预应力筋的下料长度应由计算确定，

9、应考虑下列因素：由计算确定，应考虑下列因素：构件孔道长度或台座长度构件孔道长度或台座长度锚锚(夹夹)具厚度具厚度千斤顶工作长度千斤顶工作长度(算至夹挂预应力筋部位算至夹挂预应力筋部位)、 镦头镦头预留量预留量预应力筋外露长度预应力筋外露长度卸锚需求，大缸预顶出卸锚需求，大缸预顶出40mm 加长套长度加长套长度5.2 预应力施工计算预应力施工计算 2）预应力筋下料长度）预应力筋下料长度（1）钢丝束下料长度）钢丝束下料长度图图5-12 采用钢质锥形锚具时采用钢质锥形锚具时 钢丝下料长度计算简图钢丝下料长度计算简图 1-混凝土构件混凝土构件; 2-孔道孔道; 3-钢丝束；钢丝束；4-钢质锥形锚具钢质

10、锥形锚具; 5-锥锚式千斤顶锥锚式千斤顶(1)两端张拉两端张拉 (2)一端张拉一端张拉 )80(221lllL21)80(2lllL (2) 钢绞线下料长度钢绞线下料长度 两端张拉两端张拉 一端张拉一端张拉)100(2321llllL图图5-14 钢绞线下料长度计算简图钢绞线下料长度计算简图1-混凝土构件；混凝土构件；2-孔道；孔道；3-钢绞线；钢绞线；4-夹片式工作锚；夹片式工作锚；5-穿心式千斤顶；穿心式千斤顶；6-夹片式工具锚夹片式工具锚 321)100(2llllL装卸锚要求？装卸锚要求？10cm10cm5cm5cm 3）预应力筋张拉力）预应力筋张拉力 (1) 预应力筋张拉力预应力筋张

11、拉力pconjAP式中式中 预应力筋的张拉控制应力；预应力筋的张拉控制应力； 预应力筋的截面面积。预应力筋的截面面积。conpA 劈裂应力劈裂应力 劈裂力劈裂力 胀裂应力胀裂应力 胀裂力胀裂力横向拉应力云图横向拉应力云图h1.5ha /h = 0 .1a1.5hha1.5hh （2）预应力筋的张拉控制应力，不宜超过）预应力筋的张拉控制应力，不宜超过表表4-1的数值。的数值。钢筋种类钢筋种类张拉控制应力限值张拉控制应力限值超张拉最大超张拉最大张拉控制应张拉控制应力力先张法先张法后张法后张法消除应力钢丝、钢消除应力钢丝、钢绞线绞线0.75fptkptk0.75fptkptk0.80fptkptk热

12、处理钢筋热处理钢筋0.70fptkptk0.65fptkptk0.75fptkptk精轧螺纹钢筋精轧螺纹钢筋0.90fpykpyk0.85fpykpyk0.95fpykpyk（3）预应力筋有效预应力值）预应力筋有效预应力值 预应力筋中建立的有效预应力值 ，可按下式计算： 对碳素钢丝与钢绞线，其有效预应力值 不宜大于0.6fptk，也不宜小于0.4fptk 。如设计上仅提供有效预应力值，则需计算预应力损失值，两者叠加，即得所需的张拉力。 niliconpe1pe式中 第 项预应力损失值。liipe3）预应力损失）预应力损失 根据预应力筋应力损失发生的时间可分为：根据预应力筋应力损失发生的时间可分

13、为：瞬瞬间损失和长期损失间损失和长期损失。张拉阶段瞬间损失包括。张拉阶段瞬间损失包括孔孔道摩擦损失、锚固损失、弹性压缩损失道摩擦损失、锚固损失、弹性压缩损失等；张等；张拉以后长期损失包括拉以后长期损失包括预应力筋应力松弛损失和预应力筋应力松弛损失和混凝土收缩徐变损失混凝土收缩徐变损失等。对先张法施工，有时等。对先张法施工，有时还有还有热养护损失热养护损失；对后张法施工，还有；对后张法施工，还有锚口摩锚口摩擦损失、变角张拉损失擦损失、变角张拉损失等；对平卧重叠生产的等；对平卧重叠生产的构件，有时还有构件，有时还有叠层摩阻损失叠层摩阻损失。 上述预应力损失的主要项目上述预应力损失的主要项目(孔道摩

14、擦损失、孔道摩擦损失、锚固损失、应力松弛损失、收缩徐变损失锚固损失、应力松弛损失、收缩徐变损失等等)，设设计时都计算在内。当施工条件变化时，应设设计时都计算在内。当施工条件变化时，应复算预应力损失值，调整张拉力。复算预应力损失值，调整张拉力。 摩阻测试 先张法：先张法：是在浇筑砼前张拉预应力筋并将预应力筋是在浇筑砼前张拉预应力筋并将预应力筋临时固定在台座或钢模上，然后浇筑砼，待砼达到临时固定在台座或钢模上，然后浇筑砼，待砼达到一定强度后放松预应力筋，借助砼与预应力筋的粘一定强度后放松预应力筋，借助砼与预应力筋的粘结，使砼产生预压应力。结，使砼产生预压应力。 1）台座：台座：墩式、槽式墩式、槽式

15、2） 夹具夹具： 张拉端、锚固端张拉端、锚固端3）施工工艺：施工工艺：台座准备台座准备 刷隔离剂刷隔离剂 铺放预应力筋铺放预应力筋 张拉张拉 安侧模绑横向筋安侧模绑横向筋 浇砼浇砼 养护养护 放松预应力筋放松预应力筋 脱模脱模5.3 先张法施工先张法施工夹具横梁台座预应力筋台面A、张拉预应力筋、张拉预应力筋混凝土构件B、浇筑混凝土构件、浇筑混凝土构件C、放张施加预应力、放张施加预应力4 4）镦式台座）镦式台座：具有足够的承载力、刚度和稳定性。具有足够的承载力、刚度和稳定性。稳定性验算：抗倾覆稳定性验算：抗倾覆 K K1 1=M=M1 1/M1.5/M1.5 抗滑移抗滑移 K K2 2=T=T1

16、 1/T1.3/T1.350.1121NeeEGLMMKP5 5）槽式台座）槽式台座：强度和稳定强度和稳定5）张拉程序：）张拉程序：超张拉法：超张拉法：0 1.05con（持荷（持荷2min）con超张拉：超张拉：就是指张拉应力超过规范规定的控制应力值就是指张拉应力超过规范规定的控制应力值目目 的：的：为了减少应力松弛损失。为了减少应力松弛损失。持荷持荷2min：钢材在常温、高应力下由于塑性变形而使钢材在常温、高应力下由于塑性变形而使 应力随时间的延续而降低。可减少应力随时间的延续而降低。可减少50% 以上的松弛应力损失。以上的松弛应力损失。是指预应力筋由初始应力达到控制应是指预应力筋由初始应

17、力达到控制应力的加载过程和方法。力的加载过程和方法。张拉力：张拉力： pconpAmF 1sppEALFL 4砼浇筑、养护砼浇筑、养护: : 一次张拉法：一次张拉法： 0 1.03con适用：钢丝适用：钢丝预应力值校核：预应力值校核：6%用用伸长值伸长值校核校核混凝土一次浇完，混凝土混凝土一次浇完，混凝土C30。防止较大徐变和收缩：防止较大徐变和收缩：选收缩变形小的水泥，水灰比选收缩变形小的水泥，水灰比0.50.5，级配良好，级配良好， 振捣密实（特别是端部）。振捣密实（特别是端部）。防止碰撞、踩踏钢丝。防止碰撞、踩踏钢丝。减少应力损失：减少应力损失：非钢模台座生产，采取二次升温养护，非钢模台座生产，采取二次升温养护，( (开始温差开始温差2020， 达达10MPa10MPa后按正常速度升温）。后按正常速度升温）。条件：条件：混