第五章 预应力混凝土结构

第5章预应力混凝土工程5.1

预应力混凝土分类和材料

特点：能提高钢筋砼构件的刚度、抗裂性、耐久性，能有效的利用高强

度钢筋和高强度等级的砼。减小构件的截面尺寸、自重轻、节省

材料，并能扩大预制装配化程度。5.1.1预应力砼分类：2．按预应力筋与砼的粘结状态分：有粘结、无粘结

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抵消或减少使用荷载作用所产

生的内力。适用范围：大柱网和大跨度结构。1．按施加预应力的方式分：先张法、后张法4．按施工方法分：预制、现浇、组合预应力砼5.1.2预应力砼材料：1.预应力混凝土钢材（1）预应力筋

①钢绞线；②预应力钢丝；③预应力螺纹钢筋。（2）涂层预应力筋①镀锌钢丝和钢绞线；②环氧涂层钢绞线；③缓粘结钢绞线；④无粘结钢绞线。2.预应力混凝土

预应力砼的强度等级不宜低于C40且不应低于C30。

3．按施加预应力大小的程度分：全预应力、部分预应力5.2预应力张拉锚固体系5.2.1夹具（代号J）是张拉并临时固定在台座上保持预应力筋张拉的工具。1.性能要求2.进场验收①外观检查；②硬度检查；③静载锚固性能试验3.预应力筋用夹具夹具效率系数5.2.2锚具（代号M）是张拉并永久固定在预应力砼结构上传递预应力的工具。1.性能要求（1）静载锚固要求（2）动载锚固要求2.进场验收3.预应力筋用锚具锚具效率系数5.2.3连接器（代号L）

所谓连接器是指用于连接预应力筋的装置。预应力筋用连接器应根据预应力筋品种、锚固要求和张拉工艺等选用。5.3预应力张拉设备5.3.1电动张拉机械1.电动螺杆张拉机2.电动卷扬张拉机5.3.2液压张拉机械1.张拉式千斤顶2.穿心式千斤顶3.锥锚式千斤顶5.3.3高压油泵

5.3.4千斤顶的标定

5.4先张法施工先张法：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。5.4.1台座1.墩式台座

（1）稳定性验算

（2）下料长度计算2.槽式台座3.钢模台座具有足够的承载力、刚度和稳定性。稳定性验算：抗倾覆K1=M1/M≥1.5

抗滑移K2=T1/T≥1.3夹具横梁台座预应力筋台面A、张拉预应力筋混凝土构件B、浇筑混凝土构件C、放张施加预应力2.锚固夹具：(1)圆锥齿板式、(2)圆套筒三片式、(3)镦头锚具。5.4.2夹具（代号J）1.张拉夹具偏心式、压销式锥销夹具圆套筒三片式夹具方套筒二片式夹具圆套筒二片式夹具(1)圆锥齿板式(2)圆套筒三片式适用于夹持3~5mm的高强钢丝，由套筒和齿板组成。适用于夹持12~14mm的单根钢筋，由套筒和三个夹片组成。(3)镦头锚具固定端镦头夹具单根镦头钢筋螺杆夹具5.4.3施工工艺：台座准备→刷隔离剂→铺放预应力筋→张拉→安侧模绑横向筋→浇砼→养护→放松预应力筋→脱模1.预应力筋的铺设2.预应力筋张拉（1）张拉方法（2）张拉控制应力表5-3张拉控制应力限值钢筋种类张拉控制应力限值先张法后张法消除应力钢丝、钢绞线0.75fptk0.75fptk热处理钢筋0.70fptk0.65fptk（3）张拉程序0→1.05σcon（持荷2min）→σcon或0→1.03σcon超张拉：就是指张拉应力超过规范规定的控制应力值。目的：为了减少应力松弛损失。持荷2min：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50%以上的松弛应力损失。适用：粗钢筋是指预应力筋由初始应力达到控制应力的加载过程和方法。（4）预应力筋张拉力计算⑴混凝土一次浇完，混凝土≮C30。⑵防止较大徐变和收缩：选收缩变形小的水泥，水灰比≯0.5，级配良好，振捣密实（特别是端部）。⑶防止碰撞、踩踏钢丝。⑷减少应力损失：非钢模台座生产，采取二次升温养护，(开始温差≯20℃，达10MPa后按正常速度升温）。（5）预应力筋伸长值验算3.混凝土浇筑和养护（1）放张要求：

混凝土达到设计规定且≮75%强度值后。4．预应力筋放张：（3）方法：▲轴心受压构件同时放张；▲偏心受压构件先同时放预压应力小的区域的，再同时放大的区域的；▲其它构件，应分阶段、对称、相互交错放张。▲粗钢筋放张应缓慢（砂箱法、楔块法、千斤顶）。锯断，剪断，熔断（仅限于Ⅰ～Ⅲ级冷拉筋）。（2）放张顺序：5.5

后张法施工后张法：是在浇筑砼构件时，在放置预应力筋的位置处预留孔

道，待砼达到一定强度（≥75%），将预应力筋穿入

孔道中并进行张拉，然后用锚具将预应力筋锚固在构

件上，最后进行孔道灌浆。将预应力筋承受的张拉力

通过锚具传递给砼构件，使砼产生预压应力。预应力筋的种类：单根粗钢筋：φ12~φ40mm，HRB335、HRB400、RRB400级钢筋钢筋束（钢绞线束）：直径φ12mm，3~6根钢丝束：由10余根或几十根钢丝组成一束适用于：大构件及结构的现场施工——预制拼装，结构张拉。特点：不需台座；但工序多、工艺复杂，锚具不能重复利用。预应力筋种类张拉端锚具张拉机械固定端锚具单根粗钢筋螺丝端杆锚具LM拉杆式千斤顶绑条锚具镦头锚具螺丝端杆锚具钢筋束（钢绞线束）JM-12型YC-60型千斤顶镦头锚具KT-Z型锥锚式千斤顶钢丝束锥形螺杆锚具拉杆式千斤顶DM5B型镦头锚具DM5A型镦头锚具钢质锥形锚具锥锚式千斤顶自锁：指锚具锚固时，将锚塞（或夹片）顶压塞紧在锚环内而不致自行回弹脱出的能力。5.5.1

锚具（代号M）自锚：指锚具锚固后，使预应力筋在拉力作用下回缩时能带动锚塞（或夹片）在锚环中自动楔紧而达到可靠锚固预应力筋的能力。螺丝端杆锚具帮条锚具JM－12型锚具锥形螺杆锚具钢质锥形锚具镦头锚具5.5.2预应力筋制作1．单根粗钢筋：式中：l——构件孔道长度，mm；工序：配料、对焊、张拉下料长度：⑴当两端用螺丝端杆锚具时：l1——螺丝端杆长度，mm；（320mm、370mm）l2——螺丝端杆外露长度，mm；（120mm~150mm）n——焊接接头个数；d——预应力筋直径；δ——伸长率；δ1——回弹率。⑵当一端用螺丝端杆锚具、一端用绑条锚具时:⑶当一端用螺丝端杆锚具、一端用镦头锚具时:【解】⑴两端用螺丝端杆锚具锚固时：【示例】21m预应力屋架的孔道长为20.80m，预应力筋为冷拉HRB400钢筋，直径为22mm，每根长度为8m，实测冷拉率δ=4%，弹性回缩率δ1=0.4%，张拉应力为0.85fpyk。螺丝端杆长为320mm，螺丝端杆外露长度为120mm，帮条长为50mm，垫板厚为15mm。计算：⑴两端用螺丝端杆锚具锚固时预应力筋的下料长度?⑵一端用螺丝端杆，另一端为帮条锚具时预应力筋的下料长度?⑶预应力筋的张拉力为多少?（张拉控制程序：0→1.03σcon）（fpyk

=500N/mm2）⑵一端用螺丝端杆，另一端为帮条锚具时：⑶预应力筋的张拉力：2．钢筋束（钢绞线束）制作：3．钢丝束制作：工序：张拉、下料、编束编束：为了保证穿入构件孔道中的预应力筋束不发生扭结。下料长度：两端张拉：一端张拉：a——张拉端留；a=850mmb——固定端留量；b=80mm工序：调直、应力下料、编束、安装锚具下料原则：必须等长下料下料方法：⑴应力下料法——300MPa⑵钢管限位法下料长度：用钢质锥形锚具时，同钢筋束；用锥形螺杆锚具时——P2425.5.3

施工工艺：安装底模绑扎钢筋、安侧模埋管、预留孔道浇砼抽管养护、拆模穿预应力筋张拉孔道灌浆起吊运输1．孔道留设：钢管抽心法、胶管抽心法、预埋（波纹）管法抽管：先上后下、先曲后直2．预应力筋张拉：⑴一般规定：≥75%⑵张拉控制应力：⑶张拉方法：L

＞24m，两端张拉。同一截面有多根筋时，张拉端宜分别设置。⑷张拉程序：⑸张拉顺序：0→1.05σcon（持荷2min）→σcon0→1.03σcon对称张拉；尽量减少张拉机械的移动次数。目的：使砼不产生超应力，构件不扭转、侧弯，结构不变位。影响增加值：当分两批对称张拉时：第二批预应力筋的张拉力FN2:第一批预应力筋的张拉力FN1:3．孔道灌浆：材料要求：水泥：≥42.5MPa；水泥浆或水泥砂浆：≥20MPa

水灰比：0.4左右；掺入木质磺酸钙或其他减水剂。目的：防止预应力锈蚀，增加结构的整体性和耐久性。吊装运输：≥15MPa灌浆顺序：先下后上叠浇构件：自上而下逐层张拉，逐层加大拉应力，但顶底相差≯5%（钢丝、钢绞线、热处理筋）5.5.4无粘结预应力技术：无粘结筋、涂料层、外包层无粘结筋：7φ4或7φ5钢绞线2．无粘结预应筋的制作：挤压涂层工艺、涂包成型工艺1．无粘结预应力筋的组成：涂料层：防腐油脂或防腐沥青作用：隔离、减少摩擦损失、防止锈蚀外包层：塑料带或塑料管作用：防止发生不可修复的破坏（运输、储存、铺设、浇筑）特点：无需留孔与灌浆，施工简单；张拉摩阻力小，预应力筋受力

均匀；可做成多跨曲线状；锚固要求高。3．锚具：⑴单孔夹片式锚具⑵XM型夹片式锚具⑶挤压锚具（a）泡沫穴模（b）塑料穴模无粘结筋张拉端凹口作法1243（a）挤压锚具固定端2315（b）镦头锚具固定端5－镦头锚具4－挤压锚具固定端锚具：4．无粘结预应力施工：⑴铺设：⑵张拉：●无粘结预应力混凝土楼盖结构的张拉顺序，宜先张拉楼板，后张拉楼面梁。板中的无粘结筋，可依次张拉。梁中的无粘结筋宜对称张拉。●无粘结曲线预应力筋的长度超过35m时，宜采取两端张拉。●当筋长超过70m时，宜采取分段张拉。●无粘结预应力筋张拉伸长值校核与有粘结预应力筋相同悬垂曲线、铺设顺序⑶端部锚头处理：张拉端凹入式构造张拉端突出式构造66－混凝土圈梁总结预应力砼工程先张法后张法施工工艺超张拉张拉程序施工工艺锚具、机械无粘结工艺下料长度名词解释：1．自锚：2．自锁：3．锚具的效率系数：4．超张法：5．预应力筋张拉控制应力：6．钢丝束应力下料法：1．DM5型锚具用于锚固的预应力筋是（）。A．单根粗钢筋Ｂ．钢筋束Ｃ．钢丝束Ｄ．钢绞线束2．预应力筋张拉时，应校核其伸长值，当实际伸长值比计算伸长值（），则

应暂停张拉，查明原因并采取措施后方可继续张拉。

Ａ．大于10%Ｂ．小于5%Ｃ．大于10%或小于5%Ｄ．大于±5%3．预留孔道时的抽管顺序应（）。

Ａ．先下后上、先直后曲Ｂ．先下后上、先曲后直

Ｃ．先上后下、先直后曲Ｄ．先上后下、先曲后直4．锚固钢绞线的较为可靠的锚具应为（）。

Ａ．DM5型镦头锚具Ｂ．JM12型夹片锚具

Ｃ．XM型多孔夹片锚具Ｄ．挤压锚具练习选择题：CCBC5．孔道较长的构件进行后张法施工，一般在两端张拉，其目的是（）。

Ａ．防止构件开裂Ｂ．提高控制精度

Ｃ．减少伸长值检测误差Ｄ．减少孔道摩擦损失6．预应力筋张拉时，应使钢筋中的应力（）。

Ａ．小于屈服强度Ｂ．大于张拉前钢筋的屈服强度

Ｃ．等于张拉前钢筋的屈服强度Ｄ．接近抗拉强度7．有6根直径为12mm的冷拉光圆钢筋组成的预应力钢筋束应用（）。

Ａ．螺丝端杆锚具Ｂ．绑条锚具Ｃ．镦头锚具Ｄ．JM12-6锚具8．预应力钢筋张拉程序中的持荷2min的作用是（）。

Ａ．降低钢筋的塑性变形Ｂ．提高钢筋的强度

Ｃ．减少钢筋预应力损失Ｄ．保证张拉施工安全9．某构件采用机械张拉后张法施工，孔道长度为29.8m，预应力筋为单根粗

钢筋，每根长8米，两端均用螺丝端杆锚具，则对焊接头数量为（）个。

Ａ．3Ｂ．4Ｃ．5Ｄ．6练习DADCC1．台座应具有足够的强度、刚度和稳定性。稳定性验算包括（）验算和（）验算两个方面。2．后张法留设孔道的抽管时间应待混凝土（）后，（）前进行。3．后张法留设孔道的常用方法有：（）、（）和（）三种。4．用预埋波纹管留设孔道时，对（）预应力筋，应采用两端张拉，这是为了（）。5．用单根粗钢筋作为预应力筋，固定端宜用锚具为（），张拉端宜用（）锚具。6．先张法预应力混凝土施工中，依靠（）来传递预应力。7．后张法施工中，预应力是依靠（）传递的。8．先张法施工配筋多的构件，预应力筋放张应（）。抗滑移抗倾覆初凝终凝钢管抽芯法胶管抽芯法预埋管法减少孔道摩擦损失绑条锚具螺丝端杆预应力筋与混凝土间的粘结力锚具同时放张曲线预应力筋和长度大于30m的直线填空题：练习填空题：9．先张法施工，粗钢筋放张应缓慢进行，常采用的方法有（）、

（）、（）。10．先张法预应力钢筋张拉程序可采用（）

或（）两种，持荷2分钟是为了（）。11．预应力筋的张拉方法有：（）、（）。12．设计钢质锥形锚具时，必须使锚具本身满足（）和（）的条件。13．无粘结预应力筋的生产工艺有：（）和（）。14．后张法预应力钢丝束的下料方法有（）和（）。练习超张拉法一次张拉法自锚