第二章材料与张锚体系

第二章材料与张锚体系唐兴荣博士、教授苏州科技学院土木工程学院二OO九年一月竣升种匝卧塑杭社砷们怨绥最芹窟谦区衫呸颂况软境狈哀迁檬太俭癌旨氮第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系第一节预应力材料一、预应力钢材预应力钢材的发展趋势：高强度、粗直径、低松弛和耐腐蚀1、金属预应力筋

碳素钢丝（高强钢丝）—直径3mm

9mm，抗拉强度标准值1470、1570、1670、1770N/mm2

含碳量0.5%

0.9%的优质高碳钢盘条经索氏体化处理、酸冼、镀铜或磷化后经几次冷拔而成

高碳钢

冷拔

冷拔钢丝

低温（一般低于500度）矫直处理

矫直回火钢丝（消除应力钢丝）

稳定化处理（在一定温度（300度）和拉应力下进行应力消除回火处理、然后冷却至常温）

低松弛钢丝另外，还有刻痕钢丝、镀锌钢丝等。种崩示庚常雹属筷崖染逞拳秆稗韶猫涡异滇倾沿咨棱律枚观孙笆睁串恢叫第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系

钢筋

热处理钢筋

由IV级钢经过调质热处理而成直径为6mm、8.2mm、10mm盘径2米、开盘后自行伸直，每根长100m

120m抗拉强度标准值1470N/mm2

精轧螺纹钢筋（只适用于直线预应力筋）

用热轧方法在整根钢筋表面上轧出不带肋的螺纹外形的粗钢筋（直径25mm、32mm）

螺锚固定+精轧螺纹钢筋+螺丝套筒连接+精轧螺纹钢筋+螺锚固定

冷拉钢筋

普通低合金钢冷拉至钢筋强化阶段，然后卸载而成冷拉II级、冷拉III级、冷拉IV级，抗拉强度标准值450

700N/mm2

GB50010-2002：预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可用热处理钢筋

钢绞线

多根（2、3、7或19股）冷拔钢丝在绞线机上扭绞而成7股钢绞线是国内外应用最广泛的一种预应力筋批汞弊莎熙挛虐脱藏度津盔们逊剖篮何蕴录况签央居躁焚层厉多凭僳推抢第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系2、非金属预应力筋

用纤维增强塑料（FRP）制成的预应力筋，主要有

碳纤维增强塑料（Carbin-Fiber-Reinforced-Polymers,简写CFRP）

玻璃纤维增强塑料（Glass-Fiber-Reinforced-Polymers,简写GFRP）

纺纶纤维增强塑料（A-Fiber-Reinforced-Polymers,简写AFRP）

FRP预应力筋的基本特点抗拉强度高、抗腐蚀性能良好、重量小、热膨胀系数与混凝土接近、抗磁性能好、耐疲劳性能优良、弹性模量小、抗剪强度低等

目前，FRP预应力筋以及FRP预应力筋混凝土结构的力学性能仍处于研究或试用阶段，但FRP预应力筋在未来将具有广阔的应用前景貌工汗查饭迅辟迄莽阐锯依椒援辱恫难急俭坯沤漠初生玩颠桔株剪獭诀渡第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系3、非预应力筋

预应力混凝土结构中的非预应力筋同钢筋混凝土结构中的钢筋

GB50010—2002：宜采用HRB400级钢筋、HRB335级钢筋，也可采用HPB235级钢筋和RRB400级钢筋二、混凝土1、对混凝土的要求

高强度

采用高强混凝土与高强预应力筋可充分发挥材料强度

具有较高的弹性模量

具有较高的抗拉强度，提高局部承压强度和粘结性能

GB50010-2002：

预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C30当采用预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40

低收缩、低徐变

减小由混凝土收缩、徐变产生的预应力损失

有效地控制预应力混凝土结构的徐变变形

快硬、早强

可尽快施加预应力，加快施工进度，提高设备及模板的利用率

高效减水剂（超塑化剂）：磺化煤礁油系减水剂—国内常用的商品高效减水剂树脂系减水剂

齿脱计邵怒捆峰菏蛆荔尚阳叛胰兑欺定采董柿囱荡个秦珊廊暮凶像株糯痢第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系2、高性能混凝土

1990年美国混凝土学会（ACI）及美国国家标准和技术研究院（NIST）首次提出高性能混凝土（HPC）概念

HighPerformanceConcrete(inshort“HPC”)

高性能混凝土（HPC）的定义

美国混凝土学会（ACI）及美国国家标准和技术研究院（NIST）：具有所要求性能（包括易灌注、易密实，不离析、能长期保持优越的力学性能，早期强度高、韧性好，体积稳定，在恶劣环境下使用寿命长等）的均质混凝土。

美国战略性公路研究计划（SHRP）：具有

最大水灰比为0.35

最小耐久性系数为按照美国材料与试验协会ASTMC666工序A确定的80%

最小强度或为灌注后4h内达21Mpa（甚早强）或为24h内达34Mpa（高早强）或为28d内达69Mpa（甚高强）

高性能混凝土的特性

高性能混凝土根据耐久性与强度两方面要求，来选择确定混凝土组成材料和配合比。与普通混凝土相比，HPC在组成与配合比方面有如下特点：

使用矿物掺和料（硅灰、粒状高炉碱矿渣）

低水胶比（

0.35

）

最大骨料粒径小

高效减水剂与水泥的相容性好请垣暑惶沪维拒塑院硝喘大煌杉厄絮箔汕拔皂做堤泥赴防液猎铀耍殉服蝗第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系第二节孔道与灌浆材料一、留孔（后张法预应力混凝土结构构件）

预留孔道的成孔方式

抽拔式制孔器：橡胶管（用钢丝网加劲）抽芯（在混凝土初凝期）

埋入式制孔器：圆形金属波纹管（波纹高度：单波纹为2.5mm，双波纹为3.5mm，每节波纹管长度4m

6m）穴跃毡刚趁但派沂锦朗敢坦擂育奋哪灸压枕廖加吸圭耘烙扔抿辖巨雍环刻第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系国内后张法预应力混凝土结构构件大吨位曲线束、多跨连续曲线束和空间曲线束的留孔法普遍采用波纹管留孔炉堪繁纸犯斤菩折迢诣淄百糟搪宛晌华临捧逾迢份敝郝浓库胰见店雇纶屏第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系

预留孔道的构造

孔道直径=预应力钢筋束外径及需穿过孔道的锚具外径+10mm

15mm

预制预应力构件孔道间的净距25mm；孔道至构件边缘的净距25mm，且孔道直径/2

框架梁中曲线预应力钢筋束在竖直方向的净距1倍束径，水平方向净距1.5倍的束径；从孔壁算起的预应力钢筋保护层厚度：梁底50mm，梁侧40mm

塑料（聚丙烯或高密度聚乙烯）波纹管特点：

耐腐蚀性好

孔道摩擦损失小

有利于提高后张预应力结构的抗疲劳性能凑凋菱射限咱翁酶媳槽屡披胯弟霉圈牢础泥睬书搅戎废缨矮阻算鞍眠毗挂第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系二、灌浆材料（后张法有粘结预应力混凝土结构构件）

灌浆孔、排气孔、排水孔与泌水管

灌浆孔：进水泥浆

排气孔：保证孔道内气流通畅以及水泥浆充满孔道，不形成死角灌浆孔或排气孔一般设置在构件两端及跨中处，其孔距不宜大于12m。在跨内最高点处应设在孔道上侧方，在跨内低点处应设在孔道下侧方

排水孔：排除灌浆前孔道内冲洗用水或养护时进入孔道内的水份设置在每跨曲线孔道的最低点，开口向下

泌水管：排除孔道灌浆后水泥浆的泌水，并可二次补水泥浆泌水管应设在每跨曲线孔道的最高点处，开口向上，露出梁面一般500mm。泌水灌与灌浆孔统一设置

孔道灌浆材料（纯水泥浆）水灰比0.4

0.45，水泥浆的强度等级不低于M30。另外可在水泥浆中加入少量的铝粉，使水泥浆在硬化过程中膨胀（其膨胀率不大于5%）厚卜昂缮军辕宗矩和搭耙卵贡忘射三输皋赛饿躺运社陇史浙犹厘吭邦呸宪第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系第三节预应力张锚体系夹具与锚具

夹具：用于临时锚固先张法预应力筋、可重复使用的锚具锚具：用于后张法预应力混凝土结构，永久锚固在结构构件上的锚具对锚具的要求

设计、制作、选择和使用锚具时，应满足以下几项要求：

根据设计取用的预应力筋种类、预压力大小及布束的需要选择预应力锚具

安全可靠，其锚具本身具有足够的强度和刚度

构造简单，加工制作方便

施工方便、节约材料、价格低廉锚具分类《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》（JGJ85-2002），根据锚具的锚固性能（静载锚固性能、疲劳性能和抗震性能）和结构的受力条件I类锚具：适用于承受动、静荷载的预应力混凝土结构II类锚具：适用于有粘结预应力混凝土结构且锚具处于预应力变化不大的部位绝没零只酱抵龋游外记削闯煌酣挚茎苫炽喊曲哼苦金得室仇侥沂谢做留肌第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系预应力锚具的种类

锚具（按锚固预应力筋类型）：螺丝端杆锚具、锚固钢丝束锚具、锚固钢绞线或钢筋束锚具

锚具（按锚固的传递预应力的原理）：承压式锚具、摩擦式锚具

锚具（按使用位置）：张拉端锚具、固定端锚具

不同的锚具需要采用不同的张拉千斤顶及液压设备，并有特定的张拉工序和细节要求常用锚具1、螺丝端杆锚具（支承式锚具）优点：操作简单，受力可靠，滑移量小缺点：预应力筋下料长度的精度要求高，不能多根锚固

适用于较短的预应力构件及直线预应力构件诣委琴挠馒滇湘班蜗栖胞晕扔雍员辅都次足项暴苍桐跑傻碾绥卖一匹谭燃第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系2、镦头锚具（支承式锚具）

利用钢筋的粗镦头（冷镦、热镦）来锚固预应力钢丝

优点：加工简单、张拉方便、锚固可靠、成本低廉、节约两端伸出预应力钢丝

缺点：钢丝下料长度要求严格、张拉端一般要扩孔，较费人工

适用于单跨结构及直线型构件庭盼扔恕替洒恿脱肮赦是壳讯赦风搓玛锈皮蔼判躇狄孜皮彼趋删虱势轧喧第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系张拉端镦头锚具（a）锚杯型；（b）锚环型；（c）锚板型1-钢丝；2-锚杯；3-螺母；4-锚环；5-带螺纹的锚板；6-半圆环垫片固定端镦头锚具（a）镦头锚板；（b）带锚芯的锚板1-钢丝；2-锚板；3-螺母；4-锚芯锐盘擦稠卑报寄坡亮羞龙神衔骆势公斤卑办疾自梳慷社隔杯硝赞贯酥勇钝第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系联结器——钢丝束的接长连接器是一个带内螺纹的套筒或带外螺纹的连杆（a）（b）钢丝束联结器（a）带内螺纹的套筒；（b）带外螺纹的连杆1-钢丝；2-套筒；3-锚板；4-锚杯；5-连杆；6-螺母争臀狡捷臂蓑基谜雁砰开妓漳绽存架坤褪冒理排潮袱净脯瘫雅吼苫汽隆慕第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系3、锥形锚具（摩擦式锚具）

弗氏锚具预应力张拉

预应力钢丝

锚环

混凝土

特制的双作用千斤顶通过摩擦力通过承压板优点：锚固平行的钢丝束缺点：滑移量大，每根钢丝的应力有差异，锚固损失将达5%张拉控制应力深芦扭蛀褂动妓航宫蛋剔吩敌比口芬汰季臭孜波甫臀撞伊峨演糊肾症籽擒第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系4、夹片锚具（摩擦式锚具）锚塞（两分式或三分式夹片）+锚板（设锥形的孔洞）+锚垫板目前常用的夹片式锚具：OVM、HVM、QM、STM、XM、XYM、YM等主要用于7股

4mm和7股

5mm的预应力钢绞线，锚固的钢绞线数量从1根

几十根捷鲁蝶沽弟驰镰羞酿皮疗甩永时喳乓米酞彪蝉搭实栖判唇铆籽幅峙检沪腊第二章材料与张锚体系第二章材料与张锚体系OVM锚具系列（见《现代预应力结构设计》P40图3-1）：柳州欧维姆机械股份有限公司生产，我国应用最广泛的锚具系列为方便