5预应力混凝土工程-(建筑施工自考)

第五章

预应力混凝土工程后张法施工先张法施工预应力混凝土的概念

预应力混凝土能充分发挥高强度钢材的作用，即在外荷载作用于构件之前，利用钢筋张拉后的弹性回缩，对构件受拉区的混凝土预先施加压力，产生预压应力，使混凝土结构在作用状态下充分发挥钢筋抗拉强度高和混凝土抗压能力强的特点，可以提高构件的承载能力。当构件在荷载作用下产生拉应力时，首先抵消预应力，然后随着荷载不断增加，受拉区混凝土才受拉开裂，从而延迟了构件裂缝的出现和限制了裂缝的开展，提高了构件的抗裂度和刚度。这种利用钢筋对受拉区混凝土施加预压应力的钢筋混凝土，叫做预应力混凝土。预应力混凝土的产生

由于混凝土抗拉性能很差，使钢筋混凝土存在两个不能解决的问题：一是需要带裂缝工作，裂缝的存在，不仅使构件刚度下降很多，而且不能应用于不允许开裂的结构中；二是从保证结构耐久性出发，必须限制裂缝开展宽度，这使高强度钢筋无法在钢筋混凝土结构中充分发挥其作用，相应地也不可能充分发挥高标高混凝土的作用。这样，当荷载增加时，只有靠钢筋混凝土构件中的截面尺寸或增加钢筋用量方法来控制构件的裂缝和变形了。这样做既不经济又必然使构件自重增加。采用预应力混凝土是解决这一矛盾的有效办法。预应力混凝土的基本原理

事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其值和分布，能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适的程度的混凝土。这就是说，它是预先对混凝土或铪构件施工加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利抵消使用荷载作用下产生的拉应力。因而使构件在使用荷载作用下不致开裂，或推迟开裂，或者减小裂缝开展的宽度，以提高构件抗裂度及刚度。预应力混凝土的发展

1、预应力混凝土的概念在19世纪末提出，但早期的试验并不成功，主要是因为对混凝土收缩与徐变的影响认识不清，预应力筋没有采用高强钢筋，因为只有高强钢筋才有足够的应变能力来抵抗混凝土的非弹性缩短。

2、直到1925年高强钢筋用于预应力结构，由法国学者弗来西奈将高强钢材引入预应力混凝土结构，并且建成了一些重要的预应力结构，预应力的愿望才得以实现。

3、我国从1956年推广应用预应力混凝土，现在无论在数量以及结构类型方面均得到迅速发展。1、预应力混凝土：

在结构或构件承受使用荷载前，对受拉区的

混凝土预先施加压应力,

以抵消或减少使用荷载

作用下产生的拉应力。2、施加预应力的目的：①提高结构或构件的抗裂度；②提高结构或构件的刚度；③充分发挥高强钢材的作用；④把散件拼成整体。概述：•

3、施加预应力的方法：•

张拉结构或构件受拉区的钢筋，并锚固在其端部，利用钢筋的弹性，使受拉区混凝土受到压应力。•

4、预应力混凝土的施工方法：•••••按施工顺序分：先张法；

后张法。按张拉方法分：

机械张拉（液压或电动螺杆）

电热张拉按钢筋材料划分：

一.预应力钢丝光圆预应力钢丝螺旋肋预应力钢丝刻痕预应力钢丝分类强度直径表面镀层表面形态处理工艺中强度预应力钢丝800~1200MPa4mm,4.8mm,5.0mm,5.1mm,6.0mm,6.25mm,7.0mm,7.8mm,8.0mm,9.0mm,9.5mm,10.0mm,11mm,12mm等无镀层预应力钢丝光圆预应力钢丝冷拉预应力钢丝（没有松弛性能要求）高强度预应力钢丝1470MPa，1570MPa1670MPa，1770MPa1860MPa等涂环氧树脂预应力钢丝螺旋肋预应力钢丝（左旋或右旋）低松弛预应力钢丝镀锌预应力钢丝刻痕预应力钢丝二.预应力钢绞线按结构分为5类①用两根钢丝捻制的钢绞线1×2②用三根钢丝捻制的钢绞线1×3③用三根刻痕钢丝捻制的钢绞线1×3I④用七根钢丝捻制的标准型钢绞线1×7⑤用七根钢丝捻制又经模拔的钢绞线(1×7)C三.冷轧带肋钢筋、冷拉钢筋冷轧带肋钢（CRB）冷轧带肋钢筋是用热轧盘条经多道冷轧减径，一道压肋并经消除内应力后形成的一种带有二面或三面月牙形的钢筋冷拉钢筋是在常温条件下，以超过原来钢筋屈服点强度的拉应力，强行拉伸钢筋，使钢筋产生塑性变形以达到提高钢筋屈服点强度1.用作预应力筋的冷轧带肋钢筋共有4个牌号：CRB650，CRB800，CRB970，CRB1170,抗拉强度分别不小于650MPa，800Mpa，970Mpa，1170MPa，公称直径有4mm，5mm，6mm2.用作预应力筋的冷拉钢筋的等级与所用热轧钢筋的强度等级与牌号关系如下表冷拉钢筋等级热轧钢筋等级Ⅱ级钢筋HRB335Ⅲ级钢筋HRB400Ⅳ级钢筋HRB500四.预应力混凝土用钢棒（PC钢棒）

钢棒表面形状有光圆、螺旋槽、螺旋肋、有纵肋带肋、无纵肋带肋这几种类型螺旋槽钢棒螺旋肋钢棒有纵肋带肋钢棒无纵肋带肋钢棒五.高级复合材料CFRP预应力碳纤维增强塑料筋(CFRP筋)是一种强度高、密度小、耐腐蚀性能良好的非金属材料,可以替代预应力混凝土结构中的普通预应力钢筋第一节

后张法施工•

工艺过程：浇筑混凝土结构或构件（留孔）→养护拆模→（达75%强度后）穿筋张拉→固定→孔道灌浆→（浆达15N/mm2,混凝土达100%后）移动、吊装.

•

适于：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

一、机具设备•

锚具按锚固性能分两类：–锚具性能Ⅰ类Ⅱ类ηa≧0.95

ηa≧0.9εu≧2.0%

εu≧1.7%

–锚具效率系数

–锚具的总应变•

用途：••

Ⅰ类——承受动、静载的无粘结、有粘结的预应力混凝土；

Ⅱ类——有粘结、预应力筋的应力变化不大的部位。（一）螺纹钢筋：

1、锚具：••

对螺纹钢筋——

螺母锚具（螺母、垫板）

适于:直径18～32mm筋。2、预应力筋制作：•调直、下料、接长；下料长度：

L=孔道长度+2(120~150)(mm)。螺母垫板接长套筒YDC型拉杆千斤顶

拉力180~5000KN

3、张拉设备：拉杆式千斤顶（YL型、

YDC型、

YGB型…）穿心式千斤顶

①

拉杆式竖向预应力筋的张拉水平预应力筋的张拉②

穿心式千斤顶

（二）钢丝束：•

1、锚具：•

张拉端——••

钢质锥形锚具（由锚环、锚塞组成，GZ型，可锚12~36根Φ5钢丝）；

镦头锚具（DM5A，锚12～54根Φ5钢丝）。•

非张拉端——用镦头锚具（锚板），DM5B钢质锥形锚具安装①钢质锥形锚具安装好的张拉端镦头锚具组成A

张拉端B

固定端②镦头锚具液压镦头器•••2、钢丝束制作：下料→编束→安锚具。

（1）下料长度：用钢质锥形锚具时，同钢筋束;

（2）下料方法：

采取应力下料，控制应力取300N/mm2。

（3）编束：

测量直径，同束误差≯0.1mm；

每隔1m编一道成帘子状；

每隔1m放一与螺杆直径一致的弹簧衬圈，绕衬圈成

束、扎牢。

钢丝束的编束（三）钢绞线束：1、锚具：•

张拉端——单孔夹片式锚具：二片式、三夹片（直、斜开缝）;多孔夹片式锚具：YJM型、XM型、QM型、LVM型、BS型…•

非张拉端——钢筋可用镦头锚具（固定板）；钢绞线可用挤压锚具或压花JM12

锚具镦头锚具JM12

锚具JM12

锚具(a)l1①

JM12－6锚具②

单孔夹片锚具③

多孔夹片锚固体系张拉端张拉端固定端多孔夹片锚固体系（VLM15B扁型张拉端锚具

）（二）后张法张拉设备：穿心式千斤顶（YC60、YC120）

――用于JM－12、JM－15锚具大孔径穿心式千斤顶（YCD、YCQ、YCW型）－－用于大吨位钢绞线束（群锚）拉杆式千斤顶锥锚式千斤顶前置内卡式千斤顶2、筋的制作：下料长度

l

：两端张拉：

l

＝l0＋2a一端张拉：

l

＝l0＋a＋b•

a－－张拉端留量（600～850mm，由机具定）•

b－－非张拉端外露长度（80～100mm）①

YC60型穿心式千斤顶工作原理图锥锚式千斤顶钢质锥形锚具大孔径穿心式千斤顶③

大吨位前卡式千斤顶YCQ型千斤顶的操作顺序二、后张法施工工艺1、要求：位置准确；内壁光滑；–

端部预埋钢板垂直于孔道轴线（中心线）；–

直径、长度、形状满足设计要求（直径取决于锚具及筋）。2、方法：

①钢管抽芯法（直孔）——钢管应平直、光滑，用前刷油；每根长≯15m，每端伸出500mm；两根接长，中间用木塞及套管连接；用钢筋井字架固定，@≯1m；浇混凝土后每10～15min转动一次；混凝土初凝后、终凝前抽管；抽管先上后下，边转边拔。（灌浆孔间距≯12m）

②胶管抽芯法－－用于长孔或曲线孔。有一定刚度或充压；钢筋井字架@≯0.5m；抽管时间较钢管略迟（可200h·℃后）。

③埋管法－－预埋波纹（螺旋）管。接头严密，有一定刚度；定位筋间距≯1.2m

；波峰设排气泌水管，间距≯30米。（一）孔道留设：孔道留设的基本要求:

构件中留设孔道主要为穿预应力钢筋(束)及张拉锚固后灌浆用。孔道留设的基本要求：

①孔道直径应保证预应力筋(束)能顺利穿过。

②孔道应按设计要求的位置、尺寸埋设准确、牢固，浇筑混凝土时不应出现移位和变形。

③在设计规定位置上留设灌浆孔。

④在曲线孔道的曲线波峰部位应设置排气兼泌水管，必要时可在最低点设置排水管。

⑤灌浆孔及泌水管的孔径应能保证浆液畅通。2、孔道留设的方法

预留孔道形状有直线、曲线和折线形，孔道留设方法：1)钢管抽芯法(图6-29)预先将平直、表面圆滑的钢管埋设在模板内预应力筋孔道位置上。在开始浇筑至浇筑后拔管前，间隔一定时间(一般15min)要缓慢匀速地转动钢管；待混凝土初凝后至终凝之前，用卷扬机匀速拔出钢管即在构件中形成孔道。钢管抽芯法只用于留设直线孔道，钢管长度不宜超过15m，钢管两端各伸出构件500mm左右，以便转动和抽管。构件较长时，可采用两根钢管，中间用套管连接(图6-30)。抽管时间与水泥品种、浇筑气温和养护条件有关。采用钢筋束镦头锚具和锥形螺杆锚具留设孔道时，张拉端的扩大孔也可用钢管成型，留孔时应注意端部扩孔应与中间孔道同心。2)胶管抽芯法胶管采用5～7层帆布夹层，壁厚6～7mm的普通橡胶管，用于直线、曲线或折线孔道成型。胶管一端密封，另一端接上阀门，安放在孔道设计位置上；待混凝土初凝后、终凝前，将胶管阀门打开放水(或放气)降压，胶管回缩与混凝土自行脱落。一般按先上后下、先曲后直的顺序将胶管抽出。如图6-31所示。3)预埋管法

预埋管法是用钢筋井字架将黑铁皮管、薄钢管或金属螺旋管固定在设计位置上，在混凝土构件中埋管成型的一种施工方法。如图6-32、图6-33、图6-34所示。钢管的连接钢管的埋设抽管张拉1.用钢管抽芯法制作预应力屋架2.用胶管抽芯法制作箱梁（北京亦庄地铁高架线工程预制场）浇筑后，胶管由拖拉机拉出穿筋，待张拉钢筋安装与胶管固定张拉后，封闭锚具，24h后注浆3.波纹管（螺旋管）金属波纹管波纹管及锚座安装塑料波纹管现场施工预制公路桥梁构件预埋的波纹管构件预制波纹（螺旋）管的连接留灌浆孔管的固定•••（二）预应力筋制作(二)预应力筋张拉：

张拉条件：

①结构的混凝土强度符合设计要求或达75%强度标准值；

②块体拼接者，立缝混凝土或砂浆符合设计或≮块体混凝土强度的40%，且≮15N/mm2。1.张拉应力：(比先张法均低0.05f)2、张拉程序：与所用锚具有关，一般同先张法。3、张拉力计算4、张拉顺序

预应力筋张拉顺序应按设计规定进行；如设计无规定时，应采取分批分阶段对称地进行。5、张拉要求用穿心式液压千斤顶进行对称张拉预应力张拉和控制张拉完成，等待注浆、封端和拆除底模（4）孔道灌浆：1.目的：防止生锈；增加整体性。2.基本要求：（尽早进行，饱满、密实）①水泥≮42.5级的普通硅酸盐水泥；②水泥浆强度≮30MPa，30min内用完；③水灰比0.4左右，不得大于0.45

；④自由泌水率≯1％，泌水应在24h内全部被吸收；⑤宜掺无腐蚀性外加剂：膨胀剂、减水剂；⑥孔道湿、洁净，由下层孔到上层，由低处向高处；⑦灌满孔道并封闭排气孔后，加压0.5～0.7MPa，稳压1～2min后封闭灌浆孔；⑧较长孔道宜采用真空辅助注浆。普通压浆与真空辅助压浆比较真空注浆原理抽真空机压浆泵某桥梁锚头端部处理

（四）无粘结预应力混凝土施工：•

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；构件整体性略差，锚固要求高。•••

适用：现场整浇结构（梁板等）。1.无粘结筋的制作：

钢丝束、钢绞线束外包涂料及包裹层

钢绞线：常采用低松弛钢绞线Φs15

涂料层：－20℃～＋70℃不变脆，稳定性好，防腐、润滑。

包裹层：塑料管，壁厚

0.8mm以上。

2.存放：

有明显标记，成盘立放

，不挤压，不暴晒。无粘结筋张拉端凹口作法（b）塑料穴模（a）泡沫穴模楼板预应力筋的板边张拉端中间张拉端楼板无粘结预应力筋的铺设

塑料穴模

梁侧模泡沫穴模某梁无粘结筋张拉端穴模非张拉端锚固方式挤压式前卡式千斤顶张拉设备–

滑脱、断裂数量≯2%（同一截面总量的）。•

3.铺设预应力筋：

条件——其他钢筋安装后。

顺序——纵横交叉者，先低后高。

就位固定——垫铁、马凳，或与其他筋固定。

•

避免两向相互穿插，端头与承压板垂直、贴紧4.张拉：

–

顺序符合设计要求

–

40m内一端张拉；＞40m，两端张拉。

–

先用千斤顶抽动1～2次。

待封闭保护的张拉端5、端部处理：

–

锚固后在锚具夹片外保留≮30mm切断；

–

锚具的保护层厚度≮50mm；

–

外露预应力筋的保护层厚度：正常环境≮20mm；易受腐蚀的

环境≮50mm。楼板的分段张拉张拉端凹入式构造6－混凝土圈梁6锚头端部处理方法

张拉端突出式构造第二节

先张法施工•

工艺过程：张拉固定钢筋→浇混凝土→养护（至75%强度）→放松钢筋•

适用于：构件厂生产中、小型构件（楼板、屋面板、吊车梁、薄腹梁……）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、放张施加预应力一、设备与机具（一）台座：1、要求：有足够的强度、刚度和稳定性；满足生产工艺的要求。2、形式：①墩式（传力墩、台面、横梁）

长度100～150m，适于中、小型构件。②槽式（传力柱、上下横梁、砖墙）长45～76m，适于双向预应力构件，

易于蒸汽养护。③钢模台座构架式重力式(1)墩式台座的几种形式与台面共同作用式桩基构架式砖墙

压杆砖墙

压杆(2)槽式台座构造

上横梁下横梁某构件厂的墩式台座与预应力构件制作现场墩式台座台座横梁及张拉设备槽式台座及张拉设备槽式台座及整体张拉布置传力柱（压杆）

台座固定横梁

锚固夹具

台座式千斤顶活动横梁预应力筋张拉夹具预应力构件（二）夹具：1、锚固夹具：①圆套筒夹片式（二片式、三片式）

•

——锚固单根直径12～14预应力筋；②螺母夹具——锚固精轧螺纹钢。③镦头夹具（带槽螺栓、梳子板等）锚固：钢筋、钢丝（冷镦）要求：镦头强度不低于材料强度的98%，钢丝束长度差值≯L/5000、≯5mm。2、张拉夹具：偏心式、楔形、与锚固夹具相同。①圆套筒二片式夹具②螺母夹具及接长套筒

——用于螺纹钢筋螺母垫板连接套筒单根镦头钢筋螺杆夹具③镦头夹具

（三）张拉机械•

液压千斤顶：•

穿心式、拉杆式、台座式……。

穿心式千斤顶拉杆式千斤顶台座式千斤顶预应力筋种类控制应力最大应力钢丝、钢绞线0.75fptk0.80fptk预应力螺纹钢筋0.85fpyk0.90fpyk•••

常用：

0→1.05