《建筑施工 技术》-单元6 预应力混凝土工程

2、缺点(1)设计和计算比普通钢筋混凝土构件复杂；(2)施工工艺多且复杂，质量要求较高；(3)需要专门的施工设备和技术条件；(4)造价较高。6.1.2预应力混凝土对材料的要求1、对钢材的要求（1）高强度（2）具有一定的塑性（3）与混凝土有较好的粘结度（4）有良好的加工性能2、对混凝土的要求（1）高强度（2）收缩、徐变小（3）尽可能做到快硬、早强6.1.3预应力钢筋的种类1、钢绞线钢绞线一般是由几根碳素钢丝在绞丝机上围绕一根中心钢丝顺一个方向进行螺旋状绞合，再经低温回火处理而成。图6-1预应力钢绞线截面图D-钢绞线直径；d0-中心钢丝直径；d-外层钢丝直径

2、高强钢丝3、热处理钢筋热处理钢筋是由普通热轧中碳合金钢筋经淬火和回火调质热处理制成。图6-2热处理钢筋外形（a）带纵肋；(b)无纵肋4、精轧螺纹钢筋图6-3

精轧螺纹钢筋外形6.1.4预应力筋的检验搞好预应力筋的检验是确保预应力混凝土构件质量的关键。因此，在预应力筋进场时，应按现行国家标准规定抽取试件做力学性能检验，其质量必须符合有关标准的规定。1）检查数量。按进场的批次和产品的抽样检验方案确定。2）检验方法。检查产品合格证、出厂检验报告和进场复验报告。3）无粘结预应力筋的涂包质量应符合无粘结预应力钢绞线标准的规定。4）预应力筋使用前应进行外观检查，其质量应符合下列要求：①有黏结预应力筋展开后应平顺，不得有弯折，表面不应有裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮和油污等。②无粘结预应力筋护套应光滑、无裂缝，无明显褶皱。③检查数量及方法：全数观察检查。④无粘结预应力筋护套轻微破损者应外包防水塑料胶带修补，严重破损者不得使用。

子单元2先张法

在浇注混凝土之前张拉预应力钢筋，待混凝土达到一定强度后，放松预应力筋并建立预应力的方法称为先张法。先张法以采用长的台座较为有利，最长有用到一百多米的，因此有时也称作长线法。1、先张法的主要工序：（1）在台座或钢模上张拉钢筋，并将钢筋临时锚固在台座上；（2）支模，浇注混凝土；（3）待混凝土达到一定强度时，切断或放松预应力钢筋。先张法生产示意图见图6-4所示。2、原理：钢筋切断后将产生弹性回缩，但钢筋与混凝土之间的粘结力阻止其回缩，因而在构件内产生预压应力，先张法中的预压力是靠钢筋和混凝土之间的粘结力来传递的。3、适用范围先张法一般用于预制构件厂生产定型的中小型构件，如楼板、屋面板、檩条及吊车梁等。也可采用槽式台座，生产深梁、箱梁、盾构的管片等。图6-4先张法主要工序示意图（a）张拉钢筋（b）支模并浇筑混凝土（c）放松并截断预应力钢筋6.2.1先张法施工的工艺流程6.2.2台座

1、墩式台座图6-6墩式台座1-混凝土墩；2-横梁；3-台面；4-预应力筋2、槽式台座它既可承受张拉力，又可作蒸汽养护槽，适用于生产吊车梁、屋架和箱梁等预应力混凝土构件。图6-7槽式台座1—钢筋混凝土端柱2—砖墙3—下横梁4—上横梁5—传力柱6—柱垫3、钢模台座图6-8钢模台座1-侧模；2-底模；3-活动铰；4-预应力筋锚固孔6.2.3夹具夹具应具有下列性能：（1）当预应力夹具装件达到实际极限拉力时，全部零件不得出现裂缝和破坏。（2）具有良好的自锚性能。（3）具有良好的松锚性能。(4)能多次重复使用。图6-9钢质锥形夹具图6-10固定端镦头夹具（a）圆锥齿板式（b）圆锥槽式1—垫片；2—镦头钢丝；3—承力板1—套筒：2—齿板；3—钢丝；4—锥塞

1、钢丝锚固夹具(1)锥形夹具(2)镦头夹具2、钢筋锚固夹具

（a）（b）（c）图6-11圆套筒三片式夹具（a）装配图（b）套筒（c）夹片

3、张拉夹具张拉夹具是将预应力筋与张拉机械连接起来进行预应力张拉的工具，常用的张拉夹具有月牙形夹具、偏心式夹具、楔形夹具等，如图6-12所示，适用于张拉钢丝和直径16mm以下的钢筋。图6-12张拉夹具（a）月牙形夹具（b）偏心式夹具（c）楔形夹具

单根钢筋之间的连接或粗钢筋与螺丝端杆的连接，可采用钢筋连接器，如图6-13为套筒双拼式连接器。图6-13套筒双拼式连接器1－半圆套筒；2－连接筋；3－钢筋镦头：4－工具式螺丝杆；5－钢圈6.2.4张拉机械张拉机械分为电动张拉和液压张拉两类，电动张拉多用于先张法，液压张拉可用于先张法，也可用于后张法。张拉机械要求工作可靠，控制应力准确，能以稳定的速率加大拉力。6.2.5先张法施工的施工要点1、预应力筋的铺设图6-14钢丝连接器1—拼接器2—钢丝2、预应力筋的张拉（2)张拉程序张拉程序可按下列之一进行：持荷2分钟超张拉法：0→1.05σcon——→σcon

或一次张拉法：0→1.03σcon（3）预应力筋伸长值与应力的测定

(6—1)式中FP——预应力筋平均张拉力，kN；

L——预应力筋的长度，mm；

AP——预应力筋的截面面积，mm2；Es——预应力筋的弹性模量，kN/mm2。图6-152CN—1型钢丝内力测定仪1—钢丝2—挂钩3—测头4—测挠度百分表5—测力百分表6—弹簧7—推杆8—表架9—螺丝

（4）预应力筋的张拉6.2.6混凝土的浇筑与养护采用重叠法生产构件时，其下层构件混凝土的强度达到5.0MPa后，方可浇筑上层构件混凝土，并采取隔离措施。6.2.7预应力筋的放张1、放张要求（1）放张预应力筋时，混凝土强度必须符合设计要求，当设计无专门要求时，不得低于设计的混凝土强度标准值的75%。放张过早由于混凝土强度不足，会产生较大的混凝土弹性回缩而引起较大的预应力损失或钢丝滑动。（2）预应力筋的放张顺序应符合设计要求，设计未规定时，应分阶段、对称、相互交错地放张。在力筋放张之前，应将限制位移的侧模、翼缘模板或内模拆除。（3）多根整批预应力筋的放张，可采用砂箱法或千斤顶法。用砂箱放张时，放砂速度应均匀一致；用千斤顶放张时，放张宜分数次完成。单根钢筋采用拧松螺母的方法放张时，宜先两侧后中间。（4）钢筋放张后，可用乙炔——氧气切割，但应采取措施防止烧坏钢筋端部。钢丝放张后，可用切割、锯断或剪断的方法切断；钢绞线放张后，可用砂轮锯切断。2、放张顺序预应力筋的放张顺序，应符合设计要求；当设计无专门要求时，应符合下列规定：（1）对承受轴心预压力的构件（如压杆、桩等），所有预应力筋应同时放张；（2）对承受偏心预压力的构件，应先同时放张预压力较小区域的预应力筋，再同时放张预压力较大区域的预应力筋；（3）当不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错地放张。以防止在放张过程中，构件产生弯曲、裂纹及预应力筋断裂等现象。（4）当预应力筋采用钢丝时，配筋不多的中小型钢筋混凝土构件，钢丝可用砂轮锯或切断机切断等方法放松。配筋多的钢筋混凝土构件，钢丝应同时放松，如逐根放松，则最后几根钢丝将由于承受过大的拉力而突然断裂，易使构件端部开裂。放松后预应力筋的切断顺序，一般由放松端开始，逐次切向另一端。预应力筋为钢筋时，对热处理钢筋及冷拉I级钢筋，不得用电弧切割，宜用砂轮锯或切断机切断。数量较多时，应同时放松。多根钢丝或钢筋的同时放松，可用油压千斤顶、砂箱和楔块等。采用湿热养护的预应力混凝土构件，宜热态放松预应力筋，而不宜降温后再放松。

3、放张方法(1)千斤顶放张图6-16千斤顶放张装置图6-17砂箱放张装置l—横梁，2—千斤顶，3—承力架，4—夹具；1—活塞2—钢套箱3—进砂口

5—钢丝,6—构件4—钢套箱底板5—出砂口6—砂子

（2）砂箱放张（3）楔块放张

（4）预热熔割采用氧炔焰预热粗钢筋放张时，应在烘烤区轮换加热每根钢筋，使其同步升温，此时钢筋内力徐徐下降，外形慢慢伸长，待钢筋出现缩颈，即可切断。此法应注意防止烧伤构件。（5）钢丝钳或氧炔焰切割4、放张注意事项用氧炔焰切割时，应采取隔热措施，防止烧伤构件端部混凝土。

子单元3后张法

后张法是在制作构件(或块体)时，在放置预应力筋的部位预留孔道，待构件混凝土达到规定强度(一般不低于混凝土设计强度的75%)后，孔道内穿入预应力筋，并用张拉机具夹持预应力筋将其张拉至设计规定的控制应力，然后借助锚具将预应力筋锚固在构件端部，最后进行孔道灌浆(也有不灌浆的），钢筋应力通过锚具传给构件混凝土,使混凝土产生预压应力。如图6-19所示为后张法生产示意图。后张法施工由于直接在混凝土构件上进行张拉，故无需固定的台座设备，不受地点限制，适用于在施工现场生产大型预应力混凝土构件，特别是大跨度构件(如屋架等），同时对特种结构和构筑物，可作为一种预应力预制构件的拼装手段，大型构件可以预制成小型块体，运至施工现场后，通过预加应力的手段拼装整体预应力结构。但其施工工序较多、工艺较复杂，后张法的锚具将永远留在构件上,与构件共同工作,所以后张法的锚具也叫做工作锚具。

图6-19后张法主要工序示意图

a)制作混凝土构件b)张拉钢筋

c)张拉端锚固并对孔道灌浆6.3.1锚具1、单根预应力钢筋锚具单根预应力钢筋根据构件长度和张拉工艺要求，可以在一端张拉或两端张拉。(1)螺丝端杆锚具。图6-20螺丝端杆锚具1－螺丝端杆，2－螺母，3－垫板，4－焊接接头，5－钢筋(2)帮条锚具

图6-21帮条锚具图6-22KT-Z型锚具

1－帮条2－衬板3－预应力钢筋1－锚环2－锚塞2、预应力钢筋束锚具(1)KT-Z型锚具

(2)JM锚具图6-23JM型锚具(a)JM型锚具;(b)夹片;(c)锚环1-锚环;2-夹片;3-钢筋束或钢绞线;4-圆钳环;5-方锚环(3)XM型锚具图6-24XM型锚具

(a)单根XM型锚具，(b)多根XM型锚具

1—夹片，2—锚环，3—锚板

(4)QM型锚具图6-25QM型锚具及配件1-锚板；2-夹片；3-钢绞线；4-喇叭形铸铁垫板；5-螺旋筋；6-预留孔道用的螺旋管；7-灌浆孔；8-锚垫板

(5)固定端用镦头锚具图6-26固定端用镦头锚具图6-27锥形螺杆锚具1－预应力筋2－镦粗头3－锚固板1－钢丝2－套筒3－锥形螺杆

4－垫板5－螺母6－排气槽3、预应力钢丝束锚具(1)锥形螺杆锚具。（2）钢丝束镦头锚具6-28钢丝束镦头锚具图6-29钢质锥形锚具1－A型锚杯2－螺母3－钢丝束4－B型锚板1－锚环；2－锚塞6.3.2张拉机械常用的张拉机械有拉杆式千斤顶(YL)、穿心式千斤顶(YC)和锥锚式千斤顶（YZ)3种。1、拉杆式千斤顶图6-30拉杆式千斤顶构造示意图1－主缸2－主缸活塞3－主缸油嘴4－副缸5－副缸活塞6－副缸油嘴7－连接器8－顶杆9－拉杆10－螺母11－预应力筋12－混凝土构件13－预埋钢板14－螺丝端杆2、穿心式千斤顶

图6-31YC-60型穿心式千斤顶的构造示意图1－张拉液压缸2－顶压液压缸(即张拉活塞)3－顶压活塞4－弹簧5－预应力筋6－工具式锚具7－螺母8－工作锚具9－混凝土构件10－顶杆11－拉杆12－连接器

I－张拉工作油室Ⅱ－顶压工作油室Ⅲ－张拉回程油室A－张拉缸油嘴B—顶压缸油嘴C—油孔3）锥锚式双作用千斤顶图6-32锥锚式双作用千斤顶构造示意图1－预应力筋2－顶压头3－副缸4－副缸活塞5－主缸6－主缸活塞7－主缸拉力弹簧8－副缸压力弹簧9－锥形卡环10－楔块11－主缸油嘴12－副缸油嘴13－锚塞14－构件15－锚环6.3.3预应力筋的制作预应力筋的制作，主要根据所用的钢筋直径、钢材品种、锚具形式及生产工艺等确定。1、单根预应力粗钢筋的制作图6-33粗钢筋下料长度计算示意图a)两端用螺丝端杆锚具b)一端用螺丝端杆锚具1－螺钉端杆2－预应力钢筋3－对焊接头4－垫板5－螺母6－帮条锚具7－混凝土构件（1）当预应力筋两端采用螺丝端杆锚具(见图6-33)时，其成品全长(包括螺丝端杆在内冷拉后的全长)L1＝l+2l2

(6—2)预应力筋(不包括螺丝端杆)冷拉后需达到的长度L0：

L0=L1-2l1

(6—3)预应力筋(不包括螺丝端杆)冷拉前的下料长度L：

(6—4)式中l——构件孔道长度；

l2——螺丝端杆伸出构件外的长度；张拉端l2＝2H+h+5mm

锚固端l2＝H+h+10mm

l1——螺丝端杆长度(一般为320mm)；

r——预应力筋的冷拉率(由试验确定)；

δ——预应力筋的冷拉弹性回缩率(一般为0.4％～0.6％)；

n——对焊接头数量；

Δ——每个对焊接头的压缩量(一般为20mm～30mm)；

H——螺母高度；

h——垫板厚度。

（2）当预应力筋一端用螺丝端杆，另一端用帮条(或镦头)锚具(见图6—33)时L1=l+l2+l3L0=L1-l1(6-5)式中l3——镦头或帮条锚具长度(包括垫板厚度h)。为保证质量，冷拉宜采用控制应力的方法。若在一批钢筋中冷拉率分散性较大时，应尽可能把冷拉率相近的钢筋对焊在一起，以保证钢筋冷拉应力的均匀性。【例6-1】21m预应力屋架的孔道长为20.80m，预应力筋为冷拉III级钢筋，直径为22mm，每根长度为8m，实测冷拉率r=4％，弹性回缩率δ=0.4％，张拉应力为o.85fpyk。螺丝端杆长为320mm，帮条长为50mm，垫板厚为15mm。试计算：①两端用螺丝端杆锚具锚固时预应力筋的下料长度（螺母厚度取36mm，垫板厚度取16mm，每个对焊接头的压缩量Δ=22mm）?②一端用螺丝端杆，另一端为帮条锚具时预应力筋的下料长度?③预应力筋的张拉力为多少?解：①螺丝端杆锚具，两端同时张拉，则螺丝端杆伸出构件外的长度l2=2×36+16+5=93mm；对焊接头个数n=2+2=4；则预应力筋下料长度：②帮条长为50mm，垫板厚15mm，则预应力筋的成品长度

L1=l+l2+l3=20800+93+(50+15)=20958(mm)

预应力筋(不含螺丝端杆锚具)冷拉后长度：

L0=L1-l1=20958-320＝20638(mm)③预应力筋的张拉力

FP=Ócon•AP=0.85×500××222=161475(N)=161.475(KN)2、预应力钢丝束的制作图6—34采用钢质锥形锚具时钢丝下料长度计算简图1-混凝土构件2-孔道3-钢丝束4-钢质锥形锚具5-锥锚式千斤顶（1）采用钢质锥形锚具以锥锚式千斤顶张拉时(见图6—34)，钢丝的下料长度L为：两端张拉L=l+2(l4+l5+80)(6—6)

一端张拉L=l+2(l4+80)+l5(6—7)式中l4——锚环厚度；

l5——千斤顶分丝头至卡盘外端距离。（2）采用镦头锚具，以拉杆式或穿心式千斤时(见图6—35)，钢丝的下料长度L为：L=l+2h1+2b-K（H1–H）-L-c(6—8)式中a——锚环底部厚度或锚板厚度b——钢丝镦头留量，对øs5取10mmH——锚环高度H1——螺母高度L——钢丝束张拉伸长值；c——张拉时构件混凝土的弹性压缩值K——系数，一端张拉时取0.5，两端张拉时取1.0图6—35采用镦头锚时钢丝下料长度计算简图1一混凝土构件2一孔道3一钢丝束4一锚环5一螺母6一锚板（3）采用锥形螺杆锚具，以拉杆式千斤顶在构件上张拉时(图6—36)，钢丝的下料长度L为

L=l+2l2-2l1+2（l6+a）(6—9)

式中l6——锥形螺杆锚具的套筒长度；

a——钢丝伸出套筒的长度，取a=20mm图6—36采用锥形螺杆锚具时钢丝下料长度计算简图

1—螺母2—垫板3—锥形螺杆锚具4—钢丝束

5—孔道6—混凝土构件3、钢筋束或钢绞线束的下料当采用夹片式锚具，以穿心式千斤顶在构件上张拉时（见图6—37），钢筋束钢绞线束的下料长度L为：两端张拉L=l+2（l7+l8+l9+100）(6—10)

一端张拉L=l+2（l7+100）+l8+l9(6—11)式中l7——夹片式工作锚厚度；

l8——穿心式千斤顶长度；

l9——夹片式工具锚厚度。图6—37钢筋束下料长度计算简图

1—混疑土构件2—孔道3—钢筋束4—夹片式工作锚

5—穿心式千斤顶6—夹片式工具锚6.3.4后张法施工的工艺流程后张法施工的工艺流程见图6—38。图6—38后张法施工的工艺流程6.3.5后张法施工的施工要点1、孔道的留设孔道留设的方法有钢管抽芯法、胶管抽芯法和预埋波纹管法等。钢管抽芯成孔质量好,孔壁光滑,张拉时孔壁摩阻力小,一般用于留设直线孔道;胶管抽芯法不需转动,拔管容易,但帆布胶管需一套充水或充气设备。胶管抽芯法和波纹管法不仅可留设直线孔道,还可用于留设曲线孔道。2、预应力筋的穿束（1）穿束顺序。穿束可分为先穿束法和后穿束法两种。先穿束法可分为以下三种:①先穿束后装管。先将预应力筋穿入钢筋骨架内，后将螺旋管逐节从两端套入并连接。②先装管后穿束。先将螺旋管安装就位，后将预应力筋穿入。③二者组装放入。即在构件外侧的脚手架上将预应力筋与螺旋管组装后，从钢筋骨架顶部放入设计部位。后穿束法是在混凝土浇筑之后穿束，此种穿束方法不占工期，便于用通孔器或高压水通孔，穿束后立即可以张拉，易于防锈，但穿束时比较费力。（2）穿束方法。根据一次穿入数量，可分为整束穿和单束穿。3、预应力筋的张拉

(1)张拉方法当设计无要求时，应符合下列规定：①对抽芯成形孔道，曲线预应力筋和长度大于24m的直线预应力筋，应在两端张拉；长度不大于24m的直线预应力筋，可在一端张拉。②对预埋波纹管孔道，曲线预应力筋和长度大于30m的直线预应力筋，宜在两端张拉；长度不大于30m的直线预应力筋，可在一端张拉。③竖向预应力筋结构宜采用两端分别张拉，且以下端张拉为主。用双作用千斤顶两端同时张拉钢筋束、钢绞线束或钢丝束时，可先顶压一端的锚塞，而另一端在补足张拉力后再行顶压。④同一截面中有多根一端张拉的预应力筋时，张拉端宜分别设置在结构的两端。当两端同时张拉同一根预应力筋时，为了减少预应力损失，宜先在一端锚固，再在另一端补足张拉力后进行锚固。(2)张拉顺序预应力筋的张拉顺序应符合设计要求，当设计无