预应力混凝土工程知识讲座.ppt

1,预应力混凝土是预先在结构或构件的受拉区施加一定的预压应力并产生一定压缩变形，当结构或构件受力后，受拉区混凝土的拉应力和拉伸变形，首先与预压应力和压缩变形相互抵消，然后随着外力的增加，混凝土才产生拉应力和拉伸变形，从而推迟裂缝的出现和限制裂缝的开展，提高结构或构件的抗裂性能和刚度。预应力混凝土的优点：能提高钢筋混凝土构件的刚度、抗裂性和耐久性，可有效地利用高强度钢筋和高强度等级的混凝土。与普通混凝土相比，在同样条件下具有截面小、自重轻、质量好、材料省(要节约钢材2040)，并能扩大预制装配化程度。,第5章 预应力混凝土工程,2,我国应用预应力技术是最近几十年发展起来的一项新技术，随着钢材和预应力张拉锚固体系的发展和施工工艺的不断革新，以及预应力混凝土理论不断提高，为发展预应力混凝土结构提供了可靠的技术保障，使得预应力混凝土技术得到广泛的应用。近年来，随着高强钢材和高强度等级混凝土的不断出现，更推动着预应力施工工艺的不断发展和完善。预应力混凝土的主要施工工艺有：先张法、后张法、电热法和自张法(用自应力水泥或膨胀水泥制成的混凝土，混凝土结硬时膨胀带动钢筋一起伸长，在混凝土中产生压力）等。,3,预应力混凝土结构或构件的钢筋分为预应力钢筋和非预应力钢筋。常用的预应力钢筋主要有粗钢筋、钢丝和钢绞线三种。粗钢筋包括冷拉级钢筋、热处理钢筋、精轧螺纹钢筋等。钢丝按强度分为：普通钢丝、中强钢丝和高强钢丝；按加工方式和表面特征可分为：冷拔光圆钢丝、刻痕钢丝、冷拔螺旋肋钢丝、冷轧带肋钢丝和热处理钢丝等。,5.1 预应力钢筋,一、预应力钢筋的主要类型,4,1.冷拉、级钢筋 冷拉钢筋是由HRB335、HRB400钢筋通过冷拉至超过屈服点的某一应力值，使其产生一定的塑性变形后卸荷，再经时效处理而成。这种钢筋的屈服强度和硬度有所提高，但塑性和弹性模量有所降低，可直接用作预应力筋。2.热处理钢筋 热处理钢筋是由普通热轧中碳低合金钢筋经淬火和回火等调质热处理制成。直径有8.2mm和10mm两种；无纵肋钢筋的直径有6mm和8.2mm两种。,（一）粗钢筋,5,3.精轧螺纹钢筋 精轧螺纹钢筋是用热轧方法在整根钢筋的表面上轧出不带纵肋的螺纹外形的钢筋。这种钢筋进行连接时，直接采用带有内螺纹的连接器，端头锚固直接用螺母，无需冷拉与焊接，施工方便。（1）冷轧带肋钢丝 也称冷轧螺纹钢筋，直径为56mm，用符号R表示。（2）消除应力钢丝 消除应力钢丝可分为：光圆钢丝（符号为P）、螺旋肋钢丝（符号为H）（图）和三面刻痕钢丝（图）。,（二）钢丝和钢绞线,6,图5.1.1 螺旋肋钢丝外形示意图,图5.1.2 三面刻痕钢丝外形示意图,7,（3）钢绞线 钢绞线（符号为S）是由高强钢丝纽结而成，有2股（12）、3股（13）、7股（17）钢绞线。,二、预应力钢筋的检验,（一）外观检查,有粘结预应力筋展开后应平顺，不得有弯折，裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮和油污等；无粘结预应力筋应光滑、无裂缝、无明显褶皱。,8,（二）力学性能检验,预应力钢筋进场时，应按现行国家标准等的规定抽取试件作力学性能试验。包括：屈服强度、抗拉强度、伸长率、松驰性能和冷弯性能等，其质量必须符合有关标准的规定。消除应力钢丝外观检查合格后，进行力学性能抽样检验，按盘数的2抽样，但不得小于3盘。从每盘钢丝的两端各截取一个试件，一个做拉伸试验（抗拉强度与伸长率），一个做反复弯曲试验。,9,如有某一项试验结果不符合预应力混凝土用钢丝GB/T5224标准要求，则该盘钢丝为不合格品；并从同一批未经试验的钢丝盘中再取双倍数量的试样进行复检。如仍有一个指标不合格，则该批钢丝为不合格品或逐盘检验取用合格品。钢绞线力学性能应抽样检验。从每批中选取5%盘（不少于3盘）的钢绞线，各截取一个试件进行拉力试验。如有某一项试验结果不符合预应力混凝土用钢绞线GB/T5223标准要求，则该盘钢丝为不合格品；其复验方法与钢丝相同。,10,热处理钢筋进行力学性能试验时，从每批钢筋中选取10%盘数（不少于25盘）进行拉伸试验。如有一项不合格，则该盘报废。再从未试验过的钢筋中取双倍数量的试样进行复验，如仍有一项不合格，则该批定为不合格品。,11,预应力钢材由于其强度高、塑性低，在无应力状态下抗腐蚀性能比普通钢筋差，在运输与存放过程中如遭受雨露、潮气或腐蚀性介质的侵蚀，易发生锈蚀，不仅降低质量，而且将出现腐蚀坑，有时甚至会造成钢材脆断。因此，预应力钢筋在运输时应用篷车或油布严密覆盖，存放时应架空堆放在有遮盖的棚内或仓库内，其周围环境不得有腐蚀性介质。如长期存放，宜用乳化防锈剂喷涂钢筋表面。,三、预应力钢材的存放,12,预应力筋用锚具是后张法预应力混凝土构件中为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置。预应力筋用夹具是先张法预应力混凝土构件施工时为保持预应力筋拉力并将其固定在长拉台座（设备）上的临时锚固装置。锚（夹）具应具有可靠的锚固性能，并且不能超过规定的滑移值；此外，锚（夹）具还应构造简单、加工方便、体形小、成本低、全部零件互换性好。,5.2 预应力张拉锚固体系,13,1.卡片式夹具卡片式夹具具有多种形式。圆套筒三片式夹具由套筒与夹片组成，如图所示，套筒与夹片均采用45号钢制作。根据夹片的内径不同，可用于夹持直径为12mm与14mm的单根冷拉级钢筋或S12和S15钢绞线，也可作为千斤顶的工具锚使用。,一、预应力筋用夹具,14,图5.2.1 卡片式夹具示意图（a）装配图；（b）套筒；（c）夹片,15,方套筒二片式夹具由方套筒、夹片、方弹簧、插片及插片座等组成（图），用以夹持热处理钢筋。夹片齿形根据钢筋外形确定，如钢筋外形改变，齿形也需作相应改变。,16,图5.2.2 方套筒二片式夹具示意图（a）装配图；（b）方套筒；（c）夹片,17,卡片式夹具示意图,18,2.圆锥齿板式夹具 该夹具由套筒与齿板组成，如图所示，均用45号钢制成。,图5.2.3 圆锥齿板式夹具示意图,19,a）圆锥齿板式；b）圆锥槽式；c）锲形图 钢丝用锚固夹具1套筒；2齿板；3钢丝；4锥塞；5锚板；6锲块,20,常用的锚具按其锚固的原理可分为夹片式、支承式、锥塞式和握裹式等四种。按其锚固钢筋或钢丝的数量，又分为单根钢筋的锚具、成束钢筋锚固、钢绞线锚具及钢丝束锚具等。,二、预应力筋用锚具,（一）夹片式锚具,夹片式锚具系列应用极为普遍，无论在先张法和后张法中，还是在有粘结、无粘结预应力混凝土结中都普遍采用。当用作先张法钢绞线夹具(工具锚)使用时，夹片外表面和锚孔表面应涂抹一层润滑剂（如石墨、石蜡等），以利夹片松脱。张拉时为提高锚固可靠性和减少夹片回缩损失，要配套使用顶压器进行顶压。,21,JM型锚具由锚环与夹片组成，如图所示。JM型锚具可分为光JM12系列、螺JM12系列、绞JM12和绞JM15系列，分别用于锚固36根冷拉光圆热轧钢筋、冷拉螺纹热轧钢筋、S12及S15钢绞线。JM型锚具根据所锚固的预应力筋的种类、强度及外形的不同，其尺寸、材料、齿形及硬度等有所差异，使用时应注意。,1.JM型锚具,22,5.2.4 JM型锚具（a）装配图；（b）锚环；（c）夹片,23,24,单孔夹片锚由锚环和夹片组成，如图所示。锚环顶面为平面，锚孔垂直于锚环顶面，沿锚环圆周排列。夹片有直开缝三片式、斜开缝三片式和直开缝两片式三种。直开缝三片式和直开缝两片式夹片用于锚固钢绞线；斜开缝三片式用于锚固钢丝束。三片式夹片按120铣分，二片式夹片的背面上部锯有一条弹性槽，以提高锚固性能。,2.单孔夹片锚具,25,图5.2.5 单孔夹片锚具（a）组装图；（b）锚环；（c）三夹片；（d）二夹片；（e）斜开缝三夹片1钢绞线；2锚环；3夹片；4弹性槽,4,26,27,多孔夹片式锚具也称群锚，由多孔的锚环与夹片组成。主要产品有：XM型、QM型、OVM型、BS型等。多孔夹片锚具都有配套的钢垫板、喇叭管与螺旋筋等，在施工中使用十分方便。（1）XM型锚具 XM型锚具由锚板与夹片组成如图所示。锚板的锥形孔沿圆周排列，对S15钢绞线，间距不小于36mm。锥形孔中心线的倾角1:20。,3.多孔夹片式锚具,28,图5.2.6 XM型锚具（a）装配图；（b）锚板,29,XM型锚具,30,（2）QM型锚具 QM型锚具由锚板与夹片组成。锚板顶面为平面，锥形孔为直孔；夹片为三片式直开缝。QM型锚具适用于锚固431根S12钢绞线和319S15钢绞线。此外，备有配套喇叭形铸铁垫板与弹簧圈等。XM型锚具适用于锚固337根S15钢绞线，也可用于锚固钢丝束。该锚具广泛用于各种后张法施工的预应力混凝土结构和构件，或用于斜拉桥的缆索。,31,（3）OVM型锚具 该锚具是在QM型锚具的基础上发展起来的，夹片改用两片式，适用于锚固355根S12钢绞线和355根S15钢绞线。OVM型锚具的形状与尺寸见图。,图5.2.7 OVM型锚具示意图,32,OVM锚具,33,（4）BM型扁锚具 当预应力钢绞线配置在板式结构内时，为了避免因配预应力筋而增大板的厚度，将锚具做成扁平形状，如图。该锚具适用于锚固25根S13或S15钢绞线。,图5.2.8 BM型扁锚具,34,BM型扁锚具,35,LM型螺丝端杆锚具由螺丝端杆、螺母和垫板组成，如图所示。螺丝端杆采用45号钢，螺母与垫板采用Q235号钢(HPB235)，不调质。螺杆锚具的强度不得低于预应力筋的实际抗拉强度。螺丝端杆与预应力筋的焊接，应在预应力筋冷拉以前进行。冷拉时螺母的位置应在螺丝端杆的端部，经冷拉后螺丝端杆不得发生塑性变形。,（二）支承式锚具,1.LM型螺丝端杆锚具,36,螺丝端杆锚具适用于直径1436mm的冷拉级钢筋，也可作为先张法夹具使用。,图5.2.9 螺丝端杆锚具（a）装配图；（b）螺杆；（c）螺母；（d）垫板,37,LM型螺丝端杆锚具,38,帮条锚具由帮条和衬板组成。帮条锚具的帮条采用与预应力筋同级别的钢筋，衬板采用配套低碳钢钢板。帮条锚具的三根帮条应成120均匀布置。三根帮条应垂直于衬板，以免受力时发生扭曲。帮条焊接宜在钢筋冷拉前进行，并防止烧伤预应力筋。,图 5.2.10 帮条锚具,2.帮条锚具,39,JLM型锚具由连接器、锥形螺母及垫板组成。由于精轧螺纹钢筋本身轧有外螺纹，不需专门的螺杆，可以直接拧上螺母进行锚固，也可以拧上连接器进行钢筋连接，避免了焊接。螺母与连接器的内螺纹应与之匹配，防止钢筋从中拉脱。螺母分为平面螺母和锥形螺母两种，螺母材料采用45号钢，调质热处理后硬度为HB220253。垫板也相应分为平面垫板与锥面垫板。该锚具适用于锚固直径25mm和32mm的高强精轧螺纹钢筋。,3.JLM型精轧螺纹钢筋锚具,40,41,镦头锚具是利用钢丝两端的镦粗头来锚固预应力钢丝的一种锚具，如图所示。镦头锚具加工简单，张拉方便，锚固可靠，成本较低，但对钢丝束的等长要求较严。这种锚具可根据张拉力大小和使用条件，设计成多种形式和规格，能锚固任意根数的P5和P7钢丝束。,（P光面；H螺旋肋；I 刻痕）,4.DM型镦头锚具,42,图5.2.11 钢丝束镦头锚具（a）装配图；（b）A型锚杯；（c）螺母；（d）B型锚板,43,DM型墩头锚具,44,最常用的镦头锚具分为A型和B型。A型为张拉端，由锚环和螺母组成；B型为固定端，为一锚板。DM型锚具的加工材料：锚环与锚板采用45号钢，螺母采用30号或45号钢。,（三）锥塞式锚具,1.GZ型钢质锥形锚具,钢质锥形锚具由锚环与锚塞组成，如图所示。锚环采用45号钢，锥度为5，调质热处理硬度HB251283。锚塞也采用45号钢或T7、T8碳素工具钢，表面刻有细齿，热处理硬度HRC5558。,45,图5.2.12 钢质锥形锚具（a）装配图；（b）锚环；（c）锚塞,这种锚具适用于锚固1224根P5钢丝束。钢质锥形锚具使用时，应保证锚环孔中心、预留孔道中心和千斤顶轴线三者同心，以防止压伤钢丝或造成断丝。锚塞的预应力宜为张拉力的5060。,46,GZ型钢质锥形锚具,47,KTZ型锚具是可锻铸铁锥形锚具的简称，是由锚环与锚塞组成，见图。锚环与锚塞均用KT3712或KT3510可锻铸铁铸造成型。此种锚具为半埋式，使用时，先将锚环小头嵌入承压钢板中，并用断续焊缝焊牢，然后埋设在构件端部。适用于锚固36根直径12mm的冷拉、级钢筋，直径8mm的级钢筋及S12的钢绞线。,2.KT-Z型锚具,48,图5.2.14 KT-Z型锚具（a）组装图；（b）锚环；（c）锚塞,49,KY-Z型锚具1锚环；2锚塞,50,预应力张拉设备主要包括预应力用千斤顶和油泵等。预应力用千斤顶主要以液压千斤顶为主，但应用长线法生产预制构件，张拉冷轧带肋钢丝等拉力不大的预应力筋时，采用电动螺杆张拉机，具有操作简单、张拉速度快，生产效率高等优点。张拉设备是预应力结构实施张拉和确保张拉控制应力准确的关键工艺设备，因此要求张拉设备操作方便、可靠、能准确控制应力，能均匀地增大拉力。张拉设备应装有测力仪表，以准确建立张拉力。张拉设备应由专人使用和保管，并定期维护与校验。,5.3 预应力张拉设备,51,穿心式千斤顶的构造特点为沿千斤顶轴线有一穿心孔道，供穿预应力筋或张拉杆之用；其有两个工作油缸，分别负责张拉和顶压锚固；张拉活塞采用液压回程，顶压活塞采用弹簧回程或液压回程；张拉油缸与顶压油缸的排列有并联和串联两种形式。它既适用于张拉并顶锚带有夹片锚具的钢丝线、钢丝束，当配上撑力架、拉杆等附件后，又可以作为拉杆式千斤顶使用。根据使用功能不同可分为YC型、YCD型、YCQ型和YDC等系列产品。,一、预应力用液压千斤顶,（一）穿心式千斤顶,52,YDCS650型千斤顶 这种千斤顶是一种用途最广的穿心式千斤顶，主要用于张拉带有JM型锚具的36根直径为12mm的级钢筋束和S12钢绞线束；配上撑脚与拉杆后，也可张拉带有螺杆锚具的粗钢筋或带有镦头锚具的钢丝束。此外，在千斤顶的前后端分别装上分束顶压器和工具锚后，还可张拉带有钢质锥形锚具的钢丝束。YDCS650型千斤顶的构造见图。,53,图5.3.1 YDCS650型千斤顶构造1大缸体；2穿心套；3顶压活塞；4护套；5回程弹簧；6连接套；7、10JA型防尘圈；8顶压头；9撑套；11、14、15、16YX密封圈；12油嘴组件；13缸体；17堵头；18压环；19O形密封圈,54,55,56,57,YDZ锥锚式千斤顶主要用于张拉采用钢质锥型锚具的预应力钢丝束和KY-Z型锚具的预应力钢筋束或钢绞线束。YDZ型锥锚式千斤顶主要由张拉缸、顶压油缸、退楔缸、楔块、锥形卡环、锥形锚具等组成，其构造见图。,图5.3.3 锥锚式千斤顶构造简图1端盖；2张拉活塞；3油缸；4卡盘；5楔块；6顶杆；7回程弹簧；8分丝头,（二）锥锚式千斤顶,58,锥锚式千斤顶,59,电动螺杆张拉机主要适用于预制厂在长线台座上，张拉冷轧带肋钢丝等预应力筋。图为DL1型电动螺杆张拉机构造图。其工作原理：电动机正向旋转时，通过减速箱带动螺母旋转，螺母即推动螺杆沿轴向向后运动，张拉钢筋。弹簧测力计上装有计量标尺和微动开关，当张拉力达到要求数值时，电动机能够自动停止转动。,二、电动螺杆式张拉机,60,图5.3.4 DL1型电动螺杆张拉机构造图1螺杆；2、3拉力架；4张拉夹具；5顶杆；6电动机；7齿轮减速箱；8测力计；9，10车轮；11底盘；12手把；13横梁；14钢筋；15锚固夹具,锚固好钢丝后，使电动机反向旋转，螺杆即向前运动，放松钢丝，完成张拉操作。DL1型电动螺杆张拉机的最大张拉力10kN，最大张拉行程780mm；张拉速度2mmin；适于5mm螺旋肋和冷轧带肋钢丝的张拉。为便于张拉和转移，常将其装置在带轮的小车上。,61,预应力高压油泵是预应力液压机具的动力源。油泵的额定油压和流量，必须满足配套机具的要求。大部分预应力液压千斤顶等液压机具，都要求油压在50MPa以上，流量较小，要求能连续高压供油，油压稳定，操作方便。高压油泵按照驱动方式分为手动和电动两种。目前国内生产的油泵大部分为电动式高压油泵，能与各种机具配套，完成预应力张拉、钢筋冷拉、冷镦和重物提起，起重以及进行钢筋压接、冷弯、切断等工作。预应力油泵主要为轴向柱塞泵，常用的型号有2ZB4-50、ZB363、ZB1032480、ZB.850和ZB.6-63等。,三、高压油泵,62,图5.3.5 2ZB450型电动油泵1拉手；2电源开关；3控制阀；4压力表；5电动机及油泵；6油箱小车；,2ZB4500型电动油泵的外形如图所示。主要用于预应力筋张拉、镦头、结构试验加载、液压顶升和提升等工作。其优点为性能稳定、与液压千斤顶配套性好、适用范围广、加工性能好和价格低廉。但也有吊运不便、油箱容量较小等缺点。,63,施加预应力用的机具设备及仪表，应由专人使用和管理，并应定期进行维护和标定。张拉设备应配套标定，以确定张拉力与压力表读数的关系曲线。标定张拉设备用的试验机或测力计精度，不得低于2%。压力表的精度不宜低于1.5级，最大量程不宜小于设备额定张拉力的1.3倍。标定时，千斤顶活塞的运行方向，应与实际张拉工作状态一致。,四、千斤顶的标定,64,张拉设备的标定期限，不宜超过半年。当发生下列情况之一时，应随时重新标定：千斤顶经过拆卸修理；千斤顶久置后重新使用；压力表受过碰撞或出现失灵现象；更换压力表；张拉中预应力筋发生多根破断事故或张拉伸长值误差较大。,65,用测力计标定千斤顶简单可靠、准确程度较高。常用的测力计有水银压力计、压力传感器或弹簧测力环等，标定装置如图和。,图5.3.6 用穿心式压力传感器标定穿心式千斤顶1螺母；2垫板；3穿心式压力传感器；4横梁；5拉杆；6穿心式千斤顶,1.用标准测力计标定,66,图5.3.7 用压力传感器（或水银压力计）标定千斤顶1压力传感器（或水银压力计）；2框架；3千斤顶,工具式螺杆,67,标定时，确定的分级荷载读数重复三次，取其平均值，将测得的各值绘成标定曲线。实际使用时，可由此标定曲线找出与要求的N值相对应的p值。图示出千斤顶张拉力与压力表读数的关系曲线。如果需要测试孔道反摩擦损失，则还应求出千斤顶主动工作后回油时的标定曲线。,图千斤顶张拉力与表读数的关系曲线（a）千斤顶被动工作；（b）千斤顶主动工作,68,此外，也可采用两台千斤顶卧放对顶并在其连接处装标准测力计进行标定。拉杆式千斤顶的标定，宜在拉力试验机上进行。穿心式、锥锚式和台座式千斤顶的标定，宜在压力试验机上进行。标定时，将千斤顶放在试验机上并应对准中心。开动油泵使千斤顶活塞运行至全部行程的1/3左右，开动试验机，使拉杆与试验机夹具连好或使压板与千斤顶接触。,2用试验机标定,69,当试验机处于工作状态时，再开动油泵，使千斤顶张拉或顶压试验机。分级记录读数，重复三次，取其平均值。如需要测试孔道摩擦损失，则标定时应将千斤顶进油嘴关闭，用试验机压千斤顶，得出千斤顶被动工作时油压与吨位的标定曲线。,70,先张法是指先张拉钢筋，后浇筑混凝土的方法，如图所示。在浇筑混凝土前先张拉预应力钢筋，并将其固定在台座或钢模上，然后浇筑混凝土。当混凝土强度达到要求的放张强度后，放松端部锚固装置或切断端部外露钢筋，钢筋回缩，使原来由台座或钢模板承受的张拉力传给构件的混凝土，使混凝土内产生预压应力，预应力的传递主要依靠混凝土与预应力筋的粘着力和握裹力。,5.4 先张法施工,71,这种方法常用于生产预制构件，需要有张拉台座或承受张拉的钢模板，以便临时锚固张拉好的预应力筋。,图5.4.1 先张法示意图（a）张拉预应力钢筋；（b）浇注混凝土；（c）放松预应力筋1台座承力架；2横梁；3台面；4预应力筋；5锚固夹具；6混凝土构件,先张法,72,先张法生产可采用台座法或机组流水法：,台座法又称长线生产法，预应力筋的张拉、锚固、混凝土构件的浇筑、养护和预应力筋的放松等工序皆在台座上进行，预应力钢筋的张拉力由台座承受。机组流水法又称模板法，构件是在钢模中生产，预应力筋由钢模承受，构件连同钢模按流水方式完成张拉、浇筑、养护等生产过程，生产效率高，机械化程度较高，一般用于生产各种中小型构件。,73,其工艺流程如图。,图5.4.2 先张法生产工艺流程图,74,台座是先张法生产的主要设备之一，它承受预应力筋的全部张拉力，因此要求台座有足够的强度、刚度、稳定性，以避免台座变形、倾覆、滑移而引起预应力的损失。先张法生产的台座类型主要有以下几种：,墩式台座是采用混凝土墩作为承力结构的台座，一般由台墩、台面与横梁组成。目前常用的是台墩与台面共同受力的墩式台座。墩式台座一般用于平卧生产的中小型构件，如屋架、空心板、平板等。台座的尺寸由场地条件、构件类型和产量等因素确定。如图所示。,一、台座,（一）墩式台座,75,图墩式台座1台墩；2横梁；3台面；4预应力筋,76,先张法墩式台座,77,槽式台座由端柱、传力柱、横梁和台面组成，见图，既可承受拉力，又可作养护槽，适用于张拉较高的大型构件，如吊车梁、屋架等。槽式台座的长度一般不大于80m，宽度随构件外形及制作方式而定，一般不小于1m。端柱、传力柱的端面必须平整，对接接头必须紧密，柱与柱垫必须牢靠连接。为便于混凝土输送及蒸汽养护，台座宜低于地面，但需考虑地下水位的影响及防雨排水的措施。为便于拆迁，台座应设计成装配式。,（二）槽式台座,78,图5.4.7 槽式台座构造1中间传力柱；2砖墙；3下横梁；4上横梁；5端柱,79,为了便于脱模，在铺设预应力筋前，对台面及模板应先刷隔离剂。同时应采取措施防止隔离剂玷污预应力筋。如果预应力筋被污染应立即清理干净，在生产过程中应防止雨水等冲刷掉台面上的隔离剂。预应力筋按结构形式分单向和双向预应力筋（包括曲线筋），双向时宜先铺下层，后铺上层筋。预应力筋铺设时，钢筋之间的连接或钢筋与螺杆的连接，应采用连接器进行连接。连接器必须符合夹具的锚固性能要求。,二、先张法施工工艺,（一）预应力筋的铺设,（先张法）,80,预应力筋的张拉应严格按设计要求进行。采用合适的张拉控制应力、张拉方法、张拉程序等进行，并应有可靠的保证质量措施和安全措施。,先张法预应力筋的张拉有单根张拉与多根成组张拉。（1）单根预应力筋张拉指每次张拉一根预应力筋。采用该方法所用设备构造简单，易于保证应力均匀，但生产效率低，而且对预应力筋过密或间距不够大时，单根张拉和锚固较困难。,（二）预应力筋张拉,1.张拉方法,81,（2）多根预应力筋成组张拉指一次同时张拉多根预应力筋。成组张拉能提高工效，减轻劳动强度，但所用设备构造较复杂，且需用较大的张拉力。,钢丝、钢绞线和热处理钢筋等塑性小的硬钢，控制应力按其极限抗拉强度标准值控制。冷拉IIIV级粗钢筋塑性较大的软钢，按其冷拉后的屈服强度标准值控制。,2.张拉控制应力,82,预应力筋的张拉控制应力，应符合设计要求。当施工中预应力筋需要超张拉时，可比设计要求提高5，但其最大控制应力不得超过表的规定。,表5.4.1 最大张拉控制应力允许值,注：fptk为预应力筋极限抗拉强度标准值；fpyk为预应力筋屈服强度标准值。,83,当进行多根预应力筋成组张拉时，应设法调整各预应力筋的初应力，使其长度、松紧一致，以保证张拉后预应力筋的应力一致。预应力筋张拉锚固后实际建立的预应力值与工程设计规定检验值的相对允许偏差为5%。要求每工作班抽查预应力筋总数的1%，且不少于3根，同时应检查预应力筋检测记录。,预应力筋的张拉方法有超张拉法和一次张拉法两种。对于粗钢筋（冷拉IIIV级粗钢筋），宜采用超张拉程序：,3张拉程序,84,对于钢丝宜采用一次张拉程序：,式中：con预应力筋的张拉控制应力，一般由设计确定。超张拉程序中，超张拉5并持荷2min，可减少50以上的松弛应力损失。一次张拉程序中，超张拉3，其目的是为了弥补设计中预见不到的预应力损失，这种张拉程序施工简便，一般常采用。,85,如果在设计中钢筋的应力松弛损失按一次张拉法取值，则张拉程序取 就可满足要求。,（）,预应力张拉力；超张拉系数，1.031.05；预应力张拉控制应力（）；预应力截面积（）。,4.预应力张拉,86,张拉时预应力筋可单根或多根进行，多根进行时首先调整预应力筋的初应力，以保证张拉完后应力一致。初应力值一般取10的控制应力。张拉完毕，预应力筋对设计位置的偏差不得大于5mm，且不得大于构件截面最短边长的4%。张拉时，台座两端应有防护设施，沿台座长度方向每隔45m放一个防护架，两端严禁站人，也不准进入台座。,87,预应力钢筋用应力控制方法张拉时，应校核预应力筋的伸长值。实际伸长值与设计计算理论伸长值的相对允许偏差为6。预应力筋的设计计算理论伸长值L（mm），可按下式计算：,（）,式中 NP预应力筋的平均张拉力（N），直线筋取张拉端的拉力，两端张拉的曲线筋，取张拉端的拉力与跨中扣除孔道摩阻损失后拉力的平均值；,5.预应力值校核,88,L预应力筋的长度（mm）；Es预应力筋的弹性模量（N/mm2）；AP预应力筋的截面积（mm2）。,预应力筋的实际伸长值，宜在初应力约为10%con时开始量测。实际伸长值L应等于：,（）,式中 L1从初应力至最大张拉力之间的实际伸长值；L2初应力以下的推算伸长值。,89,关于推算伸长值L2，可根据弹性范围内张拉力与伸长值成正比的关系，用计算法或图解法确定。,采用计算法时：,（）,式中 0初应力值（MPa）。,预应力钢丝张拉时，伸长值不作校核。钢丝张拉锚固后，应采用钢丝内力测定仪检查钢丝的预应力值。预应力筋张拉锚固后实际建立的预应力值与工程设计规定检验值的相对允许偏差为5%。,90,钢筋张拉、绑扎及立模工作完毕后，即应浇筑混凝土，浇筑时，振动器不应碰撞钢丝，混凝土未达一定强度前，也不允许碰撞或踩动钢丝。严格控制用水量和水泥用量，混凝土必须振捣密实以减少混凝土由于收缩徐变而引起的预应力损失。采用重叠法生产构件时，下层混凝土构件强度达到5MPa后，方可浇筑上层。当平均温度高于20时，每两天可迭捣一层。气温较低时，可采用早强措施，以缩短养护时间，加速台座周转，提高生产率。,（三）混凝土的浇筑与养护,91,混凝土养护可采用自然养护、蒸汽养护或太阳能养护等方法。当采用蒸汽养护时，应采用二阶段（次）升温法，第一阶段升温的温差控制在20以内（一般以不超过1020/h为宜），待混疑土强度达10MPa以上时，再按常规升温制度养护。,92,放松预应力筋时，当设计无规定时，混凝土设计强度标准值不得低于75。当预应力筋为高强螺旋肋钢丝或刻痕钢丝时，放张强度不宜低于30MPa。预应力筋放张时，宜同时、缓慢放松预应力筋。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：轴心受预压构件（如拉杆、桩等），所有预应力筋同时放张；偏心受预压构件（如梁等），应先同时放松预拉区和预压应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；,（四）预应力筋放张,93,如不能满足、两项要求时，应分阶段、对称、相互交错地进行放张，以防止放张过程中构件发生弯曲、裂纹和预应力筋断裂。,94,后张法，就是先制作构件（或块体），并在预应力筋的位置预留出相应的孔道，待混凝土强度达到设计规定的数值后，穿入预应力筋（预埋金属螺旋管可事先穿筋）进行张拉，并加以锚固，张拉力由锚具传给混凝土构件产生预压应力，张拉完毕几小时后在孔道内灌浆。如图所示。后张法不需要台座设备，大型构件可分块制作，运到现场拼装，利用预应力筋连成整体。因此，后张法灵活性较大，适用于现场预制或工厂预制块体，现场拼装的大中型预应力构件、特种结构和构筑物等。,5.5 后张法施工,95,图5.5.1 后张法施工示意图（a）制作预应力构件；（b）张拉预应力筋；（c）锚固、放松预应力筋1混凝土构件；2预留孔道；3预应力筋；4张拉千斤顶；5锚具,后张法,96,但后张法施工工序较多，且锚具不能重复使用，耗钢量较大。后张法的施工工艺流程如图所示。预应力后张法构件的生产分为两个阶段，一为构件生产阶段；二为预加应力阶段，其中包括锚具与预应力筋的制作、预应力筋的张拉和孔道灌浆等工艺。,97,图5.5.2 后张法生产工艺流程图,98,预应力筋的下料长度，应按张拉方法需要详细计算，计算时要相应考虑以下因素：钢筋品种、结构或构件的直线或曲线孔道长度、锚具厚度、千斤顶长度、镦头预留量、冷拉伸长率、弹性回缩率、张拉伸长值和张拉设备、施工方法等各种因素。目前，常用的预应力筋有单根粗钢筋、钢丝束、钢绞线三种。,一、预应力筋制作,（一）预应力筋下料长度计算,99,使用螺丝端杆锚具分为：两端用螺丝端杆锚具；一端用螺丝端杆、另一端用帮条（或墩头）锚具两种锚固，见图，各自下料长度计算如下：（1）两端用螺丝端杆锚具（见图a）时，预应力筋的下料长度可按下式计算：,1.粗钢筋下料长度,100,图5.5.3 粗钢筋下料长度计算示意图（a）两端用螺丝端杆锚具时 1预应力筋；2螺丝端杆锚具；4孔道；5混凝土构件,（）,101,（2）一端用螺丝端杆另一端用帮条（或镦头）锚具（见图b）时，预应力筋的下料长度可按下式计算：,图5.5.3 粗钢筋下料长度计算示意图（b）一端用螺丝端杆锚具时1预应力筋；2螺丝端杆锚具；3镦头或帮条锚具；4孔道；5混凝土构件,（）,102,式中 预应力筋的钢筋部分下料长度（mm）；每个对焊接头的压缩长度（mm），一般为3040mm；构件的孔道长度（mm）；螺丝端杆长度（mm）；螺丝端杆外露长度（mm）；镦头或帮条锚具的长度（mm）。采用镦头锚时，一般取2.25倍钢筋直径加15mm；采用帮条锚时，一般取6580mm。n对焊接头的数量；钢筋冷拉伸长率（由试验确定）；钢筋冷拉弹性回缩率（由试验确定）。,103,螺丝端杆外露长度 可按下式计算：,用拉伸机张拉时，张拉端：,（）,锚固端：,（）,预应力钢丝束一般由几根至几十根直径为57mm的钢丝组成。由于其锚具不同，其下料长度计算分别如下：（1）采用锥形锚具，以锥锚式千斤顶张拉时，钢丝束的下料长度L，按下式计算。,式中：H螺母高度（mm）；h垫板厚度（mm）；,2.钢丝束下料长度,104,两端张拉，下料长度：,一端张拉，下料长度：,（）,（）,105,式中 构件的孔道长度（mm）；锚环厚度（mm）；千斤顶分丝头至卡盘外端距离（mm）。,106,（2）采用镦头锚具（图）时，钢丝的下料长度为：,两端张拉时，下料长度：,（）,一端张拉时，下料长度：,（）,图5.5.4 镦头锚具的钢丝下料计算简图1混凝土构件；2孔道；3钢丝束；4锚杯；5锚环；6锚板,107,108,式中 l 构件的孔道长度（mm）；a锚杯底部厚度或锚板厚度（mm）；钢丝镦头留量（mm），对P5取10mm；H锚杯高度（mm）；H1螺母高度（mm）；L钢丝束张拉伸长值；C张拉时构件混凝土的弹性压缩值（mm）。,（3）采用锥形螺杆锚具，以拉杆式千斤顶张拉时，钢丝下料长度L计算如下：,钢丝的下料长度：,（）,109,110,式中 l1螺丝端杆长度；l2螺丝端杆外露长度；l6锥形螺杆锚具的套筒长度；a钢丝伸出套筒长度，取20mm。,采用夹片式锚具，在构件上使用穿心式千斤顶张拉，钢绞线下料长度L计算如下：,两端张拉，下料长度：,一端张拉，下料长度：,（）,（）,3钢绞线下料长度,111,图5.5.5 钢绞线下料长度计算简图1-混凝土构件；2-孔道；3-钢绞线；4-夹片式工作锚；5-穿心式千斤顶；6-夹片式工具锚,100,100,式中 l构件的孔道长度；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。,112,预应力钢筋一般为高强钢材，若局部过热或急剧冷却，将引起该部位产生脆性变态，危险性很大。因此，对钢丝、钢绞线、热处理钢筋及冷拉级钢筋，宜采用砂轮锯或切断机切断，不得采用电弧切割。用砂轮切割机下料具有操作方便，效率高、切口规则无毛头等优点，尤其适合现场使用。,（二）下料,113,钢丝下料前先调直，如5mm大盘径钢丝，用调直机调直后即可下料。钢丝下料可采用为保证下料长度相等，可采用应力下料和钢管限位法下料：应力下料，即下料时控制应力采用300N/mm2,可用冷拉设备进行应力下料，一次完成开盘、拉直、划线和放松后切断。钢管限位法下料，即采用略粗于钢丝直径的钢管（7mm），在平直的工作台上等长下料。,114,钢筋束的钢筋直径一般为12mm左右，成盘供料，下料前应经开盘、冷拉、调直、镦粗（仅用镦头锚具），下料时每根钢筋长度应一致，误差不超过5mm。采用镦头锚时，钢丝镦头要在穿入锚环或锚板后进行，镦头采用钢丝镦头机冷镦成型。镦头的头型分为鼓型和蘑菇型两种。鼓型受锚环或锚板的硬度影响较大，如硬度较小，镦头易陷入锚孔而断于镦头处。蘑菇型因有平台，受力性能较好。,（三）镦头,115,对镦头的技术要求为：镦粗头的直径为7.07.5mm，高度为4.85.3mm，头形应圆整，不偏歪，颈部母材不受损伤（纵向不贯通的钢丝镦头裂纹是允许的），钢丝的镦头强度不得低于钢丝标准抗拉强度的98。,116,钢丝编束应按每束根数摆放平直，一端对齐，梳顺成束，用20号细铅丝以2m左右间距捆绑。钢丝编束随所用锚具形式不同，编束方法也有差异。采用镦头锚具时，首先将内圈和外圈钢丝分别用铁丝顺序编扎，然后将内圈钢丝放在外围钢丝内扎牢。为了简化编束，钢丝的一端可直接穿入锚环，另一端在距端部约200mm处编束，以便穿锚板时钢丝不紊乱，钢丝束的中间部分可根据长度适当编扎几道。,（四）编束,1.钢丝编束,117,采用钢质锥形锚具或锥形螺杆锚具时，钢丝编束可分为空心束和实心束两种，但都需用圆盘梳丝板理顺钢丝，并在距钢丝端部50100mm处编扎一道，使张拉分丝时不致紊乱。用空心束时，每隔1.5m放一个弹簧衬圈。其优点是束内空心，灌浆时每根钢丝都被水泥包裹，握裹力好，但钢丝束外径大，穿束困难，钢丝受力也不均。采用实心束可简化工艺、减少孔道摩擦损失。钢绞线编束时应先将钢绞线理顺，然后用20号铁丝绑扎，间距11.5m，并尽量使各根钢绞线松紧一致。,2.钢绞线的编束,118,孔道的留设方法有钢管抽芯法、胶管抽芯法和预埋管法等。1.钢管抽芯法 钢管要光滑、平直，每隔1m用井字架固定，最长不超过15m，两端伸出500mm左右。混凝土浇注后每隔1015min转动一次，混凝土初凝之后，终凝之前，将钢管拔出，常温下36h。,二、后张法施工工艺,（一）孔道留设,119,抽管顺序：先上后下、先曲后直。孔道留设的同时还需留设灌浆孔。一般情况下，在构件两端和中间每隔12m留一个直径20mm的灌浆孔，并在构件两端各设一个排气孔。用预埋小钢管作为灌浆孔比较可靠，灌浆时不容易漏浆。灌浆孔应抵紧预留孔道，并应固定，严防混凝土震捣时脱开。,120,2.胶管抽芯法,胶管抽芯法是在需留设孔道的部位埋设充气或充水胶管，浇筑混凝土并养护一定时间后，放去管内的空气或水，拔出胶管，形成预留孔道，可用于直线、曲线或折线孔道。留孔用胶管一般采用有57层帆布夹层、壁厚67mm的橡胶管，使用时将前一端密封，另一端接上阀门。,121,亦用钢筋井字架固定，直线孔道井字架间距为0.40.5m，曲线孔道其间距为0.30.4m。管内充入0.50.8MPa的压缩空气或压力水，使胶管外径胀大3mm左右。抽管顺序：先上后下，先曲后直，抽管时间以200小时（气温和小时的乘积）来进行估计，例如，构件周围温度为25，则经78h可以抽管。,122,灌浆孔的留设与钢管抽芯法相同，曲线孔道的曲线波峰部位，宜设置泌水管。预埋管法是将与孔道直径相同的导管埋于构件中，无需抽出，预埋管一般为金属螺旋管（简称波纹管）、塑料波纹管、黑铁皮管、薄钢管等。预埋波纹管灌浆孔间距不宜大于30m。其做法如图所示，先在波纹管上开口，用带嘴的塑料弧形压板与海绵垫片覆盖并用铁丝扎牢、再接塑料管。,3.预埋管法,123,预埋金属波纹管和塑料波纹管,124,图5.5.5 波纹管上留灌浆孔示意图1波纹管；2海绵垫；3塑料弧形压板；4塑料管；5铁丝扎紧,波纹管埋设完毕，应灌水法进行密封性检验。如发现漏水现象，应进行密封处理，以免漏浆，造成孔道堵塞。,125,预应力筋穿入孔道，简称穿束。穿束需要解决二个向题：穿束时机与穿束方法。,（二）预应力筋穿入孔道,1穿束时机,根据穿束与浇筑混凝土之间的先后关系，可分为先穿束法和后穿束法两种。（1）先穿束法 即在浇筑混凝土之前穿束。（2）后穿束法 即在浇筑混凝土之后穿束。此法可在混凝土养