土木工程施工课件 工程施工 第五章 预应力混凝土工程.ppt

第五章 预应力砼工程,1 先张法施工2 后张法施工,制作者：莫懿懿,5 预应力砼工程,1 预应力混凝土概念：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：提高结构或构件的抗裂度；提高结构或构件的刚度；充分发挥高强钢材的作用；把散件拼成整体。3 施加预应力的方法：张拉受拉区中的预应力钢筋，通过预应力钢筋和混凝土间的粘结力或锚具，将预应力钢筋的弹性收缩力传递到混凝土构件上，并产生预压应力。,制作者：莫懿懿,5 预应力砼工程,4 预应力砼的分类：按施加应力方式先张法，后张法；先张法是指预应力钢筋的张拉在混凝土浇筑之前进行的一种施工工艺;后张法是指预应力钢筋的张拉在混凝土浇筑之后进行的一种施工工艺;按预应力筋粘结状态分有粘结预应力砼和无粘结预应力砼；按施工方式预制预应力混凝土、现浇预应力混凝土和叠合预应力混凝土；,制作者：莫懿懿,5.1 先张法施工,施工工艺,5.1 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)放张钢筋 适用于：构件厂生产中、小型构件(楼板、屋面板、吊车梁、薄腹梁)（动画）先张法是靠预应力筋与混凝土之间粘结力来传递预应力的。,制作者：莫懿懿,5.1 先张法施工,先张法施工工艺示意图,制作者：莫懿懿,5.1 先张法施工,1 先张法施工设备先张法常用台座法施工 台座由台面、横梁和承力结构等组成。根据承力结构的不同，台座分为墩式台座、槽式台座、钢模台座等。用台座法生产预应力混凝土构件时，预应力筋锚固在台座横梁上，台座承受全部预应力的拉力，因此台座应有足够的强度、刚度和稳定性，以避免台座变形、倾覆和滑移。,5.1 先张法施工,制作者：莫懿懿,制作者：莫懿懿,5.1 先张法施工,墩式台座组成：传力墩、台面、横梁。长度100150m，适于中、小型构件。台座应进行稳定性和强度验算。稳定性是指台座抗倾覆能力验算和抗滑移验算。,制作者：莫懿懿,5.1 先张法施工,槽式台座组成：钢筋砼压杆、上下横梁、砖墙。长4576m，适于吊车梁、箱梁等砼预制构件，易于蒸汽养护。,钢模台座将制作构件的模板作为预应力钢筋的锚固支座的一种台座。模板具有相当的刚度，可将钢筋直接放置在模板上张拉。主要在流水线生产中应用。,侧模,底模,预应力筋锚固孔,活动铰,制作者：莫懿懿,5.1.2 夹具,5.1.2 夹具夹具是先张法构件施工时保持预应力筋拉力，并将其固定在张拉台座(或设备)上的临时性锚固装置。先张法中钢丝的夹具分两类，一种是将预应力筋锚固在台座上的锚固夹具，另一种是张拉时夹持预应力筋用的夹具。锚固夹具和张拉夹具都是重复使用的工具。（1）钢丝锚固夹具,制作者：莫懿懿,5.1.2 夹具,（2）钢丝张拉夹具常用的张拉夹具有偏心式夹具、楔形夹具、钳式夹具等。适用：张拉钢丝和直径16mm以下的钢筋。,(a)钳式(b)偏心式(c)楔形1钢丝；2钳齿；3拉钩；4偏心齿条；5拉环；6锚板；7楔块,制作者：莫懿懿,5.1.2 夹具,钢筋锚具钢筋锚具多用螺丝端杆锚具、镦头锚和销片夹具。螺丝端杆锚具由螺丝端杆、螺母和垫板组成。特点：螺丝端杆和预应力筋对焊成一个整体。适于:直径1836mm钢 筋。,制作者：莫懿懿,圆套筒三片式夹具,方套筒二片式夹具,5.1.2 夹具,销片式夹具由圆套筒和圆锥形夹片组成，套筒内壁呈圆锥形，与夹片锥度吻合，夹片有两片式和三片式，钢筋就夹紧在夹片的凹槽内。,圆套筒二片式夹具,制作者：莫懿懿,5.1.2 夹具,镦头锚用于预应力钢筋束固定端锚固用的镦头锚具，由固定板和带镦头的预应力筋组成。,1固定板；2镦头；3预应力钢筋,已经镦头成型的钢丝,制作者：莫懿懿,5.1.3 张拉机械,5.1.3 张拉机械分为电动张拉和液压张拉两类，前者多用于先张法，后者可用于先张法，也可用于后张法。（1）电动张拉：电动螺杆张拉机、电动卷扬机等。电动螺杆张拉机组成：螺杆、顶杆、张拉夹具、弹簧测力器及电动机。拉力3060t、行程800mm，用于：先张法钢筋、钢丝。,制作者：莫懿懿,5.1.3 张拉机械,电动卷扬机,1-台座;2-放松装置;3-横梁;4-预应力筋;5-锚固夹具;6-张拉夹具;7-测力计;8-固定梁;9-滑轮组;10-卷扬机,制作者：莫懿懿,5.1.3 张拉机械,（2）液压张拉：普通液压千斤顶张拉,1-台模;2、3-前后横梁;4-钢筋;5、6-拉力架横梁;7-大螺丝杆;8-油压千斤顶;9-放松装置,制作者：莫懿懿,5.1.3 张拉机械,拉杆式千斤顶（YL型）注:后张法施工中,由于构件已经预先浇注,张拉设备要附着在已经浇注构件的某一部位来对钢筋进行张拉适用：张拉带有螺丝端杆锚具的粗钢筋，锥形螺杆，锚具钢丝束及镦头锚具钢丝束。,制作者：莫懿懿,5.1.3 张拉机械,右侧是预应力构件，放置了预应力钢筋，端部用螺丝端杆锚具；左侧是拉杆式千斤顶，由拉杆、油缸、活塞、支腿组成。（动画）工艺工程：张拉预应力筋时，首先使连接器与预应力筋的螺丝端杆连接，并使顶杆支承在构件端部的预埋钢板上，当高压油泵从主缸油嘴进油到主缸，推动主缸活塞向左移动，带动拉杆和连接在拉杆末端的螺丝端杆，预应力筋即被拉伸，当达到张拉力后，拧紧预应力筋端部的螺母，使预应力筋锚固在构件端部，然后改用副油嘴使进油回到油泵中。,制作者：莫懿懿,5.1.3 张拉机械,穿心式千斤顶（YC型）工作原理：张拉时，高压油泵启动，从后油嘴进油，前油嘴回油，被偏心夹具夹紧的钢筋随液压缸的伸出而被拉伸。适用：直径1220mm的单根钢筋、钢绞线或钢丝束的张拉。YC20型，最大张拉力20t、行程200mm,(a)暂时锚固、回油使油缸复位(b)张拉1偏心夹具；2后油嘴；3前油嘴；4弹性顶压头；5销片夹具；6台座横梁；7预应力筋,制作者：莫懿懿,5.1.3 张拉机械,YC60穿心式千斤顶工艺工程：放置锚固夹具放置千斤顶固定工具锚顶住锚环、张拉缸进油张拉预应力筋顶压缸进油强力固定夹片放松工具锚张拉缸回程张拉缸、顶压缸回油顶压活塞千斤顶回收（动画）,制作者：莫懿懿,5.1.3 张拉机械,锥锚式千斤顶（YZ型）适用：张拉KTZ型锚具锚固的钢筋束或钢绞线束和使用锥形锚具的预应力钢丝束。,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副缸拉力弹簧；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,制作者：莫懿懿,5.1.3 张拉机械,锥锚式千斤顶工艺工程：固定千斤顶固定张拉钢筋张拉油缸进油张拉缸被压移、张拉钢筋顶压油缸进油将锚塞顶入锚圈张拉油缸、顶压缸出油放松千斤顶头移出千斤顶。（动画）,制作者：莫懿懿,5.1.4 先张法施工工艺,5.1.4 先张法施工工艺（1）预应力筋的张拉程序 预应力钢筋张拉程序一般可按下列程序之一进行：超张拉制度 0 105%con con 或一次张拉制度 0 103%con（con 预应力筋的张拉控制应力）注意：为了减少钢筋松弛变形造成的预应力损失，预应力钢筋宜采用超张拉程序。所谓“松弛”是在常温下钢材在持续高应力的作用下，其应力随时间增长而降低的现象为松弛。预应力钢丝张拉工作量大时，宜采用一次张拉程序；,持荷2分钟,制作者：莫懿懿,5.1.4 先张法施工工艺,（2）预应力筋张拉应力控制钢丝、钢绞线和热处理钢筋的最低张拉控制应力0.4fptk；超张拉可比设计要求提高5%，但最大张拉应力不得超过下表规定。张拉控制应力允许值,fptk：极限抗拉强度标准值fpyk：屈服强度标准值,制作者：莫懿懿,5.1.4 先张法施工工艺,下列情况下，上表的张拉控制应力限值可提高0.05fptk:为了提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受压区内设置的预应力筋；为了部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力筋与台座之间的温差等因素产生的预应力损失。,制作者：莫懿懿,5.1.4 先张法施工工艺,（3）钢筋张拉注意事项 张拉时应校核预应力筋的伸长值。实际伸长值与设计计算值的偏差不得超过6%，否则应停拉；从台座中间向两侧进行(防偏心压力损坏台座)多根成组张拉，初应力应一致(测力计抽查)拉速平稳，锚固松紧一致，设备缓慢放松 拉完的筋位置偏差5mm，且构件截面短边的4%冬季张拉时，温度15 注意安全：两端严禁站人，敲击楔块不得过猛。,制作者：莫懿懿,5.1.5 混凝土的浇筑与养护,5.1.5 混凝土的浇筑与养护（1）混凝土一次浇完，混凝土C30。（2）防止较大徐变和收缩，以减少预应力损失：水灰比0.5，级配良好，振捣密实（特别是端部）。（3）防止碰撞、踩踏钢丝。,制作者：莫懿懿,5.1.6 预应力筋的放张,5.1.6 预应力筋的放张（1）条件：混凝土达到设计规定且75%设计强度值后。（2）方法：锯断，剪断，熔断（仅限于级冷拉筋）（3）放张顺序（尽可能同时放张）：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；其它构件，应分阶段、对称、相互交错放张.整批放张多根预应力筋时，可用砂箱法、楔块法同时放张。,制作者：莫懿懿,5.2 后张法施工,5.2 后张法施工,浇混凝土,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（浆强度达15N/mm2,砼强度达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，锚具不能重复利用。,制作者：莫懿懿,5.2 后张法施工,制作者：莫懿懿,5.2.1 预应力筋、锚具和张拉机具,5.2.1 预应力筋、锚具和张拉机具锚具是后张法预应力砼构件中或结构中为保持预应力筋的拉力并将其传递到砼上所用的永久性的锚固装置。（1）钢绞线锚具可分为单孔和多孔。单孔夹片锚具有锚环和夹片组成。,单孔夹片式锚具图(a)组装图；(b)三夹片；(c)二夹片 1一钢绞线；2一锚环；3一夹片；4一弹性槽,制作者：莫懿懿,5.2.1 预应力筋、锚具和张拉机具,多孔夹片锚具（QM型、XM型、JM型）由多孔锚板、锚垫板（也称喇叭管、锚座）、螺旋筋等组成。,1钢绞线；2金属螺旋管；3带预埋板的喇叭管；4锚板；5夹片；6灌浆孔,制作者：莫懿懿,5.2.1 预应力筋、锚具和张拉机具,7孔夹片锚具图,制作者：莫懿懿,5.2.1 预应力筋、锚具和张拉机具,（2）钢丝束锚具钢质锥型锚具、钢丝束镦头锚具和锥形螺杆锚具 钢质锥型锚具由锚环和锚塞组成。钢丝分布在锚环锥孔内侧，由锚塞塞紧锚固。锚塞上刻有细齿槽，夹紧钢丝防止滑移。锚环内孔的锥度应与锚塞的锥度一致。,制作者：莫懿懿,5.2.1 预应力筋、锚具和张拉机具,钢丝束镦头锚具常用镦头锚具分为A型和B型，A型用于张拉端，B型用于固定端。预应力筋用钢丝镦头器镦头成型，配套张拉使用穿心式千斤顶。可以锚固任意根数的5和7高强钢丝束。,A型（锚杯+螺母）,B型（锚板）,镦头锚具,制作者：莫懿懿,5.2.1 预应力筋、锚具和张拉机具,已经镦头成型的钢丝,制作者：莫懿懿,5.2.1 预应力筋、锚具和张拉机具,锥形螺杆锚具由锥形螺杆、套筒、螺母组成，锚14、16、20、24、28根b5冷拔低碳钢丝束等。,锥形螺杆锚具,制作者：莫懿懿,5.2.2 预应力筋的制做,5.2.2 预应力筋的制做（1）钢绞线制做工序：开盘下料编束下料：钢绞线下料宜用砂轮切割机切割编束：钢绞线编束宜用20号铁丝绑扎，编束前，将钢绞线理顺，由直径12mm或15mm的钢绞线编束而成，每束36根。下料长度：采用夹片锚具、穿心式千斤顶张拉时，按下式计算两端张拉：Ll+2(l1+l2+l3+100)一端张拉：Ll+2(l1+100)+l2+l3,制作者：莫懿懿,5.2.2 预应力筋的制做,（2）钢丝制作工序：下料编束编束：保证钢丝束两端钢丝排练顺序一致。下料长度：采用钢质锥形锚具、锥锚式千斤顶张拉时，按下式计算两端张拉：Ll+2(l1+l2+80)一端张拉：Ll+2(l1+80)+l2,制作者：莫懿懿,5.2.2 预应力筋的制做,（3）粗钢筋单根预应力筋一般张拉端均采用螺栓端杆锚具，固定端可采用螺丝端杆锚具，帮条锚具或镦头锚具。制作工序：配料对焊冷拉。采用控制应力的方法进行冷拉，钢筋对焊接长在钢筋冷拉前进行。,下料长度计算时应考虑下列因素：结构的孔道长度；锚具厚度；千斤顶长度；焊接接头或镦头的预留量；冷拉伸长值；弹性回缩、张拉伸长值等。,制作者：莫懿懿,5.2.3 孔道留设,5.2.3 孔道留设预应力筋的孔道形状有直线和曲线，孔道直径一般比预应力筋的接头外径或需穿入孔道锚具外径大11.5cm。一般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。孔道留设方法有预埋波纹管法、钢管抽芯法和胶管抽芯法。,扁金属 波纹管,圆金属 波纹管,制作者：莫懿懿,预埋波纹管法波纹管为特制的带波纹的金属或塑料管，它与混凝土有良好的粘结力。波纹管预埋在构件中，浇筑砼后不再抽出；只可留设曲线形孔道。,注意事项：钢筋井字架0.8m；灌浆孔间距30米；波纹管的连接采用大一号同型波纹管。接头管的长度为200300mm，用密封胶带封口,制作者：莫懿懿,5.2.3 孔道留设,钢管抽芯法预先将钢管埋设在模板内孔道位置处，在砼浇筑过程中和浇筑之后，每间隔一定时间慢慢转动钢管，使之不与砼粘结，待砼初凝后、终凝前抽出钢管，即形成孔道。只可留设直线孔道。注意事项：钢管应平直、光滑，刷润滑剂；每根长度最好15m，超过15m，用两根钢管，中间用木塞及套管连接；,浇砼后每1015分钟转动一次；砼初凝后、终凝前抽管；常温下抽管时间在砼浇筑后36h；抽管顺序应先上后下，边转边拔；钢筋井字架间距 1m，灌浆孔间距 12米。,制作者：莫懿懿,胶管与阀门连接,5.2.3 孔道留设,胶管抽芯法浇筑砼前，胶管内充入压力为0.60.8 N/mm2的压缩空气或压力水，此时胶管直径增大3mm左右，待浇筑的砼初凝后，放出压缩空气或压力水，管径缩小而与砼脱离，便于抽管。适用于留设直孔或曲线孔道。注意事项：钢筋井字架间距 0.5 m；胶管必须有良好的密封装置；抽管时间比钢管略迟；抽管顺序宜先上后下，先曲后直。,胶管的封端处理,制作者：莫懿懿,金属 波纹管,现场金属波纹管铺设,制作者：莫懿懿,5.2.4 预应力筋张拉,5.2.4 预应力筋张拉 用后张法张拉预应力筋时，混凝土强度应符合设计要求，设计无规定时，不应低于设计强度等级的75。（1）张拉程序 0 105%con con 0 103%con（2）张拉方法：抽芯成孔：对曲线预应力筋和长度24m的直线，两端同时张拉；长度24m的直线预应力筋，一端张拉。,持荷2分钟,制作者：莫懿懿,预埋波纹管对曲线预应力筋和长度 30m的直线，宜在两端张拉，长度 30m的直线预应力筋，一端张拉。当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。当两端同时张拉一根预应力筋时，宜先在一端锚固，再在另一端补足张拉力后进行锚固。,制作者：莫懿懿,5.2.4 预应力筋张拉,（3）张拉顺序应使砼结构不产生超应力，构件不扭转、侧弯，结构不变位等，因此，对称张拉是重要原则：对配有多根不对称预应力筋的构件，应采用分批分阶段对称张拉。（注意：后批张拉预应力筋产生的砼弹性压缩对先批张拉的预应力筋的影响）；,吊车梁预应力筋分批张拉顺序,屋架下弦杆预应力筋张拉顺序（a）两束（b）四束,制作者：莫懿懿,平卧重叠浇筑的预应力混凝土构件，张拉预应力筋的顺序是先上后下，逐层加大张拉力。但底层张拉力顶层张拉力5%（钢丝、钢绞线、热处理钢筋）或9%（冷拉、级钢筋）。,制作者：莫懿懿,5.2.5 孔道灌浆,5.2.5 孔道灌浆主要作用保护预应力筋，防止其锈蚀，并使预应力筋与构件混凝土有效粘结。,螺旋管上留灌浆孔,灌浆施工要领：灌浆前砼孔道应用压力水冲刷，确保孔道砼湿润和洁净；水泥浆倒入灰浆泵时，必须过筛；灌浆缓慢均匀地进行，不得中断，并排气通顺。,制作者：莫懿懿,5.2.5 孔道灌浆,在灌满孔道并封闭排气孔后，宜继续加压至0.50.6MPa，稍后再封闭灌浆孔；灌浆顺序应先下后上，以避免上层孔道灌浆而把下层孔道堵塞。曲线孔道灌浆，宜由低点压入水泥浆，至最高点排气孔中排出空气及溢出浓浆为止。,灌浆孔和泌水孔,5.2.5 孔道灌浆,制作者：莫懿懿,制作者：莫懿懿,5.3 无粘结预应力砼施工,5.3 无粘结预应力砼施工特点：施工过程简单，无需预留孔道、穿预应力筋以及灌浆等施工工序，其预应力的传递完全依靠构件两端的锚具。施工工序：预应力筋制作 预应力筋安放与绑扎浇筑混凝土养护至张拉强度（设计强度75）张拉预应力筋并锚固（1）无粘结预应力筋的制做高强钢丝、钢绞线束外包涂料层（防腐、润滑、减少张拉摩擦）+包裹层（塑料布或塑料管，0.81mm厚）,制作者：莫懿懿,5.3 无粘结预应力砼施工,（2）铺设顺序底筋绑扎后；双向配筋 时，先低后高。就位固定垫铁、马凳，或与 其它筋固定。避免两向相互穿插，端头与承压板垂直、贴紧。,垫铁,马凳,制作者：莫懿懿,5.3 无粘结预应力砼施工,（3）张拉：顺序：先铺设的先张拉，后铺设的后张拉。方法：25m，一端张拉；2550m，一端张拉锚固后，另一端补强。预应力筋滑脱、断裂数量2%（同一截面总量的）。,（4）端部处理：锚固后在锚具夹片外保留长度30mm，多余部分切断并将钢绞线散开、弯折后浇筑砼封闭，防止锈蚀。,钢绞线端部锚头处理1锚环；2夹片；3埋件；4钢绞线；5散开打弯钢丝；6圈梁,制作者：莫懿懿,5.3 无粘结预应力砼施工,张拉端处理 采用镦头锚具，锚头部位的外径比较大，因此，预应力筋两端应在构件上预留有一定长度的孔道（塑料套筒），其直径略大于锚具的外径。预应力筋张拉锚固以后，其端部便留下孔道，并且该部分没有涂层，应封闭处理保护预应力筋。第一种方法是在孔道中注入油脂并加以封闭,制作者：莫懿懿,5.3 无粘结预应力砼施工,第二种方法是在两端留设的孔道内注入环氧树脂水泥砂浆，其抗压强度不低于35MPa，灌浆时同时将锚头封闭，防止钢筋锈蚀，也起一定的锚固作用。预留孔道中注入油脂或环氧树脂水泥砂浆后，用C30级的细石混凝土封闭锚头部位。,制作者：莫懿懿,5.1.4 先张法施工工艺,如应力与温度维持不变，钢材的应变会随时间而增加的现象则称为蠕变。持荷两分钟加速钢筋松驰的早期发展。(第1分钟内完成损失总值的50%)应力松弛是预应力筋的重要力学性能。松弛的数值与张拉控制应力和延续时间有关。控制应力高，松弛也大，所以钢丝、钢绞线的松弛损失比冷拉热轧钢筋大；松弛损失还随着时间的延续而增加，但在第一分钟内可完成损失总值的50，24h内则可完成80。所以采用超张拉工艺，先超张拉5再持荷2min，则可减少50以上的松弛应力损失。采用一次张拉锚固工艺，因松弛损失大，故张拉力应比原设计控制应力提高3。这种张拉程序施工简便，一般多用。,