《预应力溷凝土》PPT课件.ppt
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1、第五章 预应力混凝土工程,普通钢筋砼构件的抗拉极限应变值非常小,每米只允许拉长0.10.15mm,超过此值,混凝土就会开裂。如果混凝土不开裂,构件内的受拉钢筋应力只能达到2030N/mm2;即使允许构件开裂,并将裂缝宽度控制在0.20.3mm时,构件内的受拉钢筋应力也只能达到150250N/mm2。,由此可见,钢筋的优异性能(抗拉)没有得到充分发挥,想在普通钢筋砼中采用高强钢筋以达到节约钢材的目的也显得毫无意义。而采用预应力混凝土就能解决这一矛盾。,预应力混凝土的概念:在结构(构件)受拉区预先施加压力产生预压应力,从而使结构(构件)在使用阶段产生的拉应力首先抵消预压应力,推迟了裂缝的出现和限制
2、裂缝的开展,提高了结构(构件)的抗裂度和刚度。这种施加预应力的混凝土,叫作预应力混凝土。与普通混凝土相比,预应力混凝土除了提高了构件的抗裂度和刚度外,还具有减轻自重、增加构件的耐久性、降低造价等优点。,预应力混凝土的分类:按施工方法的不同可分为先张法和后张法两大类;按钢筋张拉方式不同可分为机械张拉、电热张拉与自应力张拉法等。,第一节 先张法,工艺原理:在浇筑砼前,在台座或模板上先张拉预应力钢筋,用夹具临时固定,然后浇筑砼。待砼达到规定强度(一般不低于砼设计强度标准值的75%),保证预应力筋与混凝土有足够的粘结力时,放松或切断预应力筋,借助于混凝土与预应力筋间的粘结力,将预应力钢筋的弹性收缩力传
3、递到混凝土构件上,对构件受拉区的混凝土产生预压应力。,预应力筋的张拉力,主要是由预应力筋与混凝土之间的粘结力传递给混凝土。P199图5-1为预应力混凝土构件先张法(台座)生产示意图。先张法生产可采用台座法和机组流水法。,台座法是构件在台座上生产,即预应筋的张拉、固定、混凝土浇筑、养护和预应力筋的放松等工序均在台座上进行。预应力筋的张拉力由台座承受。采用机组流水法是利用钢模板作为固定预应力筋的承力架,构件连同模板通过固定的机组,按流水方式完成其生产过程。预应力筋的张拉力由钢模板承受。先张法适用于生产定型的中小型构件,如空心板、屋面板、吊车梁、檩条等。,一、台座台座是先张法施工张拉和临时固定预应力
4、筋的支撑结构,它承受预应力筋的全部张拉力,因此要求台座具有足够的强度、刚度和稳定性。台座按构造型式分为:墩式台座和槽式台座。,1、墩式台座:如P199图5-2所示,由承力台墩、台面和横梁组成,目前常用的是现浇钢筋混凝土制成的由承力台墩与台面共同受力的台座。台座设计,应进行稳定性和强度验算,稳定性验算包括台座的抗倾覆验算和抗滑移验算。,2、槽式台座如P201图5-5所示,由端柱、传力柱和上、下横梁及砖墙组成。端柱和传力柱是槽式台座的主要受力结构,采用钢筋砼结构。砖墙一般为一砖厚,起挡土作用,同时又是蒸汽养护的保温侧墙。槽式台座适用于张拉吨位较大的构件,如吊车梁、屋架、薄腹梁等。,二、夹具夹具是预
5、应力筋张拉和临时固定的锚固装置,用在先张法施工中。1、夹具应满足以下要求:a、当夹具组装件达到实际极限拉力时,全部零件不应出现肉眼可见的裂缝和破坏;b、有良好的自锚和松锚性能;c、能多次重复使用。夹具按其用途不同,可分为锚固夹具和张拉夹具。,2、锚固夹具:将预应力筋锚固在台座或钢模上。钢丝锚固夹具:a、钢质锥形夹具主要用来锚固直径为35mm的单根钢丝。如图5-6所示。套筒外观为圆柱形,中间开圆锥形孔,销子连带钢丝插入孔中,实现锚固。b、墩头夹具适用于预应力钢丝固定端的锚固。如图5-7所示。将钢丝端部冷镦或热墩,形成粗头,通过承力板或梳筋板锚固。,钢筋锚固夹具常用的为圆套筒三片式夹具,由夹片与套
6、筒组成。套筒的内孔成圆锥形,三个夹片互成120,钢筋夹持在三夹片中心,夹片内槽上有齿纹,以保证钢筋的锚固。适用于夹持直径为12mm、14mm的单根冷拉级、级钢筋。,3、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、偏心式夹具和楔形夹具等,如图5-8所示。,三、张拉设备张拉设备要求工作可靠,控制应力准确,能以稳定的速率加大拉力。常用的张拉设备有油压千斤顶、卷扬机、电动螺杆张拉机等(P203图5-10、5-11)。用钢模以机组流水法或传送带法生产构件常用多根张拉,此时钢丝以墩头锚固的方法锚固在锚固板上,用油压千斤顶进行张拉;在台座上生产构件多为单根张拉,可
7、采用电动卷扬机、电动螺杆张拉机等进行张拉。,四、先张法施工工艺先张法施工工艺流程如P204图5-13所示。(一)预应力筋的铺设、张拉1、预应力筋铺设前先做好台面的隔离层,应选用非油类模板隔离剂,隔离剂不得使预应力筋受污,以免影响预应力与混凝土的粘结。碳素钢丝强度高、表面光滑、与混凝土粘结力较差,因此必要时可采取表面刻痕和压波措施,以提高钢丝与混凝土的粘结力。钢丝接长可借助钢丝拼接器用2022号铁丝密排绑扎,如P205图5-14所示。,2、预应力筋张拉应力的确定预应力筋的张拉控制应力con应符合设计要求。施工如采用超张拉,可比设计要求提高5%,但其最大张拉控制应力不得超过P205表5-1的规定。
8、张拉控制应力不宜过高的原因:,控制应力过高,构件在投入使用后,预应力筋处于高应力状态,构件出现裂缝的荷载与破坏荷载很接近,往往构件破坏前没有明显预兆,这是不允许的。施工中为了减少由于松弛等原因造成的预应力损失,一般要进行超张拉,如果原定的控制应力过高,再加上超张拉就可能使钢筋的应力超过屈服点。,3、预应力筋张拉力的计算 预应力筋张力P按下式计算:P=(1+m)conAp(kN)式中m超张拉百分率(%);con张拉控制应力;Ap预应力筋截面面积。,4、预应力筋的张拉程序可按下列程序之一进行:0103%con;或 0105%con 持荷2min con第一种张拉程序中,超张拉3%是为了弥补预应力筋
9、的松弛引起的预应力损失,这种张拉程序施工简便,一般较多采用。第二种张拉程序中,超张拉5%并持荷2min,其目的是为了减少预应力筋的松弛损失。,松弛:即钢材在常温、高应力状态下具有不断产生塑性变形的特点。钢筋松弛的数值与控制应力、延续时间有关,控制应力越高,松弛也就越大,同时还随着时间的延续不断增加,但在第一分钟内完成损失总值的50%左右,24小时内则完成80%。在上述程序中,超张拉5%con持荷2min,可以减少50%以上的松弛损失。,5、预应力筋伸长值与应力的测定预应力筋张拉后,一般应校核预应力筋的伸长值。如实际伸长值与计算伸长值的偏差超过6%时,应暂停张拉,查明原因并采取措施予以调整后,方
10、可继续张拉。预应力筋的计算伸长值L按下式计算:L=FpL/ApEs.式中Fp预应力筋张拉力;L预应力筋长度;Ap预应力筋截面面积;Es预应力筋的弹性模量。,预应力筋的实际伸长值,宜在初应力约为10%con时开始测量,但必须加上初应力以下的推算伸长值。(推算伸长值可根据预应力弹性变形呈直线变化的规律求得,参考P222举例。)预应力筋张拉后,与设计位置不允许有过大偏差(偏差不得大于5mm),也不得大于构件截面最短边长的4%。,采用钢丝作为预应力筋时,可不做伸长值校核,但应在钢丝锚固后,用测力计测定钢丝应力。其偏差不得大于或小于按一个构件全部钢丝预应力总值的5%。多根钢丝同时张拉时,必须事先调整初应
11、力,使其相互间的应力一致。断丝和滑脱钢丝的数量不得大于钢丝总数的3%,一束钢丝中只允许断丝一根。在浇筑混凝土前发生断丝或滑脱的预应力钢丝,必须予以更换。,(二)混凝土浇筑与养护为了减少预应力损失,在设计配合比时应考虑减少混凝土的收缩和徐变。应采用低水灰比,控制水泥用量,采用良好的级配并振捣密实。振捣混凝土时,振动器不得碰撞预应力钢筋。混凝土未达到一定强度前也不允许碰撞和踩动预应力筋,以保证预应力筋与混凝土有良好的粘结力。,预应力混凝土可采用自然养护和湿热养护。当采用湿热养护时应采取正确的养护制度,减少由于温差引起的预应力损失。用台座法生产构件采用湿热养护时,温度升高后,预应力筋膨胀而台座长度并
12、无变化,因而预应力筋的应力减少。在这种情况下混凝土逐渐硬结,在混凝土硬化前,预应力筋由于温度升高而引起的应力降低将无法恢复,形成温差应力损失。因此,为了减少温差应力损失,应在混凝土达到一定强度(100N/mm2)前,将温度升高限制在一定范围内(一般不超过200C),以减少预应力筋膨胀。用机组流水法钢模制作预应力构件,因湿热养护时钢模与预应力筋同样伸缩,所以不存在因温差引起的预应力损失。,(三)预应力筋的放张1)放张要求放张预应力筋时,混凝土应达到设计要求的强度。如设计无要求时,应不得低于设计混凝土强度等级的75%。,2)放张方法配筋不多的中小型构件,钢丝可用砂轮锯或切断机等方法放张。配筋多的钢
13、筋砼构件,钢丝应同时放张,如逐根放张,最后几根钢丝将由于承受过大的拉力而突然断裂,使得构件端部开裂。对钢丝、热处理钢筋不得用电弧切割,宜用砂轮锯或切断机切断。(电弧切割是利用电弧热能熔化切割处的金属,温度很高,会影响钢丝、热处理钢筋的受力性能。),3)放张顺序预应力筋的放张顺序,应满足设计要求,如设计无要求时应满足下列规定:(1)对轴心受预压构件(如压杆、桩等),所有预应力筋应同时放张。(2)对偏心受预压构件(如梁等),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)如不能按上述规定放张时,应分阶段、对称、相互交错的放张,以防止在放张过程中构件发生翘曲、裂纹及预应
14、力筋断裂等现象。,工艺原理:先制作构件,并在构件中按预应力筋的位置预先留出相应的孔道,等构件混凝土强度达到设计规定的数值后,穿入预应力筋,用张拉机具进行张拉,并利用锚具把张拉后的预应力筋锚固在构件的端部。见P207图5-16。预应力筋的张拉力,主要靠构件端部的锚具传给混凝土,使其产生预压应力。张拉锚固后,立即在预留孔道内灌浆,使预应力筋不受锈蚀,并与构件形成整体。,二、后张法,后张法的优点:直接在构件上张拉,不需要专门的台座,现场生产时可避免构件的长途搬运,所以适宜于在现场生产大型构件,特别是大跨度的构件,如吊车梁、屋架、薄腹梁等。可作为一种预制构件的拼装手段:先在预制厂制作小型砼块体,运到现
15、场后,穿入钢筋,通过施加预应力拼装成整体。,缺点:需要在钢筋两端设置专门的锚具,这些锚具永远留在构件上,不能重复使用,耗用钢材较多。同时,由于留孔、穿筋、灌浆及锚具部分预压应力局部集中处需加强配筋等原因,使构件端部构造和施工操作都比先张法复杂,造价也比先张法高。,一、锚具及张拉设备(一)锚具的要求锚具是预应力筋张拉和永久固定在预应力混凝土构件上的传递预应力的工具。要求:当预应力筋锚具组装件达到实测极限拉力时,全部零件不应出现肉眼可见的裂缝和破坏;具有能放松预应力筋的性能;锚具或其附件上宜设置灌浆孔道或排气孔道,孔道的截面积应能保证浆液通畅。,(二)锚具的种类根据其锚固原理和构造形式不同,分为螺
16、杆锚具、夹片锚具、锥销式锚具和镦头锚具。按照锚具所在位置和作用不同,可分为张拉端锚具和固定端锚具。按锚具锚固钢筋或钢丝的数量,可分为单根粗钢筋锚具、钢丝锚具和钢筋束、钢绞线束锚具。详见P208212有关内容。,(三)张拉设备主要由千斤顶和高压油泵组成。详见P212215有关内容。,二、预应力筋的制作详见P215217有关内容。,三、后张法施工工艺见P218图5-32,关键步骤是孔道留设、预应力筋张拉和孔道灌浆。(一)孔道留设一般采用钢管抽芯法、胶管抽芯法、预埋管法。预应力筋的孔道形状有直线、曲线和折线三种。钢管抽芯法只用于直线孔道,胶管抽芯法和预埋管法适用于直线、曲线和折线孔道。,孔道的留设是
17、后张法构件制作的关键工序之一。所留孔道的尺寸与位置应正确,孔道要平顺,端部的预埋钢板应垂直于孔中心线。孔道直径一般应比预应力筋的接头外径或需穿入孔道锚具外径大1015mm,以利于穿入预应力筋。,1、钢管抽芯法:用于直线孔道。工艺流程:将钢管预埋设在模板内孔道位置。在混凝土浇筑和养护过程中,每隔一定时间(1015min)要慢慢转动钢管一次,以防止混凝土与钢管粘结。在混凝土初凝后、终凝前抽出钢管,即在构件中形成孔道。为保证预留孔道质量,施工中应注意以下几点:,钢管要平直,表面光滑,安放位置准确。钢管不直,在转动及拔管时易将混凝土管壁挤裂。钢管预埋前应除锈、刷油,以便抽管。钢管一端钻16mm的小孔,
18、以备插入钢管棒转动钢管。在灌筑混凝土时,应防止振动器直接接触钢管,以免产生位移。,钢管每根长度最好不超过15m,以便于旋转和抽管。钢管两端应各伸出构件500mm左右。较长构件可用两根钢管接长,接头处可用0.5mm厚铁皮做成的套管连接,如P218图5-33所示。套管内表面要与钢管外表面紧密结合,以防漏浆堵塞孔道。,恰当地控制抽管时间,抽管时间与水泥品种、气温和养护条件有关。抽管宜在混凝土终凝前、初凝后进行,以用手指按压混凝土表面不显指纹时为宜。常温下抽管时间约在混凝土浇筑后36h。抽管时间过早,会造成坍孔事故;太晚,混凝土与钢管粘结牢固,抽管困难,甚至抽不出来。,抽管顺序和方法。抽管顺序宜先上后
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