预应力钢棒技术及应用-复件课件.ppt

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1、预应力材料技术预应力钢棒技术及应用马永存 预应力钢棒事业部,预应力钢棒事业部,Contents目录预应力技术及材料/01金属预应力材料/02预应力钢棒技术/03预应力钢棒应用/04预应力钢棒施工/05,预应力钢棒事业部,一.预应力技术及材料,1.预应力技术的发展概况1928年法国率先将高强度钢丝用于于预应力混凝土，并在20世纪40年代后得到广泛应用与发展。我国在20世纪50年代开始试验研究预应力混凝土结构。最初试用于预应力混凝土轨枕，之后于1956年在陇海线成功建成跨新沂河的预应力混凝土铁路梁桥；1957年京周公路上也修建了一座跨径为20m的装配式后张预应力混凝土简支梁桥。,预应力钢棒事业部,

2、2.预应力结构原理,预应力结构是在结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力，以改善结构使用性能的结构。在工程中，采用预应力结构可以提高构件的刚度，推迟裂缝出现的时间，增加构件的耐久性。早期的酒桶、手工锯就是基于这一原理。,预应力钢棒事业部,3.预应力材料,预应力材料分为两类：复合材料预应力筋 金属材料预应力筋,复合材料预应力筋种类：玻璃纤维增强聚合物GFRP)芳纶纤维增强聚合物AFRP)碳素纤维增强聚合物CFRP)优点：高强、耐疲劳，质轻、耐腐蚀、非磁性等。缺点：延伸率低、抗剪能力差目前主要用于桥梁加固领域。,金属材料预应力筋种类：精轧螺纹钢筋 钢丝、钢绞线 预应力钢棒优点

3、：高强、低松弛、高延伸。缺点：耐腐蚀性差目前大量用于混凝土桥梁建设,预应力钢棒事业部,二.金属预应力材料,随着材料和机械工业的发展，使得金属预应力材料技术、锚固体系及施工工艺水平得到不断提高，并广泛应用于混凝土桥梁建设，推动了土木工程的快速发展。新的材料技术和锚固体系的出现，使得这一技术和方法的应用前景非常广泛。,精轧螺纹钢筋,钢绞线,预应力钢棒,根据材料成型工艺可分为:精轧螺纹钢筋钢丝、钢绞线预应力钢棒。根据深加工工艺和施工方法可分为：有粘结、缓粘结、无粘结及体外预应力筋。,预应力钢棒事业部,1.金属预应力材料特点,精轧螺纹钢筋：由于热轧控冷工艺受气温变化和设备影响因素，材料性能不稳定，外形

4、尺寸公差大。钢绞线：虽然通过稳定化处理，但由于材料含碳量高，经过多道冷拔后，伴随着强度的提高其塑性性能大大降低。预应力钢棒：通过冷拔调质工艺得到回火索氏体组织，其析出的碳化物呈球状弥散地分布于基体中，使其具有更好的综合机械性能，,预应力钢棒事业部,2.锚固性能分析,精轧螺纹钢施工控制困难，螺母拧不到位。（直径32的螺距为16mm）尺寸精度大，张拉应力数据不准确，一致性差。（直径32的基圆公差1.6mm，螺纹高差0.8mm）,精轧螺纹钢及锚具,钢绞线夹片锚是通过钢绞线张拉放张回缩锁紧，一般单端张拉回缩量达到5mm。施工时通过超张拉解决应力损失问题，由于回缩量很难控制造成应力不准确，一致性差。低回

5、缩锚具虽然解决了应力损失问题，但预应力筋伸长量不一致，造成预应力承载力不一致。,预应力钢棒事业部,预应力钢棒螺纹锚具组件包括：高强度低松弛预应力钢棒、支承式螺纹锚具和预埋件组成。可以采用无粘结及有粘结的方式，单支或多只组合使用。,预应力钢棒螺纹锚具螺纹采用挤压成型工艺，螺纹公差带采用6H/6g组合精度，因此其锚固回缩量在0.1mm，应力损失小。采用高强度螺母锚固，锚固螺距为1.5mm，施工精度高，张拉应力及伸长量一致性强。,预应力钢棒螺纹锚具,预应力钢棒螺纹锚具组件,预应力钢棒事业部,三.预应力钢棒技术,1.预应力钢棒技术参数 产品执行的标准为GB/T5223.3-2005预应力混凝土用钢棒,

6、预应力钢棒事业部,2.预应力钢棒的特点,特点1：预应力钢棒采用中低碳合金钢，通过冷拔调质工艺得到金相组织为回火索氏体。其析出的碳化物呈球状弥散地分布于基体中，故回火索氏体具有更好的综合机械性能，其延伸率达到7%以上，可以做到10%。,预应力钢棒事业部,特点2：锚固螺纹采用挤压成型工艺，加工精度高（6H/6g）,螺纹表面形成压应力，提高锚固性能。采用螺距为1.5mm高强度螺母锚固，施工应力一致性强。,预应力钢棒事业部,特点3：韧性高、延伸率高、面缩好，解决了传统PC钢棒延迟断裂问题。,。,为了解决传统PC钢棒延迟断裂问题我们采取以下措施：选用性能稳定的中碳合金钢无扭控冷热轧盘条作为原材料 采用高

7、压穿水冷却工艺，冷却均匀，内应力小。回火采取阶梯温控时效措施，消除内应力效果明显。,预应力钢棒事业部,3.预应力钢棒与同类材料比较,.预应力钢棒和精轧螺纹钢比较 对两种材料进行力学性能对比。试验结果见下表。,预应力钢棒事业部,对两种材料工程用量进行对比 精轧螺纹钢强度低，所以选用直径较大规格，造成钢材浪费。而预应力钢棒强度较高，可选用直径较小规格，可节约30%以上的钢材，其经济效益和社会效益显著。用量对比见下表,预应力钢棒事业部,.预应力钢棒螺纹锚具与钢绞线夹片锚比较钢绞线夹片锚回缩量大，应力损失大；而预应力钢棒螺纹锚具锚固螺距为1.5mm，其回缩量小，锚固时应力损失小。钢绞线夹片锚锁紧方式是

8、通过放张，钢绞线应力回缩拉紧，应力损失量不确定，施工时张拉力参数不准确；而预应力钢棒螺纹锚具是通过高强度锚固螺母锁紧，锚固应力损失稳定，施工张拉力准确。在静载试验台上对两种锚具进行锚固回缩量试验 试验结果见下表,预应力钢棒事业部,对三种锚具进行施工应力损失比较,根据下面公式对不同锚具进行应力损失计算,弹性模量E：钢绞线取195GPa、预应力钢棒和精轧螺纹钢取200GPa。张拉应力取con=0.75fpk。fpk取值：钢绞线1860MPa，钢棒1420MPa,螺纹钢930MPa.锚固回缩量取值：钢绞线5mm、钢棒0.1mm、精轧螺纹钢1.5mm,预应力钢棒事业部,4.预应力钢棒螺纹锚具与同类产品

9、安全性分析,精轧螺纹钢螺纹螺距大，螺纹升角大，容易松动（32精轧螺纹钢螺纹升角为9.4度），而预应力钢棒螺纹锚具螺纹升角小防松性能高。（螺纹升角为1.7度），钢绞线夹片锚施工时通过超张拉解决应力损失大问题，而行业内对超张拉并没有统一标准，使得工程存在安全隐患。钢绞线韧性差，延伸率低，造成产品抗震吸能性差，材料断口为脆性断口。,预应力钢棒事业部,四.预应力钢棒的应用,1.T型简支梁横向联接 在T梁的横隔板处预留穿筋孔道，铺架时通过孔道用预应力钢棒联接锁紧后，就可以在桥面进行施工运输。待横隔板浇筑完成后，进行张拉锚固。此结构已在铁路T型简支梁施工中大量应用（晋中南铁路、中俄同江铁路）。,在公路及市

10、政T梁施工中未设置横向预应力。因此，我们对天津、山西、吉林和湖北等省份建成20年左右T梁桥进行调查，发现普遍存在湿接缝产生裂纹问题，严重的裂纹已经延伸到桥面，造成路面破损。,预应力钢棒事业部,2.连续梁竖向预应力 设计使用无粘结预应力钢棒螺纹锚具。对比以往精轧螺纹钢设计，不仅大量降低钢材用量（节约37%钢材，经济效益显著），而且从施工方法及安全性方面都做了全新设计。,预应力钢棒事业部,采用无粘结施工可有效改善预应力筋的防腐状态，省去了预埋管道、穿束、压浆、割除多余钢筋等工艺，减少了定位管道钢筋数量，简化了施工工艺，缩短了工期。预应力钢棒螺纹锚具应力损失小，施工数据准确；螺纹升角，增加了螺纹的摩

11、擦角度，更有利于防松。此结构已在武汉四环线、道瓮高速等项目中应用,预应力钢棒事业部,3.斜拉索桥混凝土主塔 在主塔设计中变以往单层布筋为双层布筋，使得主塔应力分布更均匀。采用无粘结方式，增加混凝土振捣空间，提高工程质量。在武汉四环线汉江特大桥中应用。,预应力钢棒事业部,4.桥梁加固工程的应用公路T梁解决湿接缝开裂问题的加固施工。每个横隔板设置上下两组锚具，每两支预应力钢棒为一组分别在横隔板两侧，通过锚板把预应力施加在横隔板两端。应用在津围线九王庄大桥,预应力钢棒事业部,箱梁提高承载力腹板加固工程。在箱梁腹板内侧设置竖向预应力钢棒，锚固端设置在桥面，便于张拉施工。应用在营口南轩桥,预应力钢棒事业

12、部,此外在箱梁底板裂纹加固、斜拉索桥横梁加固等工程中均可以采用预应力钢棒螺纹锚具。通过以上工程的应用，可以看出预应力钢棒螺纹锚具应用前景广泛。他的应用必将提高桥梁建设的工程质量，经济和社会效益显著。,预应力钢棒事业部,五.预应力钢棒的施工,采用前端引伸杆张拉，不用预留千斤顶工作长度钢筋，张拉后不需要割筋。进一步节约钢材，减少施工步骤。采用无粘结施工方案，省去了传统的后张法预应力混凝土的预埋管道、穿束、压浆等工艺，减少了预应力定位钢筋数量，简化了施工工艺，缩短了工期。采用无粘结施工方案，没有振捣漏浆的风险；减少了由于压浆不实，预应力筋应力腐蚀的风险；与混凝土隔绝，没有氯离子腐蚀的风险。,预应力钢棒事业部,张拉设备 张拉使用穿心式千斤顶，通过引伸杆联接预应力钢棒端头丝扣，施加应力同时旋转锁紧手柄，锁紧锚固螺母。此结构已设计自动化张拉设备。,预应力钢棒技术及应用,谢谢,