第5章預應力混凝土

1、第第5章章 預應力混凝土工程預應力混凝土工程土木工程施工多媒體v5.1.1 預應力混凝土的特點預應力混凝土的特點v預應力鋼筋混凝土結構構件，較普通鋼筋混凝土結構改善了受拉區(qū)混凝土的受力性能，充分發(fā)揮了高強鋼材的受拉性能，從而提高了鋼筋混凝土結構剛度、抗裂度和耐久性，減輕了結構自重；但要增加預應力工序與增添專用設備，技術含量高，操作要求嚴，相應的費用高。v將預應力作為一種拼裝手段，縱橫方向張拉預應力筋，將拼裝好的預制構件形成裝配整體的預應力結構等。預應力混凝土在大柱網(wǎng)和大跨度結構中具有較大的發(fā)展前景與推廣價值。v5.1.2 材料和機具要求材料和機具要求v根據(jù)現(xiàn)行國家標準，用于預應力混凝土結構中的

2、預應力鋼筋有以下幾種（圖5-1）：v1. 熱處理鋼筋 熱處理鋼筋是由特定強度的熱軋鋼筋通過加熱、淬火和回火等調質工藝處理的鋼筋。熱處理后，鋼筋強度能得到較大幅度提高，而塑性降低并不多。圖 5-1v2. 高強度鋼絲 預應力混凝土結構常用的高強鋼絲按交貨狀態(tài)分為冷拉和矯直回火兩種，按外形分為光面并經(jīng)消除應力的高強度圓形鋼絲、刻痕鋼絲和螺旋肋鋼絲等。v3.鋼絞線v預應力混凝土用鋼絞線用冷拔鋼絲制造而成，方法是在絞線機上以一種稍粗的直鋼絲為中心，其余鋼絲圍繞其進行螺旋狀絞合，再經(jīng)低溫回火處理即可。鋼絞線規(guī)格有2股、3股、7股、19股等，常用的是3股、7股鋼絞線。v混凝土強度等級不宜低于C40。 v不能

3、摻用對鋼筋有侵蝕作用的氯鹽、氯化鈉等， v采用機械方法進行張拉的先張法與后張法，預應力鋼筋張拉和固定均需用夾具或錨具。 v通常把永久錨固在構件鋼筋端部的稱作錨具，主要用于后張法；將用于臨時夾持預應力筋，在澆筑混凝土達到強度后可以取下的稱為夾具。有些錨具與夾具可以互換使用。 先張法是在澆筑混凝土前張拉預應力筋，然后澆筑混凝土，待混凝土養(yǎng)護達到不低于混凝土設計強度值的75，放松預應力筋，借助于混凝土與預應力筋的粘結，對混凝土施加預應力的施工工藝，如圖5-2所示。圖 5-2v5.2.1 施工設備 v1臺座v（1）墩式臺座。墩式臺座是由傳力墩、臺面和橫梁組成的（圖5-3）。圖 5-3v（2）槽式臺座。

4、槽式臺座由鋼筋混凝土傳力柱、下橫梁、臺面和磚墻組成（圖5-4）。傳力柱是臺座的主要承力結構，抵抗張拉和傾覆力矩能力大。磚墻起擋土作用，并作為蒸汽養(yǎng)護時的側壁，與傳力柱、臺面共同組成養(yǎng)護坑槽。 圖 5-4v2夾具v（1）錐形夾具。錐形夾具是用于預應力鋼絲的錨具，由錐形孔套筒和刻齒錐形板（或銷）組成。它又分為圓錐齒板式夾具和圓錐三槽式夾具（圖5-5）。 圖 5-5v（2）鐓頭錨具。它是利用預應力鋼筋末端繳粗加以固定的，墩頭卡在錨固墊板上。這種鐓頭錨具用于預應力筋的固定端。如圖5-6所示。 圖 5-6v（3）圓套筒三片式夾具。由圓錐孔形套筒和三個夾片組成（圖5-7）。套筒和夾片均由45號鋼制作。它是

5、利用擠壓摩擦阻力自鎖固定的。 圖 5-7v3張拉機械v（1）YC20型穿心式千斤頂。該機由偏心式夾具。油缸和彈性頂壓頭三部分組成（圖5-8）。其最大張拉力為200kN，張拉行程為200mm，可用來張拉1220mm直徑的預應力鋼筋。 圖 5-8v（2）電動螺桿張拉機。電動螺桿張拉機由電動機、變速箱、測力裝置、張拉螺桿、承力架和夾具組成（圖5-9）。 圖 5-9v5.2.2 施工工藝施工工藝v1預應力鋼筋的張拉v預應力筋的就位，在固定在臺座橫梁上時，鋼筋的定位板必須安裝準確，定位板的撓度不應大于lmm，橫梁撓度不大于2mm，以免影響預應力筋的內力。預應力筋的張拉應按設計要求進行。v（1）張拉控制應

6、力的確定。預應力筋的張拉控制應力，應按設計規(guī)定數(shù)值選用。施工時為克服應力損失需要超張拉時，鋼絲、鋼絞線及熱處理鋼筋最大張拉應力為其抗拉強度的75。v（2）張拉程序的確定。v01.05con（持荷2分鐘）con或 01.03con 鋼筋種類張拉方法先張法后張法預應力鋼絲、鋼鉸線0.75 fptk0.75 fptk熱處理鋼筋0.70 fptk0.65 fptk表5-1 張拉控制應力限值v（3）預應力筋的檢查。應嚴格控制多根鋼筋之間內應力的一致性，避免產(chǎn)生因內力大小不均而導致應力集中現(xiàn)象。 v多根鋼絲同時進行張拉完畢后，應抽查鋼絲的內應力值，一根鋼絲的預應力值的偏差，不得大于或小于按一個構件全部鋼絲

7、預應力總值的5，避免各鋼絲受力的不均衡性。v預應力筋張拉后，對設計位置的偏差不得超過5mm，同時也不得大于構件截面最短邊尺寸的4%。否則，將會影響設計的受力狀況。v應合理確定截面內預應力筋的張拉順序，原則上應盡量避免使臺座承受過大的偏心壓力，故宜先張拉靠近臺座截面重心處的預應力筋，防止臺座產(chǎn)生彎曲變形。v2混凝土的澆筑v預應力混凝土構件的混凝土澆筑，應一次連續(xù)澆筑完成，不允許留設施工縫。v盡可能采用低水灰比，控制水泥用量，選用級配優(yōu)良的骨料。v澆筑時應充分搗實，尤其要注意靠近端部混凝土的密實度。v這些都是為了減少混凝土在預加應力作用下的收縮和徐變值，從而減小應力損失。v3預應力筋的放張v放張時

8、混凝土的強度不得低于設計強度標準值的75。具體放張時間要通過同條件養(yǎng)護的混凝土試塊試壓結果決定。 v按照以下原則進行放張：v1）對于軸心受壓構件，所有預應力筋應同時放張，避免產(chǎn)生偏心受壓現(xiàn)象；v2）對于偏心受壓構件，應先同時放張預壓力較小區(qū)域內的預應力筋，然后再同時放張壓力較大區(qū)域內的預應力筋，否則，容易產(chǎn)生彎曲或裂縫。v3）如果按上述二原則放張有困難時，則應分階段、對稱、相互交錯地進行放張，這樣可以防止在放張過程中構件翹曲或裂縫。v對預應力筋配置較多的構件，不允許采用剪斷或割斷等方式突然放張，應采用千斤頂或在臺座與橫梁之間設置砂箱（圖5-11）或楔塊（圖5-12）進行緩慢放張。圖 5-11

9、圖 5-12 表5-1 張拉控制應力限值v5.3.1錨具和預錨具和預應力筋制作應力筋制作v1.常用錨具常用錨具v(1)螺紋端桿錨螺紋端桿錨具。具。螺紋端桿錨螺紋端桿錨具它由螺紋端桿、具它由螺紋端桿、螺母和墊板組成，螺母和墊板組成，如圖如圖5-13所示，所示，是單根預應力粗是單根預應力粗鋼筋張拉端常用鋼筋張拉端常用的錨具。的錨具。圖圖 5-13v(2)幫條錨具。幫條錨具（圖5-14）由幫條和襯板組成。幫條筋采用與預應力筋同級鋼筋，而襯板則可用普通低碳鋼鋼板，焊條應選用E5003。焊接幫條時，三根幫條與襯板相接觸面應在同一垂直平面上，防止受力后產(chǎn)生扭曲。 圖圖5-14v（3）鋼質錐形錨具。鋼質錐形

10、錨具（圖5-15）由錨塞和錨環(huán)組成。一般適用于錨固碳素鋼絲束，可錨固1224根鋼絲。錨塞和錨環(huán)均用45號鋼制作。錨塞和錨環(huán)的錐度應嚴格保持一致，保證對鋼絲的擠壓力均勻，不致影響摩擦阻力。 圖 5-15v（4）鐓頭錨具。鐓頭錨具由錨環(huán)、錨板和螺母組成（圖5-16）。鐓頭錨具適用錨固1224根碳素鋼絲。 圖 5-16v（5）錐形螺桿錨具。錐形螺桿錨具是由錐形螺桿、套筒、螺母和墊板組成（圖5-17）。該錨具適用于1428根碳素鋼絲的錨固。 圖 5-17v（6）JM12型錨具。JM12錨具由錨環(huán)和夾片組成（圖5-18）。多用于鋼絞線束的錨固。JM12錨具有良好的錨固性能，預應力筋滑移量比較小，施工方便

11、，但是加工量大且成本高。 圖 5-18v（7）多孔夾片錨具。它也稱群錨，由多孔的錨板與夾片組成（圖5-19）。在每個錐形孔內裝一副夾片，夾持一根鋼絞線。這種錨具的優(yōu)點是每束鋼絞線的根數(shù)不受限制；任何一根鋼絞線錨固失效，都不會引起整束錨固失效。圖 5-19v2預應力筋的制作預應力筋的制作v（1）單根粗鋼筋下料長度。v1）當預應力筋兩端采用螺桿錨具（圖5-20a）時，其成品全長L1（包括螺桿全長）為v L1=l2l2v式中 l構件孔道長度；v l2螺桿伸出構件外的長度，按下式計算v 張拉端 l22Hh5mmv 錨固端 l2Hh10mmv 式中 H、h螺母高度和墊板厚度。v預應力筋鋼筋部分的成品長度

12、L0為 L0=L12l1式中 l1螺桿長度。預應力筋鋼筋部分的下料長度為式中 l0每個對焊接頭的壓縮長度，根據(jù) 焊時所需要 的閃光留量和頂鍛留量而定； n對焊接頭的數(shù)量。圖 5-20v2）當預應力筋一端用螺絲端桿，另一端用幫條（或鐓頭）錨具（圖5-20b）時v式中 l3鐓頭或幫條錨具長度（包括墊 板厚度h）。v（2）預應力鋼絲束下料長度。v1）采用鋼質錐形錨具，以錐錨式千斤頂張拉（圖5-21）時，鋼絲的下料長度L為式中 l4錨環(huán)厚度； l5千斤頂分絲頭至卡盤外端距離。圖 5-21v2）采用鐓頭錨具，以拉桿式或穿心式千斤頂在構件上張拉（圖5-22）時，鋼絲的下料長度L為圖 5-22v3）采用錐形

13、螺桿錨具，以拉桿式千斤頂在構件上張拉（圖5-23）時，鋼絲的下料長度L為v L=l+2l2-2l1+2(l6+a)v式中 l6錐形螺桿錨具的套筒長度；v a鋼絲伸出套筒長度，取a=20mm。圖 5-23v（3）鋼筋束或鋼絞線束的下料長度。當采用夾片式錨具，以穿心式千斤頂在構件上張拉（圖5-24）時，鋼筋束鋼絞線束的下料長度L為圖 5-24v（4）下料。鋼筋束、熱處理鋼筋和鋼絞線是成盤狀供應的，長度較長，不需對焊接長。其制作工序是：開盤、下料和編束。v矯直回火鋼絲放開后是直的，可直接下料。v鋼絞線在出廠前經(jīng)過低溫回火處理，因此在進場后無須預拉。 v鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋宜采用砂輪鋸或切斷機切斷

14、，不得采用電弧切割。 v5.3.2 張拉機械張拉機械v（1）拉桿式千斤頂。 拉桿式千斤頂由主缸、主缸活塞、副缸、副缸活塞、拉桿、連接器和傳力架等組成（圖5-25）。拉桿式千斤頂主要用于張拉螺紋端桿錨具的粗鋼筋、帶螺桿式錨具或鐓頭式錨具的鋼絲束。 圖 5-25v（2） YC60型穿心式千斤頂。YC60型穿心式千斤頂廣泛地用于預應力筋的張拉。它適用于張拉各種形式的預應力筋。它主要由張拉油缸、頂壓油缸、頂壓活塞和彈簧組成（圖5-26）。 圖 5-26v（3）錐錨式雙作用千斤頂。錐錨式雙作用千斤頂用于張拉錐形錨具錨固的預應力鋼絲束。它是由主缸、主缸活塞、副缸、副缸活塞、頂壓頭、卡環(huán)和銷片等主要部件所組

15、成，其構造和張拉工作過程如圖5-27所示。圖 5-27v5.3.3 施工工藝施工工藝v1孔道的預留孔道的預留v（1）鋼管抽芯法（鋼管抽芯法（錄像錄像）。）。在澆灌混凝土前，在澆灌混凝土前，先將鋼管敷設在模板內的孔道位置上并加以固定，先將鋼管敷設在模板內的孔道位置上并加以固定，鋼管每隔鋼管每隔1m用鋼筋井字架子以固定。一般鋼管用鋼筋井字架子以固定。一般鋼管的長度不超過的長度不超過15m，以便于鋼管的轉動和抽出，以便于鋼管的轉動和抽出，長度較大的構件可用兩根鋼管組合使用，中間用長度較大的構件可用兩根鋼管組合使用，中間用套管連接，混凝土澆筑后，套管連接，混凝土澆筑后，每隔一定時間轉動一每隔一定時間轉

16、動一次鋼管次鋼管，防止其與混凝土粘結。待混凝土，防止其與混凝土粘結。待混凝土初凝以初凝以后，于終凝之前后，于終凝之前抽出鋼管，形成穩(wěn)定的孔道。選抽出鋼管，形成穩(wěn)定的孔道。選用的鋼管應平直、表面光潔。用的鋼管應平直、表面光潔。v抽管的關鍵是抽管的時間：v時間與混凝土的性質、氣溫和養(yǎng)護條件有關。v常溫下可在澆筑混凝土后36h即可抽管。v在同一構件截面上的鋼管抽出順序宜先上后下、先曲后直。抽管時要平穩(wěn)、速度均勻和邊轉邊抽。v嚴禁導致孔道邊緣的混凝土松動。v（2）膠管抽芯法。注意事項：v1）使用前宜先在管內充入壓強為0.60.8N/mm2的壓縮空氣或壓力水，套管直徑擴大約34mm。v2）每隔500mm

17、用井字形鋼筋支架將膠管固定在預應力筋的設計位置上。然后澆筑混凝土。 (錄像）v3）待混凝土硬化并具有一定的強度后，即可釋放管內的壓縮空氣或壓力水，膠管回縮后抽出比較容易。 v（3）預埋波紋管法。對波紋管的基本要求：一是在外荷載的作用下，有抵抗變形的能力；二是在澆筑混凝土過程中，水泥漿不得滲入管內。v波紋管的安裝，應根據(jù)預應力筋的曲線坐標在側模或鋼筋上劃線，以波紋管底為準，波紋管的固定，可采用鋼筋托架，間距為600mm。v在混凝土澆筑過程中，為了防止波紋管偶爾漏漿引起孔道堵塞，應采用通孔器通孔，通孔器由長6080mm的圓鋼制成，其直徑小于孔10mm，用尼龍繩牽引。（錄像）v2預應力筋的張拉預應力

18、筋的張拉（錄像）（錄像）v后張法預應力筋的張拉應在構件混凝土達到設計要求的強度后進行。如果需要提前張拉時混凝土強度不得低于設計強度標準值的75。對于塊體拼裝的混凝土構件，除應符合上述規(guī)定外，其拼接立縫混凝土或砂漿強度不應低于塊體混凝土設計強度等級的40，并且不得低于15N/mm2。上述規(guī)定的目的是為防止因混凝土強度不足在張拉時引起裂縫，以及因較大的壓縮變形引起過大的應力損失，以確保預應力混凝土構件的質量。v配有多根預應力筋的混凝土構件，需要分批并按一定順序進行張拉，避免構件在張拉過程中承受過大的偏心壓力，引起構件彎曲裂縫現(xiàn)象。通常是分批、分階段、對稱地進行張拉。在分批張拉時，要考慮后批張拉的鋼

19、筋對混凝土產(chǎn)生的彈性壓縮，導致前批已張拉的鋼筋內應力降低。因此，應設法補足前批鋼筋的應力損失，或預先計算出預應力損失值，加在首批（或前批）鋼筋張拉控制應力內，以補足損失值。也可采用相同的張拉力值逐根復拉補足的辦法。v曲線預應力筋或長度大于24m的直線預應力筋的張拉，要考慮鋼筋與孔道壁之間的摩擦對張拉控制應力的影響，應在構件的兩端進行張拉，盡量減小摩擦阻力影響。對于長度等于或小于24m的直線預應力筋，可在一端進行張拉，但張拉端宜交替設置在構件兩端。v當兩端同時張拉一根（束）預應力筋時，為了減少預應力損失，在最后錨固時，宜先錨固一端，另一端則需在補足張拉力后再錨固。v平臥重疊澆筑的預應力混凝土構件

20、，預應力筋的張拉應自上而下逐層進行，以減少上層構件重壓和粘結力對下層構件張拉影響。為了減少上下層構件之間因摩擦阻力引起的應力損失，可自上而下逐層加大張拉力，但底層構件的張拉力不宜比頂層構件的張拉力大5并且不得超過超張值的限制值。v預應力筋錨固后的外露長度不宜小于15mm，并應采取可靠的防銹措施，嚴防錨固端鋼筋和錨具的銹蝕，以保證結構的安全性。(錄像）v3孔道灌漿孔道灌漿v預應力筋張拉完畢后，應盡快進行孔道灌漿，以防止預應力筋的銹蝕，并能增強預應力筋與構件混凝土之間的粘結力，這樣有利于預應力混凝土結構的抗裂性能和耐久性。因此，孔道灌漿應符合強度和密實度的要求。v灌漿采用純水泥漿時，應選用強度等級

21、不低于42.5級的普通硅酸鹽水泥進行攪制。當預應力筋周圍的空隙較大時，可在水泥漿中摻入適量的細砂，以改善灰漿的密實性并減少收縮?；覞{或細砂漿的強度不低于M20，以保證預應力筋和混凝土的良好結合。v水泥漿的水灰比為0.40.45，攪拌后三小時泌水率宜控制在2，最大不得超過3。為了增加孔道灌筑密實度，水泥漿內可加入無腐蝕作用的外加劑或膨脹劑。灌漿時要做試塊，當灰漿強度達到15N/mm2以上時才能移動構件，強度達到100設計強度時才允許吊裝。以免損害灰漿與鋼筋和孔壁的粘結。v5.4 無粘結預應力混凝土無粘結預應力混凝土v無粘結預應力混凝土施工是將預先加工好的無粘結預應力筋和普通鋼筋一樣直接放置在模板內，然后澆筑混凝土，待混凝土達到設計強度后，進行張拉錨固的一種施工工藝。這種施工工藝與普通后張法施工的區(qū)別在于不需要在放置預應力筋的部位預留孔道和穿筋，預應力筋張拉完畢后，也不需進行孔道灌漿。廣泛