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第一节概述一、预应力混凝土的概念混凝土的抗拉强度很低，约为抗压强度的1/10，所以在一般受弯构件中，为了避免承受荷载后的受拉区过早出现裂缝，设计时，不得不限制其中钢筋的相应的变形率，这样不利于钢筋性能的发挥。预应力混凝土能充分发挥高强度钢材的作用，它是利用钢筋对受拉区混凝土施加预压应力的钢筋混凝土。其特点是：构件截面小、自重轻、刚度好、抗裂度高、耐久性好、材料省，并能用于大跨度结构，同时可节约钢材、降低成本。预应力混凝土的应用非常广泛,其技术水平也反映和体现了一个国家的建筑技术水平的高低.预应力混凝土是最近几十年发展起来的一项新技术，现在世界各国都在普遍地应用，其推广使用的范围和数量，已成为衡量一个国家建筑技术水平的重要标志之一。目前，预应力混凝土不仅较广泛地应用于工业与民用建筑的屋架，吊车梁、空心楼板、大型屋面板等，交通运输方面的桥梁、轨枕以及电杆、桩等方面，而且已应用到矿井支架、海港码头和造船等方面，如60m拱形屋架、12m跨度200t吊车梁，5000t水压机架，大跨度薄壳结构、144m悬臂拼装公路桥和11万吨容量的煤气罐等都已应用成功。二、预应力混凝土施工工艺预加应力混凝土的施工工艺有先张法和后张法两种。（一）先张法先张法是在浇筑混凝土构件之前将预应力筋张拉到设计控制应力，用夹具将其临时固定在台座或钢模上，进行绑扎钢筋，安装铁件，支设模板，然后浇筑混凝土；当混凝土达到规定的强度，保证混凝土与钢筋有足够的粘结力时，放松预应力筋，借助于它们的粘结力，在预应力筋弹性回缩时，使混凝土构件受拉区的混凝土获得预压应力。先张法一般用于预制构件厂生产定型的中小型构件，如楼板、屋面板、檩条及吊车梁等。（二）后张法后张法是先制作混凝土构件，并在预留出相应孔道，待混凝土强度达到设计规定的数值时，穿入预应力筋进行张拉，并利用锚具将预应力筋锚固，最后进行孔道灌浆。后张法适合于现场制作大、中型构件，如屋架、吊车梁、托架等。三、预应力混凝土对原材料的要求预应力混凝土结构中，混凝土强度等级不宜低于C30，当用消除应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋做预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜小于C40。在预应力混凝土构件中，不能掺有对钢筋有腐蚀作用的氯盐。预应力混凝土结构的钢筋有非预应力筋和预应力筋，非预应力筋可采用1、2、3级钢筋和乙级冷拔低碳钢丝，预应力筋宜采用预应力钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。第二节先张法施工先张法施工是在浇筑混凝土前在台座上或钢模上张拉预应力筋，并用夹具将张拉完毕的预应力筋临时固定在台座的横梁上或钢模上，然后进行非预应力钢筋的绑扎，支设模板，浇筑混凝土，养护混凝土至设计强度等级的70%以上，放松预应力筋，使混凝土在预应力筋的反弹力作用下，通过混凝土与预应力筋之间的粘结力传递预应力，使得钢筋混凝土构件受拉区的混凝土承受预压应力。下图为预应力混凝土构件先张法施工示意图先张法的特点：①预应力筋在台座上或钢模上张拉，由于台座或钢模承载力有限，先张法一般只能用于生产中小型构件，而且制造台座或钢模一次性投资大，所以，先张法多用于预制厂生产，可多次反复利用台座或钢模。②预应力筋用夹具固定在台座上，放松后夹具不起作用——工具锚，可回收使用。③预应力传递靠粘结力。一、台座台座是先张法施工张拉和临时固定预应力筋的支撑结构，它承受预应力筋的全部张拉力，因而要求台座必须具有足够的强度、刚度和稳定性，同时要满足生产工艺要求。台座按构造型式分为墩式台座和槽式台座。（一）墩式台座墩式台座是由传力墩、台面和横梁组成的，见图。1、传力墩是墩式台座的主要受力结构，传力墩依靠其自重和土压力平衡张拉力产生的倾覆力矩；依靠土的反力和摩阻力平衡张力产生的水平位移。因此，传力墩结构造型大，埋设深度深，投资较大。2、台面是预应力混凝土构件成型的胎模。它是由素土夯实后铺碎砖垫层，再浇筑50~80mm厚的C15~C20混凝土面层组成的。台面要求平整。光滑，沿其纵向留设0.3%的排水坡度，每隔10~20m设置宽30~50mm的温度缝。3、横梁是锚固夹具临时固定预应力筋的支点，也是张拉机械张抗预应力筋的支座，常采用型钢或由钢筋混凝土制作而成。横梁挠度要求小于2毫米，并不得产生翘曲。墩式台座长度为100~150米，又称长线台座。墩式台座张拉一次可生产多根顶应力混凝土构件，减少了张拉和临时固定的工作，同时也减少了由于预应力筋滑移和横梁变形引起的预应力损失值。（二）槽式台座槽式台座是由端柱，传力柱和上、下横梁以及砖墙组成的，见图。端柱，传力柱又叫钢筋混凝土压杆。端柱和传力柱是槽式台座的主要受力结构，采用钢筋混凝土结构。为了便于装拆转移，端柱和传力柱常采用装配式结构，端柱长5米，传力柱每段长6米。为了便于构件运输和蒸气养护，台面低于地面为好，一砖厚的砖墙起挡土作用，同时又是蒸汽养护预应力混凝土构件的保温侧墙。槽式台座长度为45～76米（45米长槽式台座一次可生产6根6米长吊车梁，76米长槽式台座一次可生产10根6米长吊车梁或3榀24米长屋架），槽式台座能够承受较为强大的张拉力，适于双向预应力混凝土构件的张拉，同时也易于进行蒸汽养护。二、机具设备（一）夹具夹具是预应力筋进行张拉和临时固定的工具，要求夹具工作可靠，构造简单，施工方便，成本低。根据夹具的工作特点分为张拉夹具和锚固夹具。1、张拉夹具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：（1）偏心式夹具偏心式夹具用作钢丝的张拉。它是由一对带齿的月牙形偏心块组成。偏心块可用工具钢制作，其刻齿部分的硬度较所夹钢丝的硬度大。这种夹具构造简单，使用方便。2、压销式夹具压销式夹具用作直径12—16mm的HPB235~RRB400级钢筋的张拉夹具。它是由销片和楔形压销组成，见下图。销片2、3有与钢筋直径相适应的半圆槽，槽内有齿纹用以夹紧钢筋。当楔紧或放松楔形压销4时，便可夹紧或放松钢筋。3、套筒连接器2、锚固夹具锚固夹具是将预应力筋临时固定在台座横梁上的工具。常用的锚固夹具有：（1）圆锥齿板式夹具及圆锥形槽式夹具圆锥齿板式夹具及圆锥形槽式夹具是常用的两种单根钢丝夹具，适用于锚固直径3~5mm的冷拔低碳钢丝，也适用于锚固直径5mm的碳素(刻痕)钢丝。这两种夹具均由套筒与销子组成。套筒为圆形，中开圆锥形孔。销子有两种形式；一种是在圆锥形销子上留有1～3个凹槽，在凹槽内刻有细齿，即为圆锥形槽式夹具，另一种是在圆锥形销子上切去一块，在切削面上刻有细齿，即为圆锥形齿板式夹具。（2）圆套筒二片式夹具圆套筒二片式夹具适用夹持12～16mm的单根冷拉HRB335~RRB400级钢筋，由圆形套筒和圆锥形夹片组成如图5—18所式。圆形套筒内壁呈圆锥形，与夹片锥度吻合，圆锥形夹片为二个半圆片，半圆片的圆心部分开成半圆形凹槽，并刻有细齿，钢筋就夹紧在夹片中的凹槽内，套筒和夹片均用45号钢制作，套筒热处理后硬度为HRC35—40，夹片为HRC40—45。当锚固螺纹钢筋时，不能锚固在纵肋上，否则易打滑。为了拆卸方便，可在套筒内壁及夹片外壁涂以润滑油。（3）圆套筒三片式夹具圆套筒三片式夹具适用夹持12～14mm的单根冷拉HRB335~RRB400级钢筋，其构造基本与圆套筒二片式夹具构造相同，只不过夹片由三个组成。套筒和夹片均用45号钢制作，套筒热处理后硬度为HRC35—40，夹片为HRC40—45。（4）镦头锚具镦头锚具属于自制的锚具。钢丝的镦头是采用液压冷镦机进行的，钢筋直径小于22mm采用热镦方法，钢筋直径等于或大于22mm采用热锻成型方法。（5）楔形夹具楔形夹具由锚板与楔块两部分组成，锚板用5号钢制作，楔块用工具钢制作，经热处理，硬度要求HRC50～55，楔块的坡度约为1／15～1／20，两侧面刻倒齿。锚板上留有楔形孔，楔块打入楔形孔中，钢丝就锚固于楔块的侧面，每个楔块可锚1—2根钢丝。这种夹具适用于锚固直径3～5mm的冷拔低碳钢丝及碳素钢丝。（三）张拉机械张拉预应力筋的机械，要求工作可靠，操作简单，能以稳定的速率加荷。先张法施工中预应力筋可单根进行张拉或多根成组进行张拉。常用的张拉机械有：1、手动卷筒式张拉机其构造如下图。其使用方法是：摇动手柄，齿轮带动卷筒顺转，张拉钢丝；提起锥销及制动爪，齿轮倒转，松开钢丝。具体操作是将钢丝夹在嵌式夹具上→转动卷筒，张拉钢丝→张拉到预定张拉力值，停止摇手柄，固定钢丝→提起锥销制动爪，卷扬机倒转→松开夹具，取出钢丝，张拉完毕。该设备的优点是：设备简单，不需电力。缺点是效率低。可用于张拉3~4mm的钢丝手动卷筒式张拉机工作示意图1—手柄；2—判动爪；3—方向齿轮；4—卷筒；5—锥销；6—弹簧测力计；7—夹具；8—夹轨器；9—钢轨；2、电动卷筒式张拉机是把慢速电动卷扬机装在小车上制成。该设备的优点是：张拉行程大，张拉速度快。可张拉直径3~5mm的钢丝。为了控制张拉力准确，张拉速度以1~2m/分为宜，张拉机与弹簧测力计配合使用时，宜装行程开关进行控制，使达到规定的张拉力时能自动停车。3、电动螺杆张拉机电动螺杆张拉机既可以张拉预应力钢筋也可可以张拉预应力钢丝。它是由张拉螺杆、电动机、变速箱、测力装置，拉力架、承力架和张拉夹具等组成。最大张拉力为300~600kN，张拉行程为800mm，张拉速度2m／mim，自重400Kg。为了便于工作和转移，将其装置在带轮的小车上．电动螺杆张拉机的示意图见图5—23。电动螺杆张拉机的工作原理：工作时顶杆支承到台座横梁上，用张拉夹具夹紧预应力筋，开动电动机使螺杆向右侧运动，对预应力筋进行张拉，达到控制应力要求时停车，并用预先套在预应力筋上的锚固夹具将预应力筋临时锚固在台座的横梁上。然后开倒车，使电动螺杆张拉机卸荷。电动螺杆张拉机运行稳定，螺杆有自锁能力，张拉速度快，行程大。电动螺杆张拉机1—螺杆；2、3—拉力架；4—张拉夹具；5—顶杆；6—电动机；7—齿轮减速器；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；4、油压千斤顶油压千斤顶可张拉单根预应力筋或多根成组预应力筋。多根成组张拉时，可采用四横梁装置进行，见下图。四横梁式油压千斤顶张拉装置，用钢量较大，大螺丝杆加工困难，调整预应力筋的初应力费时间，油压千斤顶行程小，工效较低，但其一次张拉力大。三、先张法施工工艺先张法施工工艺可大致分为三个阶段：张拉预应力筋—浇筑混凝土、养护—预应力筋放张，如下图。（一）张拉预应力钢筋1、张拉程序0——→1.05σcon（持荷2min）—→σcon或0——→1.03σcon第一种张拉程序中，超张拉5％并持荷2min，其目的是为了在高应力状态下加速预应力松弛早期发展，以减少应力松弛引起的预应力损失。第二种张拉程序中，超张拉3％，其目的是为了弥补预应力筋的松弛损失，这种张拉程序施工简单，一般多被采用。以上两种张拉程序是等效的，可根据构件类型、预应力筋与锚具种类、张拉方法、施工速度等选用。2、张拉控制应力超张拉可比设计要求提高5%，但最大张拉控制应力不得超过下表的规定。钢筋种类张拉方法先张法后张法消除应力钢丝0.75fptk0.75fptk热处理钢筋0.70fptk0.65fptk3、张拉要点（1）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；（2）从台座中间向两侧进行（防偏心损坏台座）（3）多根成组张拉，初应力应一致(测力计抽查)（4）拉速平稳，锚固松紧一致，设备缓慢放松（5）拉完的筋位置偏差≯5mm，且≯构件截面短边的4%（6）冬施张拉时，温度≮－15℃（7）注意安全：两端严禁站人，敲击楔块不得过猛。（二）混凝土的浇筑与养护预应力筋张拉完毕后即应浇筑混凝土。混凝土的浇筑应一次完成，不允许留设施工缝。混凝土的用水量和水泥用量必须严格控制，以减少混凝土由于收缩和徐变而引起的预应力损失。预应力混凝土构件浇筑时必须振捣密实(特别是在构件的端部)，以保证预应力筋和混凝土之间的粘结力。预应力混凝土构件