5预应力砼工程

第五章预应力混凝土工程概述先张拉法施工后张拉法施工电热张拉法施工第一节概述一、预应力混凝土的特点和应用1.特点：普通砼构件当裂缝宽度限制在0.2~0.3mm时受拉钢筋的应力也只能达到150~250N/mm2，不能充分发挥钢筋作用。通过对钢筋进行张拉、锚固（放松），使砼获得预压应力。当构件受力时，首先与压缩变形抵消，然后才被拉伸，这就延缓了裂缝的出现和开展。提高了构件的刚度、抗裂性和耐久性。2.应用：单厂的预制构件、多层厂房、高层建筑、大型桥梁、核电站、电视塔和大跨度薄壁结构等。二、预应力筋的种类1.冷拔低碳钢丝：一般直径3~5mm，适用于小型构件的预应力筋。2.冷拉钢筋：可直接做预应力钢筋。3.碳素钢丝：钢丝直径一般为3~8mm，最大12mm；直径3~4mm主要用于先张法，直径5~8mm主要用于后张法。4.钢绞线：一般由7根钢丝绞合而成，直径一般为9~15mm。施工方便但价格较贵。5.热处理钢筋：普通中碳钢经调质处理制成，直径6~12mm，屈、强点1325、1470MPa。6.精轧螺纹钢筋：接长用连接器，端头锚固直接用螺母。连接可靠、施工方便。三、对混凝土的要求：预应力砼结构中，一般要求砼的强度等级不低于C30；当采用碳素钢丝、钢绞线、Ⅳ级热处理钢筋作预应力筋时，砼的强度等级不低于C40。目前一些重要的预应力结构中，已开始用C50~C60高强砼。预应力砼中，不宜掺用对钢筋有锈蚀作用的氯盐。第二节先张法施工一、先张法原理1.原理（附图）2.先张法施工可采用台座法或机组流水法（台模法）。二、先张法施工设备（一）台座台座是预应力张拉时的承力结构，必须有足够的强度、刚度和稳定性。台座分墩式台座和槽式台座。1.墩式台座其构造如图，一般用于生产中小型构件。台座一般长度为100~150m，可一次生产多根构件。墩式台座由台墩、台面与横梁等组成。（1）台墩一般由现浇钢筋砼构成。台墩除应具有足够的强度和刚度外，还应进行抗倾覆与抗滑移等稳定性验算。1）抗倾覆验算2）抗滑移验算5.1121eNeEGLMMKp3.11NNKc（2）台面（3）横梁：按承受均布荷载的简支梁计算。2.槽式台座由端柱、传力柱、柱垫、横梁和台面组成。设计时也应进行强度和抗倾覆稳定性验算。多用于生产较大型构件。（二）张拉设备与夹具1.夹具（1）墩头式夹具：分单根墩头夹具和墩头梳筋板夹具，适用于有墩粗头的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级螺纹钢筋和钢丝。（2）锥销式夹具：适用于夹持直径的冷拔低碳钢丝和碳素钢丝。（3）夹片式夹具：分圆套筒三片式（12、14单根冷拉钢筋）；方套筒二片式（8.2热处理钢筋）；单根钢绞线夹具（12和15钢绞线）。墩头式夹具夹片式夹具2.张拉设备（1）钢丝张拉设备：1）单根张拉可用小型卷扬机或电动螺杆张拉机（附图），用弹簧测力计控制张拉力。2）多根同时张拉可用台座式千斤顶（YT1200)。（2）钢筋张拉设备：钢筋张拉多采用穿心式千斤顶（YC200）（附图），也可张拉单根钢绞线或小型钢丝束；成组张拉粗钢筋多用台座式千斤顶。电动螺杆张拉机三、先张法施工工艺先张法工艺流程：（一）预应力筋的铺设（二）预应力筋张拉1.张拉方法（1）单根预应力筋张拉1）冷拔低碳钢丝用10kN电动卷扬张拉机张拉，锥销式夹具锚固。2）高强刻痕钢丝用20kN电动卷扬张拉机张拉，优质锥销式夹具或墩头螺杆夹具锚固。3）冷拉钢筋、热处理钢筋和钢绞线用穿心式千斤顶张拉，夹片式夹具锚固。（2）多根预应力筋成组张拉1）用梳筋板夹具张拉2）用多横梁装置张拉2.预应力筋张拉（1）张拉控制应力1）张拉控制应力的确定张拉控制应力con设计最大值钢种张拉方法先张法后张法碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线0.75fptk0.70fptk热处理钢筋、冷拔低碳钢丝0.70fptk0.65fptk冷拉钢筋0.90fpyk0.85fpyk2）与最大张拉控制应力允许值的关系钢种张拉方法先张法后张法碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线0.80fptk0.75fptk热处理钢筋、冷拔低碳钢丝0.75fptk0.70fptk冷拉钢筋0.95fpyk0.90fpyk（2）张拉程序1）预应力钢丝采用一次张拉程序：01.03con锚固2）粗钢筋张拉程序：01.05con持荷2mincon锚固超张拉的目的是为减少应力松弛损失。成组张拉时应预先调整初应力。（3）张拉张拉力Nj=mcon·Ap张拉顺序（4）预应力值校核预应力钢筋的张拉力，一般用伸长值校核。预应力钢丝用钢丝内力测定仪测内力校核。（三）混凝土的浇筑与养护多层叠浇时，下层构件强度达到8~10N/mm2后，方可浇筑上层构件砼。蒸气养护时注意问题。（四）预应力筋的放张1.放张预应力筋时，对砼强度的要求。放张时混凝土的强度不得低于设计强度标准值的75％。2.放张顺序放张顺序应符合设计要求，若无专门要求，应符合下列规定：（1）对承受轴心预压应力的构件，应同时放张。（2）对承受偏心预压应力的构件，应先放张预应力较小的预应力筋。（3）不能按上述规定放张时，应分阶段、对称、相互交错地放张。3.放张方法（1）预应力筋为钢丝或细钢筋可用钢丝钳或氧炔焰切割。（2）预应力筋为数量较少的粗钢筋可用氧炔焰放张。（3）多根钢丝或钢筋的同时放张，可用千斤顶、砂箱、楔块等方法放张。4.放张的检验测定钢丝的回缩情况。第三节后张法施工一、预应力锚、夹具标准及其检验方法锚具按锚固性能分成两类：Ⅰ类锚具和Ⅱ类锚具。1.静载锚固性能由锚具效率系数a和总应变apu.tot确定。2.动载锚固性能（1）疲劳荷载性能（2）周期荷载性能3.其它要求（1）满足工艺要求（2）满足灌浆的要求（3）连接器4.锚具的质量检验二、锚具（一）常用锚具适用范围体系名称预应力筋张拉机具螺丝端杆锚具直径36mm冷拉Ⅱ、Ⅲ级钢筋YL600螺杆式锥形螺杆锚具5钢丝束YC600精轧螺纹钢筋锚具精轧螺纹钢筋YC200墩头式钢丝束墩头锚具5钢丝束锥销式钢质锥形锚具5钢丝束YZ380、600KT-Z型锚具钢筋束、钢绞线束YC600JM型锚具Ⅳ级钢筋束、钢绞线束YC600、1200夹片式XM型锚具15钢绞线束YC1000、2000QM型锚具12、15钢绞线束YCQ1000、2000、3500单根钢绞线锚具12、15钢绞线束YC180、200其它帮条锚具冷拉Ⅱ、Ⅲ级钢筋固定端用按使用锚具常分为：1.单根钢筋的锚具（1）螺丝端杆锚具由螺丝端杆螺母及垫板组成（附图）。也可用作先张法夹具。适用于18~36Ⅱ、Ⅲ级钢筋。（2）帮条锚具由衬板和三根帮条焊接而成（附图），是单根粗钢筋非张拉端用锚具。（3）精轧螺纹钢筋锚具由螺母和垫板组成（附图），适用于锚固25、32mm高强精轧螺纹钢筋。（4）单根钢绞线锚具由锚环与夹片组成（附图），适用于锚固12和15钢绞线。2.预应力钢筋束、钢绞线束锚具（1）KT-Z型锚具由锚环与锚塞组成（附图），适用于锚固3~6根12的冷拉螺纹钢筋与钢绞线束。（2）JM型锚具由锚环与夹片组成（附图），用于锚固3~6根12冷拉Ⅳ级钢筋束和钢绞线束。（3）XM型锚具由锚板和夹片组成（附图），适用于锚固单根至多根15钢绞线束和钢丝束。（4）QM型锚具由锚板和夹片组成，适用于锚固单根至多根钢绞线束。JM锚具3.预应力钢丝束锚具（1）锥形螺杆锚具由锥形螺杆、套筒、螺母、垫板组成（附图）。适用于锚固14~28s5钢丝束。（2）钢丝束墩头锚具（附图）适用于锚固任意根数s5钢丝束。（3）钢质锥形锚具由锚环和锚塞组成（附图）。适用于锚固6、12、18与24s5钢丝束。锥形螺杆锚具墩头锚具钢质锥形锚锚具的自锁与自锚1.锥销式锚具的自锁与自锚（1）锚具的自锁(不会反弹而脱出能力)1NQ0cosNQ0sin以1=tg1代入，得：1（2）锚具的自锚(不被从夹具中拉出的能力)P=2N+S=2N+Ntg2.夹片式锚具的自锁与自锚3.顶压力对锚具锚固性能的影响1221221mintgNtgNNNPFK三、张拉设备主要根据锚具型式和总张拉力的大小进行选择。常用的有拉杆式千斤顶、穿心式千斤顶和锥锚式千斤顶等。1.拉杆式千斤顶(YL)（附图）2.穿心式千斤顶(YC)（附图）3.锥锚式千斤顶(YZ)（附图）穿心式千斤顶YC-600四、后张法施工原理和工艺流程（一）后张法施工原理（录像）（二）工艺流程（附图）（三）预应力筋的制作主要根据所用预应力钢材品种、锚具形式及生产工艺等确定。1.下料计算时考虑结构的孔道长度、锚夹具厚度、千斤顶长度、焊接接头或墩头的预留量、冷拉伸长率、弹性回缩值、张拉伸长值、台座长度等。（1）单根预应力粗钢筋下料长度1）预应力筋两端采用螺丝端杆锚具成品全长L1=l+2l2张拉端：l2=2H+h+5mm锚固端：l2=H+h+10mm钢筋部分的成品长度:L0=L1-2l1预应力钢筋的下料长度L=L0/(1+-)+nl02）预应力筋一端用螺丝端杆，另一端采用帮条锚具（2）预应力钢丝束下料长度（3）钢筋束或钢绞线束的下料长度2.编束五、后张法施工工艺后张法施工的顺序：做构件预留孔道穿预应力筋预应力筋张拉并锚固孔道灌浆。（一）孔道留设1.钢管抽芯法2.胶管抽芯法3.预埋管法（二）预应力筋张拉张拉时砼的强度应符合要求，不低于设计强度的75%；块体拼装立缝强度的要求。1.张拉控制应力2.张拉程序（1）01.05con持荷2mincon（2）0con（3）01.03con3.张拉方法张拉方法有一端张拉和两端张拉。对曲线预应力筋、抽芯成孔的长度大于24m直线预应力筋、预埋波纹管成孔长度大于30m直线预应力筋应在两端张拉。4.张拉顺序张拉顺序应符合设计要求，采用分批、分阶段、对称张拉。（1）分批张拉时应考虑分批张拉的预应力损失值。EC=ES/EC·(con-SI)AP/An（2）采用同一张拉值，逐根复位补足。（3）对重要结构采用二次张拉。（4）设计要求的其它张拉顺序。5.张拉伸长值校核6.张拉要求（三）孔道灌浆1.灌浆材料要求：水泥采用不低于425#普硅水泥；强度不小于20N/mm2；水灰比0.4左右；可掺外加剂，流动度为120~170mm。2.灌浆施工六、无粘结预应力混凝土特点：施工简单，摩阻力小，易弯成曲线，适用于双向连续平板、密肋板和多跨连续梁。1.无粘结预应力束的制作由专用防腐润滑脂作涂料层，由塑料作外包层的钢绞线或碳素钢丝束制作而成。（1）预应力筋：j12、j15的钢绞线和7S5的碳素钢丝束。（2）防腐润滑脂涂层和塑料外包层无粘结预应力施工工艺2.（1）无粘结预应力束的铺设根据交叉处两预应力束的标高确定铺设顺序，波峰用铁马凳架设。（2）无粘结预应力束的张拉与普通后张法预应力钢丝束张拉方法相似，张拉程序一般采用01.03con，采用两端同时张拉。某工程预应力筋采用低松弛预应力钢绞线Φs15，直15.24mm，由七根钢丝拧成，预应力锚具采用B＆S锚具。预应力筋的板内张拉端楼板钢筋中预埋的预应力钢筋板边张拉端（3）锚具及端部处理1）锚具无粘结筋锚具的性能，应符合一类锚具的规定。常用钢丝束墩头锚具和夹片式锚具。2）采用墩头锚具时其端部处理如下：3）对无粘结钢绞线采用夹片式锚具，其端部处理为：第四节电热张拉法一、电热张拉法原理与特点二、钢筋伸长值计算△L=(con+30)/ES·L三、钢筋电张时的温度计算温升值△T=△L/L钢筋电张后的温度T=To+△T四、电热设备的选择五、电热张拉工艺本章习题：1.先张法生产某种预应力混凝土空心板，混凝土强度等级为C40，预应力钢丝采用φs5，其极限抗拉强度fptk=1570N/mm2，单根张拉。（1）试确定张拉程序及张拉控制应力；（2）计算张拉力并选择张拉机具；（3）计算预应力放张时，混凝土应达到的强度值。2.某24m屋架，采用后张法施工，下弦预应力筋采用2φl25，fpyk=500N/mm2，冷拉率为4%，弹性回缩率为0.5%。每根预应力筋用3根钢筋对焊，每个对焊接头的压缩长度为25mm，